Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
ДАТЧИК ТОКА
ДАТЧИК ТОКА

ДАТЧИК ТОКА

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Использование: в электроизмерительной технике, предназначено для использования при измерении токов. Сущность: датчик тока содержит трансформатор тока, включающий в себя ферромагнитный сердечник, на котором размещены первичная и вторичная обмотки, усилитель, регистрирующий прибор, N-короткозамкнутых обмоток, (где n≥ 1 ), которые повышают помехоустойчивость датчика от случайных помех, которые индуцируют в ней ЭДС, вызывающую в короткозамкнутой обмотке ток, создающий электромагнитное поле, направленное встречно основному. 1 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2026558
Класс(ы) патента: G01R19/00
Номер заявки: 4876691/21
Дата подачи заявки: 22.11.1990
Дата публикации: 09.01.1995
Заявитель(и): Всесоюзный научно-исследовательский проектно- конструкторский и технологический институт низковольтного аппаратостроения (UA)
Автор(ы): Краев Вячеслав Иванович[UA]; Павленко Юрий Петрович[UA]; Резуненко Василий Иванович[UA]; Солодовник Валерий Васильевич[UA]; Спесивцев Николай Филиппович[UA]
Патентообладатель(и): Краев Вячеслав Иванович (UA)
Описание изобретения: Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для использования при измерении токов. Изобретение способно заменить используемые в настоящее время для этих целей измерительные трансформаторы тока.
Известно устройство для бесконтактного измерения силы тока [1], содержащее два соосно расположенных одновитковых трансформатора тока, охватывающих участок измерительной цепи. Вторичная обмотка первого трансформатора тока нагружена на сопротивление и подключена к входу усилителя, выход которого соединен с регистратором. К выходу усилителя подключена цепь отрицательной обратной связи, состоящая из резистора и дополнительной обмотки первого трансформатора.
Устройство содержит дополнительную цепь обратной связи, состоящую из резистора и вторичной обмотки второго трансформатора тока.
Использование в устройстве двух цепей обратной связи позволяет свести к нулю методическую погрешность.
Недостаток указанного устройства - значительная конструктивная сложность, обусловленная высокими требованиями к параметрам усилителя, идентичности выполнения обмоток обратной связи, а также сердечников трансформаторов тока.
Известно устройство - трансформатор тока [2], содержащий первичную обмотку, образующую виток, магнитопровод и распределенную вторичную обмотку. Форма витка, образованного первичной обмоткой, повторяет форму магнитной системы в сечении, перпендикулярном оси магнитопровода, а его длина равна средней длине магнитопровода.
Наличие поперечного магнитного потока, создаваемого витком, приводит к росту намагниченности ферромагнитного материала магнитопровода трансформатора тока вдоль оси замыкания основного потока, что приводит к уменьшению МДС намагничивания трансформатора, т.е. к уменьшению его погрешностей.
К недостаткам данного устройства следует отнести трудность в реализации витка первичной обмотки, особенно при измерении больших токов, когда сечение первичной обмотки значительно.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является устройство - датчик тока, содержащий два кольцевых магнитопровода, первый из которых выполнен из материала с высокой магнитной проницаемостью, а второй - из материала с низкой магнитной проницаемостью. Магнитопроводы размещены вокруг проводника с измеряемым током. На первый магнитопровод нанесена первая рабочая обмотка, а на второй магнитопровод - вторая рабочая обмотка и обмотка управления.
Рабочие обмотки соединены между собой согласно-последовательно и вместе с резистором съема информации включены в выходную цепь источника с переключаемой полярностью напряжения.
В состав датчика тока входит также пороговый элемент (усилитель), вход которого подключен к выводам обмотки управления, а выход соединен с коммутирующим вход источника.
За счет изменения полярности напряжения рабочая точка в процессе измерений тока находится на линейном участке кривой намагничивания, в результате чего выходной сигнал пропорционален измеряемому току.
Наличие дополнительного источника со схемой управления, обеспечивающей переключение его полярности, усложняет процесс измерения тока, что следует отнести к его недостаткам.
Цель изобретения - упрощение и увеличение точности измерений.
Достигается поставленная цель в известном датчике тока, содержащем трансформатор тока, который включает в себе ферромагнитный сердечник, на котором размещены первичная и вторичная обмотки, к выходу вторичной обмотки подключены последовательно соединенные усилитель и регистрирующий прибор, тем, что в него введены дополнительно n-короткозамкнутых обмоток (где n ≥ 1), первичная обмотка подключена параллельно участку проводника с измеряемым током, величина которого удовлетворяет условию I=K I2, где I2 - ток в первичной обмотке, К - постоянный коэффициент, характеризующий конструктивные параметры.
Именно то, что первичная обмотка датчика подключена параллельно участку проводника с измеряемым током, величина которого удовлетворяет условию I=K I2, где I2 - ток в первичной обмотке, К - постоянный коэффициент, характеризующий конструктивные параметры, а на ферромагнитном сердечнике дополнительно расположены n-короткозамкнутых обмоток (где n ≥ 1), достигается упрощение и увеличение точности измерений.
На чертеже изображена принципиальная схема устройства.
Датчик тока содержит ферромагнитный сердечник 1, на котором размещены первичная обмотка 2 и вторичная обмотка 3. К зажимам 4 (АВ) подсоединена первичная обмотка 2. К входу усилителя 5 подсоединен один вывод вторичной обмотки 3, а другой вывод соединен с общей шиной. На проводнике 6 находятся зажимы 4 для подключения первичной обмотки 2. Короткозамкнутая обмотка 7 размещена на ферромагнитном сердечнике 1. Регистрирующий прибор 8 соединен с одним из выводов вторичной обмотки 3, либо с выходом 9 усилителя 5. Нагрузка 10 (Zн), соединена с клеммами питающей сети 11.
Датчик тока работает следующим образом. При подаче напряжения питания на клеммы 11 по проводнику 6 через нагрузку 10 (Zн), течет ток I (общий ток), подлежащий измерению. Поскольку первичная обмотка 2, охватывающая ферромагнитный сердечник 1, подсоединена к зажимам 4 (участок АВ) проводника 6, то первичная обмотка 2 и участок АВ проводника 6 образуют параллельное соединение, следовательно, измеряемый ток разветвляется на два тока:
I2 - ток в первичной обмотке 2 и ток I1 - на участке АВ. Их величины будут зависеть от величины сопротивлений первичной обмотки 2 и участка АВ.
Сопротивление участка АВ проводника 6 с измеряемым токам можно определить из выражения
R1 = ρ1 (1) где ρ1 - удельное электрическое сопротивление участка АВ, Ом . мм2/м;
l1 - длина участка АВ, м;
S1 - сечение проводника 6 с измеряемым током I на участке АВ, мм2.
Сопротивление первичной обмотки 2 определяется аналогичным образом
R2 = ρ2 (2) где ρ2 - удельное электрическое сопротивление проводника первичной обмотки 2, Ом . мм2/м;
l2 - длина первичной обмотки 2, м;
S2 - сечение привода первичной обмотки 2, мм2.
В любой из ветвей параллельного соединения, образованного сопротивлениями R1 и R2 ток может быть определен исходя из общего тока I.
Так, ток в первичной обмотке 2 будет
J2 = J (3)
или с учетом выражений (1) и (2)
J2 = J · (4) Поскольку второй сомножитель в выражении (4) есть величина постоянная
= K (5)
то ток первичной обмотки 2 пропорционален измеряемому току, т.е.
I2=KI (6)
Этот ток, протекая по первичной обмотке 2, создает в ферромагнитном сердечнике 1 магнитный поток, который сцеплен с вторичной обмоткой 3 и индуцирует в ней ЭДС взаимоиндукции - выходной сигнал. Зависимость между выходным сигналом и измеряемым током в соответствии с выражением (6) - линейная. Отклонение от линейности до 10% наблюдается при измерении малых токов до 0,1 А и определяется материалом ферромагнитного сердечника 1, а также чувствительностью регистрирующего прибора 8.
Верхний предел измерения тока практически не ограничен, так как выходной сигнал определяется в основном параметрами выражения (5) и числом витков вторичной обмотки.
Величина измеряемого тока может быть определена непосредственно по шкале регистрирующего прибора 8, отградуированной в единицах измерения тока, либо определена по характеристике преобразования. Все указанное выше подтверждается экспериментально. В качестве регистрирующего прибора 8 может быть использован цифровой вольтметр типа В7-27А. Однако при измерении малых токов возможно использование усилителя 5. В этом случае регистрирующий прибор 8 подсоединяют к выходу 9 усилителя 5, на вход которого подается выходной сигнал с вторичной обмотки 3.
Короткозамкнутая обмотка 7 позволяет как повысить помехозащищенность датчика, так и улучшить линейность преобразования - увеличить точность измерений, т. е. получить более "чистый" выходной сигнал, неискаженный помехой. Она может быть выполнена как одной обмоткой, так и несколькими, а количество витков определяется условиями эксплуатации датчика и не превышает нескольких витков.
Действие короткозамкнутой обмотки объясняется следующим образом.
Помеха, величина, случайная по знаку и амплитуде, наводит в короткозамкнутой обмотке (КЗ) ЭДС самоиндукции, которая вызывает в КЗ обмотке ток, создающий свое электромагнитное поле, направленное встречно основному, что вызывает уменьшение сигнала во вторичной обмотке 3.
Таким образом, внешние воздействия, а также искажения, связанные с неоднородностью материала сердечника, искажающие выходной сигнал, в значительной мере компенсируются полем КЗ обмотки.
Датчик тока прост в изготовлении и эксплуатации, так как не требует для своего изготовления элементов со специальными требованиями. Безопасен в эксплуатации, поскольку его электрические параметры (ток, величина выходного сигнала) весьма малы. Датчик практически не нагружает измерительную цепь и гальванически с нею развязан.
Его использование позволит в большинстве случаев отказаться от громоздких измерительных трансформаторов тока, а также повысить пределы измерения по току серийно выпускаемых приборов.
Таким образом, по сравнению с прототипом, заявляемое техническое решение позволяет упростить и увеличить точность измерений переменных токов.
Формула изобретения: ДАТЧИК ТОКА, содержащий трансформатор тока, включающий в себя ферромагнитный сердечник, на котором размещены первичная и вторичная обмотки, к выходу вторичной обмотки подключены последовательно соединенные усилитель и регистрирующий прибор, отличающийся тем, что, с целью упрощения и увеличения точности измерений, в него введены дополнительно n короткозамкнутых обмоток (где n ≥ 1), первичная обмотка подключена параллельно участку проводника с измеряемым током, величина I которого удовлетворяет условию I = KI2, где I2 - ток в первичной обмотке, K - постоянный коэффициент, характеризующий конструктивные параметры.