Устройство для измерения тока

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН 4 а 01 к 190 ЕНИ ение диния.Устльсный ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИИ И ОТНРЫ ОПИСАНИЕ И РСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Ленинградский ордена Трудового Красного Знамени институт точной механики и оптики(56) Авторское свидетельство СССР Ф 875287, кл. С 01 К 19/00, 1980.Суворов Г.В. и др. Частотно-широтно-импульсный датчик тока, "Электротехническая промышленность, сер. Электропривод", 1981, вып. 4 (93), (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТОКА (57) Изобретение предназначено для преобразования аналоговых и формирования цифровых сигналов обратной свяэи по току в системах регулированияс полупроводниковыми.преобразователями. Цель изобретения - снижнамической погрешности измереройство содержит широтно-импумодулятор 3 с гальванической развязкой и шунт 1 в цепи измеряемого тока.Введение блока 2 интегрирования, блока 4 преобразования временного интервала в код,включающего генератор 14импульсов, элемент "ИИЛИ-НЕ 15,счетчик 16 и регистр 17 памяти,формирователей 5 и 6 коротких импульсов,элемента 7 гальванической развязки,генератора 8 эталонной частоты увеличивает быстродействие, уменьшаетпаразитные емкости измерительных цепей и повышает помехозащищенностьустройства. 3 э,п. ф-лы, 2 ил.Изобретение относится к электро- измерительной технике и предназначено для преобразования аналоговых и формирования цифровых сигналов обратной связи по току в системах регули рования с полупроводниковыми преобразователями, преимущественна в тех случаях, когда необходимо иметь гальваническую развязку между силовыми цепями и цепями управления, и может быть использовано в цифровых и цифроаналоговых системах регулирования скорости вращения и угла поворота двигателяпостоянного тока, управляемого от широтно-импульсного преобра зователя мостового типа.Целью изобретения является снижение динамической погрешности измерения путем повышения быстродействия и уменьшения паразитных емкостей измерительных цепей и повышение помехозащищенности.На Фиг. 1 показана Функциональная ,схема устройства для измерения тока на фиг, 2 - временные диаграммы ос новных элементов устройства для измерения тока,Устройство содержит шунт 1 в цепи измеряемого тока, блок 2 интегрирования, представляющий собой интегратор0 с ключом обнуления интегрирующей емкости и запоминающей емкостьюподключаемой к входу интегратора с помощью аналогового ключа, широтно-импульсный модулятор 3, блок 4 преобразова- З 5 ния временного интервала в код, два формирователя 5 и 6 коротких импульсов, элемент 7 гальванической развязки (оптрон 1 генератор 8 эталонной частоты, причем выводы шунта 1 соединены ф с входами блока 2 интегрирования,выход которого соединен с входом широтно-импульсного моцулятора 3 первый и второй выходы которого соединены соответственно с первым и вторым входами 4- блока 4 преобразования временного интервала в код,выходы которого соединены с выходами устройства, первый выход первого формирователя 5 коротких импульсон соединен с тактовым входом ши О ратно-импульсного модулятора 3 и вхо,дом управления памятью блока 2 интегрирования,второй выход - с входом обнуления блока 2 интегрирования,а вход соединен черс з элемент 7 гальваничес кой развязки с выходом генератора 8 эталонной частоты и входом второго формирователя 6 коротких импульсов,первый и второй выходы которого соединены соответственна с третьим и четвертым входами блока 4 преобразования временного интервала в код.Широтно-импульсный модулятор 3 содержит компаратор 9 однополярных сигналов, компаратср 10 разнополярных сигналов, синхронизируемый генератор 11 пилообразного напряжения и два элемента 12 и 13 гальванической развязки (оптроны) причем первые входы обоих компараторов 9 и 10 соединены с входом широтно-импульсного модулятора 3, вторые входы с выходом синхронизируемого генератора 11 пилообразного напряжения, а выходы через элементы 12 и 13 гальванической развязки соответственно с первым и вторым выходами широтно-импульсного модулятора 3, тактовый вход которого соединен с входом синхронизируемого генератора 11 пилообразного напряжения.Блок 4 преобразования временного интервала в код содержит генератор 14 импульсов, логический элемент 2 ИИЛИ-НЕ.15, счетчик 16, регистр 17 памяти, причем первые входы обоих И логического элемента 2 ИИЛИ-НЕ 15 соединены с выходом генератора 14 импульсов, второй вход первого И логического элемента 2 ИИЛИ-НЕ 15 соединен с первым входом блока 4 преобразования временного интервала в код, второй его вход соединен с вторым входом второго,И логического элемента 2 ИИЛИ-НЕ 15 и знаковым входом регистра 17 памяти, выход логического элемента 2 ИИЛИ-НЕ 15 соединен со счетным входом счетчика 16, вход обнуления которого соединен с третьим входом блока 4 преобразования временного интервала в код, а выходы и разрядов соединены соответственно с входами и разрядов регистра 17 памяти, вход записи в память которого соединен с четвертым входом блока 4 преобразования временного интервала в код, а выходы - с выходами блока 4 преобразованиявременного интервала в код.Устройство работает следующим образом.Генератор 8 эталонной частоты вырабатывает прямоугольные импульсы 18, которые синхронизируют работу предлагаемого устройства. Импульсы 18 с выхода генератора 8 эталоннойчастоты поступают на вход Формирователя 6 и через элемент 7 на вход Формирователя 5 коротких импульсов. На первых выходах формирователей 5 и 6 коротких импульсов Формируются короткие импульсы 19 одинаковой длительности с периодом следования Т в моменты времени, соответствующие фронтам нарастания импульсов 18, вырабатываемых генератором 8. На вто О рых выходах формирователей 5 и 6 коротких импульсов Формируются по спаду импульсов 19 короткие импульсы 20.В моменты поступления импульсов 15 19 на вход управления памятью блока 2 интегрирования происходит подключение запоминающей емкости к выходу интегратора блока 2 интегрирования с помощью аналогового транзисторного 20 ключа, входящего в состав блока 2 интегрирования. После окончания действия импульса 19 аналоговый ключ памяти блока 2 интегрирования размыкается и на запоминающей емкости до 25 конца периода Т сохраняется записанная информация. Импульсы 19 поступают также и на вход синхронизируемого генератора 11 пилообразного напряжения. После окончания процесса записи З 0 формируются короткие импульсы 20, которые замыкают ключи обнуления интегрирующей емкости блока 2 интегрирования, в результате чего, напряжение на выходе блока 2 интегрирования стано 35 вится равным нулю.Начиная с момента времени С, к 1 якорю электродвигателя прикладывается импульсное напряжение 21 с периодом следования Т. Длительность им пульсов задается широтно-импульсным модулятором, входящим в состав системы регулирования электропривода (не показано). Под действием импульсов 21 в якорной обмотке электродви гателя возникает пульсирующий ток 22. Протекая через шунт 1, ток 22 создает на шунте 1 пацение напряжения, которое поступает на входы блока 2 интегрирования, Спустя 1-2 мкс 50 необходимых для переписи информации и обнуления, на выходе интегратора блока 2 интегрирования появляется напряжение 23, соответствующее интегралу тока, протекающему через 55 шунт 1. К концу периода Т в момент времени й на выходе интегратора бло-. ка 2 интегрирования будет напряжение 23, соответствующее среднему за период Т значению тока, протекающегочерез шунт 1, В момент времениимпульс 19, замыкая аналоговый ключ,подключает к выходу интегратора блока 2 интегрирования запоминающую емкость. После окончания действия импульса 19 на запоминающей емкостии на выходе блока 2 интегрированиясохраняется напряжение П, в течение следующего периода.По окончании импульса 19 формируется импульс 20, который производитобнуление блока 2 интегрирования,после чего начинается процесс интегрирования, Напряжение с выхода запоминающей емкости блока 2 интегрированияподается на входы компараторов 9 и10, на другие входы которых с выходасинхронизируемого генератора 11 пилообразного напряжения подается напряжение П.При изображенной на Фиг, 2 полярности напряжения на выходе блока 2интегрирования работает компаратор 9 однополярных сигналов,при этом напряжение на .выходе компаратора 10 раэнополярных сигналов равно нулю. При противоположной полярности напряжения на выходе блока 2 интегрирования, т.е. при противоположном направлении тока,протекающего через шунт 1, работает компаратор 10 разнополярных сигна-лов. В моментна вход компаратора 9 однополярных сигналов начинает поступать напряжение П .превышаающее пилообразное напряжение синхронизируемого генератора 11 пилообразного напряжения. В этот же момент(диаграмма 24) на выходе компаратора 9 однополярных сигналов появляетсяимпульс 25, длительность которого определяется моментом С, когда напряжение Б, становится равным напряже;нию У,- . При этом длительность импульса 25 пропорциональна среднемузначению измеряемого тока за период Т.Импульс с выхода компаратора 9 однополярных сигналов через элемент 12 гальванической развязки поступает на один вход, а "0" с выхода элемента 13 гальванической развязки поступает на другой вхоД логического элемента 2 ИИЛИ-НЕ.15. При наличии им" пульса на выходе элемента 12 гальванической развязки или на выходе элемента 13 гальванической развязки с )944 3 1255 выхода генератора 14 импульсов поступают импульсы 26 через логический элемент 2 ИИЛИ-НЕ 15 на счетный вход счетчика 16.По окончании действия импульса, поступающего с элементов 12 или 13 гальванической развязки, логический элемент 15 запрещает прохождение импульсов 26 от генератора 14 импульсов на счетный вход счетчика 16. К 10 этому моменту времени на выходе счетчика 16 образуется кодовая комбинация, пропорциональная длительности импульсов на выходе широтно-импульсного модулятора 3, а следовательно, 15 и среднему значению измеряемого тока. Импульсы 19 с выхода формирователя 6 коротких импульсов поступают на вход Ь "Разрешение" записи регистра 17 памяти и осуществляют перепись 20 информации с выхода счетчика 16 в регистр 17 памяти (диаграмма 27).После переписи информации импульсы 20, поступая на вход счетчика 16, осуществляют его обнуление, Разряд 25 и + 1 регистра 17 памяти является знаковым. При отсутствии импульсов на выходе элемента 13 гальванической развязки на выходе и + 1- разряда регистра 17 памяти присутствует логи ческий ноль, что соответствует знаку плюс, когда кодовая комбинация на выходе регистра 17 памяти соответст-, вует положительному числу. При наличии импульсов на выходе элемента 7 гальванической развязки на выходе и + 1: разряда регистра 17 памяти присутствует логическая единица, соответствующая числу со знаком минус.Таким образом, устройство производит измерение среднего за период значения.тока, осуществляя при этом галь ваническую развязку между блоком управления и силовым каскадом преобразователя, а также преобразование аналоговоч информации о токе в код. Устройство обладает более высокой динамической точностью измерения,достигаемой за счет использования интегратора с обнулением на входе и более широкого диапазона изменения относительной длительности с постоянным периодом следования; более широкими функциональными возможностями.за счет того, что оно может работать в импуль 55 сных преобразователях с различными законами управления ключами в режимеУ прерывистых и непрерывных токов,более высокой помехозащищенностью иотсутствием биений в системе, достигаемых за счет установки интегратора на входе, синхронизации интегратора, счетчика и регистра памяти, атакже синхронизации широтно-импульсного модулятора предлагаемого устройства с широтно-импульсным модулятором системы; более высокой технологичностью изготовления и возможностью интегрального исполнения устройства в целом. Формула изобретения 1. Устройство для измерения тока, содержащее широтно-импульсный модулятор с гальванической развязкой и шунт, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью снижения динамической погрешности измерения путем повышения быстродействия, в него введены .блок интегрирования, блок преобразования временного интервала в код, элемент гальванической развязки, генератор эталонной частоты и два формировате-, ля коротких импульсов, причем вход первого формирователя коротких импульсов подключен через элемент гальванической развязки, а вход второго - непосредственно к выходу генератора эталонной частоты, первый выход первого формирователя подключен к тактовому входу широтно-импульсного модулятора и к входу управления памятью блока интегрирования, второй выход первого формирователя подключен к входу управления обнулением блока интегрирования, входы которого подключены к входам устройства через шунт, а выход - к входу широтно-импульсного модулятора, один иэ выходов которого подключен к первому входу, а другой - к второму входу блока преобразования временного интервала в код, вход запи си в память которого подключен к первому выходу, а вход обнуления - к второму выходу второго формирователя коротких импульсов, а выходы - к выходам устройства. 2. Устройство по и. 1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что блок преобразования временного интервала в код содержит генератор импульсов, счетчик, регистр памяти и логический эпемент 2 ИИЛИ-НЕ, первые входы обоих И которого подключены к выходу генерато ра импульсов, второй вход первого И1255944 1 р 8 р Ч Составитель В.БыковТехредЛ.Сердюкова Коррект РеЦицик бручар каз 4817/44 Подписно комитета СС и открытий Рауаская наб Тираж 728 ИИПИ Государственног по делам изобретений 13035, Москва, Ж,роизводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектн подключен к первому входу блока преобразования временного интервала в код, а второй вход второго И подключен к второму входу блока преобразования временного интервала в код 5 и знаковому входу регистра памяти, выход логического элемента 2 ИИЛИНЕ подключен к Счетному входу счетчика, вход обнуления которого подключен к третьему входу блока преобраэо вания временного интервала в код,а выходы и разрядов подключены соответственно к входам и разрядов регистра памяти, вход записи в память которого подключен к четвертому входу блока 15 преобразования временногоинтервала в код, а выходы - к выходам блока преобразования временного интервала в КОДе3. Устройство по п. 1 о т л и ч а ю щ е е с я тем, что широтно-импульсный модулятор содержит компаратор однополярных сигналов, компаратор разнополярных сигналов, синхронизируемый генератор пилообразного напряжения и два элемента гальванической развязки, причем первые входы обоих компараторов соединены с входом широтно-импульсного модулятора, вторые входы - с выходом синхронизируемого генератора пилообразного напряжения, а выходы через элементы гальванической развязки . - с первым и вторым выходами широтно-импульсного модулятора, тактовый вход которого соединен с входом синхронизируемого генератора пилообразного напряжения.4. Устройство по п. 3, о т л и" ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения помехозащенности путем уменьшения паразитных емкостей, элементы гальванической развязки выполнены на оптронах.