Прецизионный трансформатор постоянного тока

СОЮЗ СОЕЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН 5305 19 1 4 С 01 К 19/ ЕТЕНИЯ ЕЛЬСТВУ К чес сомола ро во С(57) Изобретение оизмерениям и можетв приборах для иэм РАНСФОРМАТОР ПОосится к электроыть использованоения постоянного ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ ИСАНИЕ И ОРСНОМУ СВИДЕ(56) Авторское свидетельстВ 737850, кл. С 01 К 19/2004.04.77.Авторское свидетельствоВ 1056068, кл. С 01 К 19/201.03.82. тока. Цель изобретения - повышениеточности и стабильности, Для достижения поставленной цели в устройство, содержащее ферромагнитные сердечники 1 и 2, обмотки 3 и 4 возбуждения, обмотки 5 и 6 управления,входные шины 7 и 8, обмотки 9 и 1 Ообратной связи, генератор 11 переменного напряжения, токоограничивающиерезисторы 12 и 13, потенциометрические резисторы 14 и 15, ключ 17, интегратор 22, резистор 23 обратнойсвязи, общую шину 25 и выход 24 устройства, введены двухпороговый компаратор 16, ключ 8, запоминающиеэлементы 9 и 20, вычитающий блок21, резисторы 12-15. Исключено влияние на процесс преобразования неидентичности уровней насыщения сердечника. 3 ил.1 12Изобретение относится к электро- измерениям, в частности к измерителям-преобразователям постоянного тока с гальванической развязкой, и может быть использовано в приборах для измерения постоянного тока.Цель изобретения - повышение точности и стабильности путем исключения влияния на процесс преобразования неидентичности уровней насьпцеиия сердечника.На фиг,1 приведена электрическая схема прецизионного трансформатора постоянного тока; на фиг.2 - временные диаграммы его работы при отсутствии входного сигнала; на фиг.З - то же, при наличии входного сигнала,Прецизионный трансформатор содержит первый 1 и второй 2 ферромагнитные.еердечники. На сердечниках 1 и 2 размещены первая обмотка 3 возбуждения - на первом, и вторая обмотка 4 возбуждения - на втором, первая обмотка 5 управления - на первом и вторая обмотка 6 управления - на втором, соединенные согласно-последовательно и подключенные .к входным шинам 7 и 8, первая обмотка 9 обратной связи на первом сердечнике 1, и вторая обмотка 10 обратной связи - на втором сердечнике 2, Первый выходной вывод генератора 11 переменного напряжения соединен с началом первой обмотки 3 возбуждения и концом второй обмотки 4 возбуждения.Конец первой обмотки 3 возбуждения соединен через первый токоограничивающий резистор 12 с общей шиной, а начало опорной обмотки 4 возбуждения - через второй токоограничивающий резистор 13 с общей шиной и вторым выходным выводом генератора 11 переменного напряжения.Конец первой обмотки 3 возбужде" ния соединен с началом второй обмотки 4 возбуждения через соединенные последовательно первый 14 и второй 15 потенциометрические резисторы, соединеннные выводы которых подключены к первому входному выводу двух- порогового компаратора 16, второй входной вывод подключен к общей шине, а выход - к управляющим входам- первого 17 и второго 18 ключей. Конец первой обмотки 3 возбуждения и начало второй обмотки 4 возбуждения соединены соответственно через первый 17 и второй 18 ключи с входами75305 ,3первого 19 и второго 20 запоминающихэлементов, выходы которых подключенысоответственно к первому и второмувходу вычитающего блока 21, Выходвычитающего блока 21 соединен черезинтегратор 22 с выходной шиной 24,которая через соединенные последовательно резистор 23 обратной связи,первую 10 и вторую 9 обмотки обрат- О ной связи подключена к общей шине25. Обмотки 9 и 10 обратной связивключены встречно по отношению ксоответствующим обмоткам 5 и 6 управления.5 Прецизионный трансформатор постоянного така работает следующим образомм.Согласно соединенные обмотки 3 и4 возбуждения ферромагнитных сердеч ников 1 и 2 совместно с токоограничивающими резисторами 12 и 13 образуют измерительный мост, одна диагональ которого получает питание отгенератора 1 переменного напряжения, 25 например прямоугольного напряженияБ(С) (фиг. 2 а и За), а с другой диагонали снимается измеряемый сигналТ 4(С)=У -УЕ(С) (фиг.)При отсутствии управляющего сиг- ЗО,нала Х(г.) и воздействии на обмотки3 и 4 возбуждения через токоограничи вающие резисторы 12 и 13 прямоугольногопеременного напряжения П(1) (фиг. 2 а)индукция В (С) в сердечнике 1 и35индукция В (г.). в сердечнике 2 иэме 2няются по линейному закону, достигаяуровня насыщения сердечников + В3в моменты С, С иизменения псовлярности напряжения Щг.) (юг,2 б).Равенство темпов изменения В (г,) иВможет быть достигнуто соответствующим выбором параметров токоограничивающих резисторов 12 и 3, хотяне является строго обязательным. ф 45В соответствии с равенствами текущих значений токов намагничивания,протекающих через обмотки 3 и 4 возбуждения и токоограничивающие резисторы 12 и 13, падения напряжения на56резисторах 12 и 13 равны между собой,т.е. У;=У (с) (фиг.2 в). В результате напряжение на диагонали мостаУд(с) равно нулю.Выбором параметров сопротивленийпцтенциомегрических резисторов 14 и15 добиваются наличия напряжения в55общей их точке относительно общейшины (сигнал У(с) на фиг.1) такогоуровня, чтобы он превышал уровни +аВ15 20 40 45 О 5 3порогов переключения компаратора 16в области сигналов У , У (С),близких к насыщенному состоянию сердечников 1 и 2 (фиг.2 г). Тогда впределах временифф фс (фиг.2 г), когда 1 У) акомпаратор 16 размыкает управляемыеим ключи 17 и 18 (фиг.2 д), В итогена выходе запоминающих элементов19 и 20, например, на основе апериодического КС-звена (фиг.1) в пределах с 1 ., с , с 5 ст сохраняются значения сигналов У (С),У (Т), имеющих место на выходе элементов 19 и 20 в момент размыканияключей 17 и 18 (фиг.2 е),При равенстве сигналов У (с) иУ (С) выходные сигнали У (с) и5У (с) запоминающих элементов 19и 20 также одинаковы (фиг.2 е) и,вычитаясь на входе вычитающего блока2, обусловят на его выходе сигналУ.(С)=У (г.)-У (С)=О (фиг.2 ж). В результате выходной сигнал У (С) инВтегратора и трансформатора постоянного тока будет равен нулю.При наличии управляющего сигналаХ(г. )Ф 0 (фиг. За) на входных шинахустройства характеристики намагничивания сердечников 1 и 2 под воздействием тока через последовательно и согласна включенные обмотки5 и 6 управления смещаются в равнойстепени относительно нулевого уровня напряженности магнитного полясердечников. При этом за счет встречного включения обмоток 3 и 4 возбуждения относительно точек подключения генератора 11 переменного напряжения перемагничивание сердечников 1 и 2 в различные полупериодыпеременного напряжения П(С) отличается. При совпадении напряженностей магнитных полей, создаваемыхтоками обмоток управления и возбуждения, индукция в сердечнике изменяется во времени быстрее, чем привстречном направлении напряженностеймагнитного поля, создаваемого укаэанными обмоткамиПусть в пределах положительногополупериода напряжения Б(с) генератора 11 напряженности магнитных полей обмоток управления 5 и возбуждения 3 сердечника 1 совпадают по направлению воздействия. Тогда напряженности магнитных полей обмотокуправления и возбуждения 4 сердечника 2 в указанный полупериод напряожения 0(С) будут направлены встречно, При этом индукция В (с) в сердечнике11 будет изменяться во времени быстрее, чем индукция В (С) в сердечнике 2 (фиг. 3 б). В результате индукция В,(г.) достигнет уровня насьпцения В3 сердечника 1 в момент времени т,е, прежде, чем произойдет изменение полярности напряжения ЯС) генератора 11. В сердечнике 2 индукция В (с) за тот же полупериод напряжения Б(с) уровня насыщения достигнуть не сможет (фиг.З б).В соответствии с изменениями индукции В, , В (г-) в положительный полупериод напряжения Б(С) .токи намагничивания, протекающие через токо- ограничивающие резисторы 12 и 13 обмоток 3 и 4 возбуждения, существенно отличаются между собой таким образом, что в пределах времени сток намагничивания в обмотке 3 возбуждения меньше, чем в обмотке 4 возбуждения, а в пределах временикогда имеет место насыщение сердечника 1, ток намагничивания в обмотке 3 возбуждения больше, чем в обмотке 4 возбуждения. В результатев укаэанные пределы времени положительного полуперйода напряжения П(С) отличаются падения напряжений У 1(с) и У(с) на токоограничивающих резисторах 12 и 13 (фиг. 3 в). При этом напряжения на измерительной диагонали моста У И)=У, (С)-У отличаются от нуля как в пределах времени с с , так и в пределах вреа ф 2мени С С В пределах отрицательного полупериода напряжения О( с ) генератора 11 напряженности магнитных полей обмоток управления 5 и возбуждения 3 сердечника 1 направляются встречно, а напряженности магнитный полей обмоток управления 6 и возбуждения 4 сердечника 2 складываются, Тогда индукция В(с) в сердечнике 2 изменяется во времени быстрее, чем индукция В (с) в сердечнике(фиг.З б). В результате индукция В (г.) достигнет уровня насыщения - В сердечника5 2 в момент времени С, т.е. прежде, чем произойдет изменение полярности напряжения (с) генератора 11. В сердечнике 1 индукция В,(й) за тот же отрицательный полупериод напряжения 0(с) уровня насыщения - В достигЬ нуть не сможет (фиг.З б).12В соответствии с изменениями индукции В (С), В (с) в отрицательный полупериод напряжения П(С) ток намагничивания в,обмотке 4 возбуждения в пределах времени СС 5 меньше, чем в обмотке 3 возбуждения, а в пределах времени С й , когда имеет место насыщение сердечника. 2, будет больше тока намагничивания в обмотке 3. При этом отличаются и падения напряжений У (С), У (е) на токоограничивающих резисторах 12 и 13 (фиг.З в),. Отличается от нуля и текущее значение напряжения на измерительной диагонали моста У (1.) как1 в пределах времени С1: так иб времени С 5 СЗа период спеременного напряжения Ц(С) генератора 11 среднее напряжение У (С) на измерительной диагонали моста равно нулю. Однако за счет управляемых компаратором 16 ключей 17 и 18 и запоминающих элементов 19 и 20 происходит выделение постоянной составляющей на выходе вычитающего блока 21. Для положительного полупериода напряжения У(С) генератора 11 в момент времени, предшествующий моменту времени снасыщения сердечника 1, когда сигнал У (с) на входе компаратора 1 б превысит порог +о его переключения, ключи 17 и 18 отключат измери тельную диагональ моста от входов запоминающих элементов 19 и 20, При этоР напряжения 15(с) и б( ) в пре делах времени с , , г. ъ т.е, покаЯсигнал Уз(с) на входе компаратора 16 превышает порог о его переключения, останутся на выходе запоминающих элементов 19 и 20 без изменения. В результате неравенство У (й)-У (с)0 (фиг.З е) сохранится в пределах всего положительного полупериода напряжения П(С) генератора 11, а на выходе сумматора появится сигнал У(й)пропорциональньй разности У (с)- 5 (Б отрицательный полупериод напряжения 0(с) генератора 11 в моментвремени г.,предшествующий моменту5времени с насыщения сердечника 2,5когда сигнал У(с) на входе компаратора 16 превысит порог -о его переключения, ключи 17 и 18 вновь отключат измерительную диагональ мостаот входов запоминающих элементов 19и 20, При этом напряжения 7 (с) и7 (с) в пределах времени СйФ75305 6 25 30 появлении на входе интегратора сигнала УФО на его выходе возникаетсигнал У (с)О, под воздействием коВторого в обмотках 9 и 10 обратнойсвязи появляется ток намагничивания Э 5 сердечников 1 и 2, встречно направленный току намагничивания обмоток5 и 6 управления и полностью компенсирующий его первоначальное воздействие на характеристики намагничивания сердечников 1 и 2. В результате изменения индукций В (С), Вф 2в сердечнике 1 и сердечнике 2 вразличных попупериодах напряженияУ(С) генератора 11 вновь будут соответствовать условию, аналогичномуотсутствию управляющего сигналаХ(г.) на входных шинах 7 и 8 устройства (фиг. 2 б), что вызовет появление на входе интегратора 22 сигналаУ (с)=0, В итоге выходной сигнал интегратора У(С) перестанет. изменяться, оставаясь на уровне У(Г)О,соответствующем компенсации токаминамагничивания обмоток 9 и 1 О обрат- ,5ных связей, токов намагничивания обмоток 5 и 6 управления устройства(фиг.З к). Тем самим обеспечиваетсяпропорциональная взаимосвязь между 5 1 О 15 20 т,е. пока сигнал У (С) на выходезкомпаратора 16 превысит порог -с его переключения, останутся на выхо. де запоминающих элементов 19 и 20 без изменения, В результате неравенство У,(С)-У.,0 (фиг.З е) сохранит свой знак по отношению к общей шине устройства и останется неизменным в пределах всего отрицательного полупериода напряжения У(С) генератора 11. Останется неизменным и сигнал У (С) на выходе блока 21,При изменении полярности входного сигнала Х на входных шинах 7 и 8 устройства характеристики намагничивания сердечников 1 и 2 и изменения индукций в них меняются местами, что в итоге приводит к изменению полярности на выходе вычитающего блока 21. Для повышения точности измерения входного сигнала Х(С) выходной сигнал У(Е) блока 21 поступает на вход интегратора 22, а затем с его выхода 24 через резистор 23 обратной связи на обмотки 9 и.10 обратной связи, последовательно и согласно включенные между собой и встречно включенные обмоткам 5 и б управления. При7 12входным Х(С) и выходным У (С) сигВнадами устройства,Любое отклонение магнитных характеристик. сердечников 1 и 2 от идеальности, а также их идентичности междусобой вызовет изменение токов их намагничивания в различные полупериодынапряжения ЯС) генератора 11 и внаибольшей степени - в периоды времени, когда индукции в сердечнике1 и 2 будут приближаться к насыщениюсердечников. Однако за счет отключения ВыхОдных сигналов1 ув указанные периоды времени ключами17 и 18 от входов запоминающих элементов 19 и 20, неидентичность сигналов У(С) и Т (с) не будет проявляться на выходе вычитающего блока 21 ив результате на выходе интегратора22. Отклонения же В сигналах УУ (С) в зонах намагничивания сердечЯников 1 и 2 могут быть скомпенсированы с помощью токоограничивающнхрезисторов 12 и 13, а также значительно ослабляются эа счет отрицательно обратной связи по обмоткам9 и О. Наличие запоминающих элементов 19 и 20 позволяет, в своюочередь, сохранить информационныйсигнал, пропорциональный входномусигналу Х(1) устройства в моментыразмюкания ключей 17 и 18, дополнительно обеспечивая тем саьим какстатическую, так и динамическую .точность измерения устройства иего стабильность.Формула изобретенияПрецизионный трансформатор постоянного тока, содержащий первый и второй сердечники, на каждом из которых размещены обмотка управления, обмотка возбуждения и обмотка обратной связи обмотки управления соединены согласно-поспедовательнои подключены к входным шинам, обмотки обратной связи соединены согласно-последова 75305 8 5 0 15 20 25 30 тельно, подключены к общей шине и через элемент обратной связи соединены с выходной шиной, генератор переменного напряжения, интегратор, первый управляеьий ключ, выход которого соединен с входом первого запоминающего элемента, обмотки обратной связи включены встречно по отношению к обмоткам управления, о т - л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повьппения точности и стабильности, в него введены второй управляемый ключ, второй запоминающий элемент, двухпороговый компаратор, вычитающий блок, первый, второй, третий и четвертый резисторы, при этом первый выходной вывод генератора переменного напряжения подключен к началу обмотки возбуждения первого сердечника и концу обмотки возбуждения второго сердечника, конец обмотки возбуждения первого сердечника соединен через первый резистор с вторым выходным выводом генератора переменного напряжения, первым входом компаратора и с общей шиной, через второй резистор - с вторым входом компаратора, начало обмотки возбуждения второго сердечника через третий резистор соединено с первым входом компаратора и через четвертый резистор - с вторым входом компаратора, выход которого подключен к управляющим входам ключей, вход первогоключа соединен с концом обмотки возбуждения первого сердечника, а вход второго ключа - с началом обмотки возбуждения второго сердечника, выход второго ключа соединен с входомвторого запоминающего элемента, выходы запоминающих элементов соединены соответственно с первым и вторым входами вычитающего блока, выход которого через интегратор подключен к выходной шине, третий вход вычитающего блока, вторые входы интегратора и вычитающих блоков соединены с общей шиной.+аг 4 Ю Составителтор А.Коэориэ Техред Е.%ад Пучков скийКорр ек екмар Тираж 728 Государственного комитета елам иэобретений и открытий Москва, Ж, Раушская н 3Подпи сно ак 4/5 иэводственно-попигра 4 ицеско б 554/3 ВНИИПИпо д 113035 приятие, г. Ужгород, ул.,Проектная, 4