Преобразователь тока в напряжение

Союз Советскмк Социалнстмческнх РеспубликОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИ ЕТИЛЬСТВУ и 18976(51)М, Кл,З О 01 Н 19/00 Н 01 Г 40/06 с присоединением заявим ИВ(23) Приоритет ГосударственимЯ комитет СССР ио делам изобретеииЯ и открмтиЯДата опубликования описания 251280(72) Авторы изобретем мя В. К, Ванин и А. И. Мухин Ленинградский ордена Ленина политехническийййбтятут - им. М. И. Калинина(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ТОКА В НАПРЯЖЕНИЕ Изобретение относится к электро- измерительной технике, и предназна-: чено для использования в устройствах релейной защиты и автоматики энергосистем.,5Известен преобразователь тока в напряжение, выполненный на основе трансформатора тока с корректирующим усилителем 11.Однако известное устройство харак теризуется значительной сложностью и требует применения дополнительных мощных усилителей.Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является 15 преобразователь тока в напряжение, содеражщий два охваченных общей первичной обмоткой магнитопровода, на каждом из которых размещена вторичная обмотка с нагрузочным реэисто ром 21.Недостаток этого устройства связан с искажениями информации при нагрузках, близким к режиму КЗ, в области малых первичных токов, соот ветствующих начальной части кривой намагничивания трансформатора тока, а также в моменты перехода тока через нуль. Кроме этого, наличие во вторичных цепях диодов обусловливает по явление перенапряжений в моменты создания благоприятной индукции в магнитопроводах.Цель изобретения - расширение линейного диапазона преобразования.Укаэанная цель достигается тем, что в преобразователь тока в напряжение, содержащий два охваченных общей первичной обмоткой магнитопровода, на каждом из которых размещена вторичная обмотка с нагрузочным резистором, введены амплитудный дискриминатор и два промежуточных развязывающих преобразователя, причем входы амплитудного дискриминатора соединены с прямым выходом одного и инверсным выходом другого промежутЬчного раэвяэывающего преобразователя входы которых подключены к соответствующим нагруэочным резисторам.Достижение цели обеспечивается также тем, что амплитудный дискриминатор содержит три формирователя модуля и сумматор, причем одни из входов формирователей модуля со" единены с прямым выходом одного иэ промежуточных развязывающих преобразователей, другой вход первого формирователя модуля подключен к инверсному выходу другого промежуточного развязывающего преобразователя, другие входы второго и третьего формирователей модуля соединены с выходами соответственно положительной и отрицательной полярности первого формирователя модуля, а выходы отрицательной полярности второго и положительной полярности третьего формирователей модуля подключены ко входам сумматора.Известно, что наиболее точное преобразование первичного тока соответствует области кривой намагничивания магиитопровода трансформатора тока В = У (Н) с максимальной магнитной проницаемостью, которая является ре зультатом совместного действия на магнитопровод магнитодвижущей силы (МДС) первичной обмоткик и МДС вторичной обмотки и и пропорциональна их сумме (1 х =1 х,+ и). Иэ щ внешних Факторов основное влияние на значение индукции в магнитопроводе трансформатора тока оказывают величина первичного тока и сопротивление нагрузки. При изменении сопротивления нагрузки вторичной цепи трансформатора от нуля до бесконечности (соответствует размыканию вторичной цепи) результирующая намагничивающая сила ,ы 1 изменяется в пределах от некоторой очень небольшой величины 30 до и (при постоянном значении первичного тока). При постоянной нагрузке вторичной цепи, а также при изменении первичного тока, происходит передвижение точек режима работы по 35 кривой намагничивания,Перечисленные выше свойства позволяют расширить линейный диапазон с помощью двух трансформаторов тока, каждый из которых обеспечивает точность преобразования в заданном диапазоне изменения первичного тока.Для создания условий сравнения вторичных сигналов .во всем диапазоне преобразования, необходимо эти сиг налы привести к одному уровню при первичном токе, соответствующем максимальной магнитной проницаемости обоих магнитопроводов. Приведение сигналов к одному уровню осуществля О ется с помощью резисторов нагрузки, включенных по схеме регулируемого потенциометра. Амплитудный дискриминатор, подключенный к выходам обоих трансформаторов тока, позволяет вы- у делить из двух сравниваемых сигналов .; любой полярности максимальный по амплитуде во всем диапазоне преобразования.На Фиг, 1 изображена принципиаль- Щ ная электрическая схема предлагаемого преобразователя тока в напряжение; на фиг, 2 - приведены осциллограммы, полученные при испытаниях преобразователя в переходном режиме, 65 Преобразователь содержит дна трансформатора тока 1 и 2, магнитопроводыкоторых охвачены первичной обмоткой3. К вторичным обмоткам 4 и 5 обоихтрансформаторов тока подключены нагрузочные резисторы (или активныашунты) соответственно б и 7. Эти резисторы соединены с промежуточнымиразвяэывающими преобразователями 8и 9, каждый из которых имеет прямой11 ( 13,) и инверсный 10 (12) выходы,Устройство содержит также амплитудный дискриминатор (АД) 14, состоящийиз трех формирователей модуля (ФМ)15, 16 и 17, и сумматор 18. Прямойвыход 11 преобразователя 8 подключен к входам ФМ 15, 16 и 17, а инверсный выход 12 преобразователя 8подсоединен к другому входу ФМ 15,Кроме этого, выход положительной полярности ФМ 15 подключен к входуФМ 16, а выход отрицательной полярности ФМ 15 соединен с другим входом ФМ 17. Выход отрицательной полярности ФМ 16 и выход положительнойполярности ФМ 17 подключены к входамсумматора 18, выход которого одновременно является выходом всего устройства,Параметры резисторов и диодов19-24 в схеме АД определяются техническими характеристиками операционных усилителей. Входные сопротивления, а также сопротивления обратнойсвязи операционных усилителсй имеютодинаковую величину. Диоды 19-24однотипны.Величина сопротивления резистора б может находиться в пределах0,5-1,5 номинального значения дляданного типа трансформаторов тока,а резистор 7 может принимать значениясопротивления в пределах 0,005-0,0125номинального значения,Работа всей схемы преобразователя заключается в следующем.При снижении первичного тока, например ниже 0,1-1 ном. режим работы трансформатора тока 1 будет соответствовать точке начальной части кривой намагничивания магнитопровода В =(Н), находящейся ближе к уровню максимальной магнитной проницаемости чем точка намагничивания второго магнитопровода, Поэтому вторичный сигнал первого трансформатора тока ,О) будет иметь меньшую погрешность и, следовательно, большую величину, При большом первичном токе, соответствующем, например, насыщению магнитопровода первого трансформатора тока, сигнал О может резко снизиться до нуля. Сигнал О на выходе второго трансформатора тока синусоидалан и имеет значительно меньшую погрешность.С резисторов б и 7 через промежуточные развяэывающие преобразователи 8 и 9 сигналы обоих трансформаторов тока передаются для сравнения на, 789776схему АД. На ФМ 15 эти сигналы поступают с противоположными знаками.На его выходе происходит разделениерезультирующего сигнала по знаку полупериода. При отрицательной входной разности открыт диод 19, а при положительной - диод 20, Через диоды 19 и 20 сигналы проходят на входы ФМ 16 и 17. Совместная работа ФМ 15 и 16 соответствует операции выделения максимального по величине сигнала в течение положительного полупериода, ФМ 15 и 17 производят операцию выделения минимального по величине сигнала в течение отрицательного полу- периода.Рассмотрим работу АЦ в течение положительного полупериода вторичных напряжений трансформаторов тока при условии, что вторичный сигнал О трансформатора тока 1 больше по амплитуде выходного сигнала 02 трансформатора тока 2. Разность входньвс сигналов на ФМ 15 имеет при этом положительный знак, поэтому диод 19 закрыт, а открыт диод 20, через который разность сигналов отрицательной полярности поступает на один иэ входов ФМ 17. На другой вход ФМ 17 одновременно подается О положительного знака. Результирующий сигнал Оех 17 на входе ФМ 17, равный О, будет иметь положительный сигнал, при этом диод 23 будет закрыт. В то же время на вход ФМ 16 подается сигнал положительного знака 08 16, равный О. Диод 22 будет открыт и сигнал О через сумчатор 18 поступит на выход преобразователя.При отрицательном знаке и том же соотношении вторичных напряжений О и О схема АД работает аналогично с той лищь разницей, что диод 22 ФМ 16 будет закрыт и не пропустит сигнал О, а диод 23 ФМ 17 будет открыт и сигнал Оы 17, равный О через сумматор 18 поступит на выход устройства.На выходе сумматора 18 эти сигналы образуют непрерывный энакопеременный сигнал О форма и величина которого в каждый момент времени совпадает с наибольшей амплитудой одного иэ двух сравниваемых напряжений.На фиг. 2 приведены осциллограммы, полученные при лабораторных испытаниях модели предложенного преобразователя. Опыты проводились в переходном режиме работы трансформаторовтока типа ТПФпри первичном токеравном 12-кратному номинальномутоку трансформаторов (фиг. 2 а), Кзосциллограмм видно, что сигнал на. 20 25 30 35 45 50 выходе первого трансформатора тока О искажен вследствие насыщения сердечника (Фиг. 2 б), а сигнал на выхо. де второго трансформатора тока О повторяет форму первичного тока. На выходе преобразователя выделяется сигнал 08 щненасыщенного трансформато ра тока (фиг. 2 в).Предложенный преобразователь может передавать без искажения ток любой полярности и формы. Причем, нижний диапазон линейного преобразования достигает 0,03-0,05 номинального тока, а верхний - 15,0-20;0 номинального тока. Погрешность преобразования при этом не превышает 10. Формул а изобретения 1. Преобразователь тока в напряжение, содержащий два охваченных общей первичной обмоткой магнитопровода, на каждом из которых размещена вторичная обмотка с нагрузочным резистором, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения линейного диапазона преобразования, в него введены амплитудный дискриминатор и два промежуточных развязывающих преобразователя, причем входы амплитудного дискриминатора соединены с прямым выходом одного и инверсным выхо" дом другого промежуточного раэвяэывающего преобразователя, входы которых подключены к соответствующим нагруэочным резисторам.2. Преобразователь тока в напряже" ние по и. 1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что амплитудный дискриминатор содержит три формирователя модуля и сумматор, причем один из входов формирователей модуля соединены с прямым выходом одного из промежуточных развязывающих преобразователей, другой вход первого Формирователя модуля подключен к инверсному выходу другого промежуточного раэвязывающего преобразователя, другие входы второго и третьего формирователей модуля соединены с выходами соответственно положительной и отрицательной полярности пеового формирователя модуля, а выходы отрицательной полярности второго и положительной полярности третьего формирователей модуля подключены ко входам сумматора. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Патент США Р 3815013, 1974.2, Авторское свидетельство СССРФ 280620, кл, Н 02 Н 7/00, 1969.Составитель Л. МорозРедактор А. Шандор Техред М кузьма тор Н. Швыдка Подпи ВНИИПИ Госу ета СССР по делам рытий 3035, Москва аб., д. 4/5 иал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектнаякаэ 9128/75 11Тираж 1019 дарственного комит изобретений и отк Ж, Раушская н