Трансформатор постоянного тока

(5)5 " 01 К 9/20 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯ)4ПРИ ГКНТ СССР ОПИ ОБРЕТЕН К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 148 7.8 0,9 бин 8 йла Сув орск 8, к ское 5, к 1985.(54) ТРАНСФОРИАТОР ПОСТОЯННОГО ТОКА(57),Изобретение относится к электроизмерительной технике и может бытьиспользовано в качестве высокочувствительного быстродействующего измерителя постоянного тока с гальваничес-кой развязкой с цепью измеряемоготока. С целью повьппения динамическойточности в устройство введены Аазосдвигакв(ие элементы 20 и 21, элемент мент откиси(3 Г 21) 445 (22) 01, (46) 07. (71) Чел институт (72) Г,В С.В,Герб (53) 621 (56) Авт )(ф 105606Автор Р 127530 Бюл. Р 37кий политехническЛенинского комсомров, О,И,Осипов,С,И,Бутаков7 (088.8)е свидетельство С(: 01 К 19/20,597755. А 1 ЧАЮЩЕЕ ИЛИ 22, а ключи 27, 2лнены двухпозиционными, Входно сигнал через входные зажимы 13 и 14 поступает на обмотки 9-12 управления, и протекание тока в этих обмотках изменяет магнитную индукцию в ферромагнитных сердечниках 1-4, которая приводит к тому, что в обмотках 5-8 возбуждения появляется сигнал, которьп выделяется на резисторах 23-26, Обмотки 5, 6 питаются от генератора 1.9 переменного напряжения непосредственно, а обмотки 7, 8 питаются через элемент 20, Элементы 21 и 22 выделяют сигнал управления ключами 27 и 28, в результате на вход сумматора 29 поступает сигнал разбаланса серд ников 1, 2 и 3, 4, Интегратор 30 выделяет этот сигнал и через эле 31 обратной связи передает на об 15-18 обратной связи, он и компе рует индукцию в сердечниках 1-4, 3 ил.Изобретение относится к электроизмерительной технике и может бытьиспользовано в качестве высокочувствительного быстродействующего иэмери-теля постоянного тока с гальваничес 5кой развязкой между цепью измеряемого тока и выходом устройства,Цель изобретения - повышение динамической точности,10На Фиг, 1 представлена Функциональная схема трансФорматора постоянноготока; на Фиг. 2 и 3 - временные диаграммы сигналов.ТрансФорматор постбянного тока(Фиг. 1) содержит четыре Ферромагнитных сердечника 1 - 4, каждый из которых имеет обмотки 5 - 8 возбуждения,обмотки 9 - 12 управления, согласнои последовательно соединенные с входными зажимами 13 и 14, обмотки 1518 обратной связи, генератор 19 переменного напряжения, Фазосдвигающиеэлементы 20 и 21, элемент ИСКЛ 10 ЧАЯЕЕИЛИ 22, резисторы 23-26, двухпозицнонные ключи 27 и 28, сумматор 29, интегратор 30, элемент 31 обратной связи,выходной зажим 32 устройства и шину 33нулевого потенциала, причем началообмотки 15 обратной связи соединено с шиной 33 нулевого потенциала,обмотки 15 - 18 обратной связи соединены между собой согласно и последовательно, конец обмотки 18 обратнойсвязи через элемент 31 обратной связи соединен.с выходным зажимом 32 ивыходом интегратора 30, вход которого соединен с выходом сумматора 29.Начало обмотки 5 возбуждения соединено с концом обмотки 6 возбуждения,40первым выходом генератора 19 переменного напряжения, входом Фазосдвигающего элемента 20 и первым входомэлемента ИСКЛЛЧА 10 ЩЕЕ ИЛИ 22, второйвход которого соединен с началом иконцом обмоток 7 и 8 возбуждениясоответственно и выходом Фазосдвигающего элемента 20. Конец обмотки 5возбуждения соединен с вторым выводомрезистора 23 и первым входом двухпозиционного ключа 28, второй вход50которого соединен с концом обмотки7 возбуждения и вторым выводом резистора 25, начало обмотки 6 возбуждения соединено с вторым выводомрезистора 24 и первым входом двухпо-,55зиционного ключа 27, второй вход которого соединен с началом обмотки 8возбуждения и вторым выводом резистора 26, выход элемента ИСКЛЮЧАЯЕЕИЛИ 22 черезФазосдвигающий элемент21 соединен с управляющими входамидвухпозиционных ключей 27 и 28, выходы которых соединены с неинвертирующим и инвертирующим входамисумматора 29 соответственно. Первыевыводы резисторов 23 - 26 и второйвыход генератора 19 переменного напряжения соединены с шиной 33 нулевого потенциала. Обмотки 15 - 18 включены встречно обмоткам 9 - 12 уйравления.ТрансФорматор постоянного тока работает следующим образом.Согласно соединенные обмотки 5и б возбуждения сердечников 1 и 2совместно с резисторами 23 и 24 образуют собой первый измерительныймост, одна диагональ которого получает питание от генератора 19 переменного напряжения, например прямоугольного напряжения ц(Фиг, 2и За), а с измерительной диагоналиснимается измеряемый сигнал У(С)=, ы) - у,Второй измерительный мост образован обмотками 7 и 8 возбуждения сердечников 3 и 4 и резисторами25 и 26, одна диагональ которого получает питание от Фазосдвигающего элемента 20, Формирующего переменное напряжение прямоугольной Формы Н (Фиг, 2 и Зб),сдвинутое во времени относительнонапряжения Н, на четверть периода, а с измерительной диагонали этого моста снимается измеряемый сигналу, = у - У(т),При отсчтствин входного постоянного тока устройства Х = 0 (Фиг,2) и воздействии на обмотки 5 и б возбуждения через резисторы 23 и 24 прямоугольного переменного напряжения Н индукции В, в сердечнике 1 и Вв сердечнике 2 изменяются по линейному закону, достигая уровня насыщения сердечников + В в моменты, , , изменения полярности напряжения Н, (Лиг.2 в). Равенство темпов изменения В,(й) и В может быть достигнуто соответствующим выбором параметров резисторов 23 и 24,В соответствии с равенством текущих значений токов намагжчивания, протекающих через обмотки 5 и 6 возбуждения и резисторы 23 и 24,977556 5 10 15 20 25 30 35 40 45 прежде чем произойдет изменение полярности напряжения цгенератора 19.В сердечнике 1 индукция В 1(1;) за этотже полупериод напряжения 11,уровнянасьпЧения достигнуть не сможет(Фиг. Зв). В соответствии с изменениями индукций Ви В (с) в положительный полупериод напряжения 11(Т)токи намагничивания, протекаюг 1 ие через резисторы 23 и 24, будут существенно различаться ме:щу собой такимобразом, что в пределах времени, С С ток намагничивания в обмоткеб возбуждения будет меныпе, чем в об 5 15падения напряжения на резисторах равны между собой, т.е, У, (г.) = Уд(1)(Аиг. 2 а). В результате напряжениена измерительной диагонали первогомоста У (С) будет равно нулю. Аналогичным образом при Х = 0 и воздействии на обмотки 7 и 8 возбуждениячерез резисторы 25 и 26 прямоугольного напряжения П (С) индукцииВэ(С) всердечнике Зи В всердечнике 4 также изменяются по линейномузакону, достигая уровня насыщениясердечников + В в моментыСизменения полярности напряженияИ(Е) (фиг. 2 г). При равенстве текущих значений токов намагничивания,протекающих через обмотки 7 и 8 возбуждения и резисторы 25 и 26, падениянапряжения на резисторах равны междусобой, т.е. У(С) = У-(С) (Аиг, 2 б).В результате напряжение на измерительной диагонали второго моста Утакже будет равно нулю, Наличиеэлемента ИСКЛИЧЮ 1 ЕВ ИЛИ 22, а такжеАазосдвигающего элемента 21 позволяет Аормировать на выходе Аазосдвигающего элемента 2 1 сигнал управленияИ) (Лиг. 2 и Зд) двухпозиционнымиключами 27 и 28. При нулевом уровнеуправляющего сигнала Ув пределах времени 1.1 , г С ,1С ЗС, (Аиг. 2 и Зд) к входам сумматора 29 через двухпозиционные ключи 2 и 28 поданы напряжения У,(е)и У(1) с.измерительной диагоналипервого моста, а при ненулевом сигна-ле У в пределах времени 1:о,йС.С. сС д (Г)иг,и Зд)напряжения У (Т) и У(1) с измерительной диагонали второго моста. Равенство сигналов У, и У (Т), а такжеУ (С) и "(С), встречно складываюг 1 ихся на входе сумматора 29,обуславливает на его выходе сигнал "(1)(Йиг. 2 е), в результате и выходной сигнал У(Лиг. 2 ж) интегратора ЗОбудет равен нулю.При наличии входного постоянноготока Х(С) Ф 0 (Лиг. 3) на входныхзажимах 13 и 14 устройства характеристики намагничивания ферромагнитныхсердечников 1 - 4 под действием тохачерез последовательно и согласновключенные обмотки 9 - 12 управления смещаются в равной степени относимтельно нулевого уровня напряженностимагнитного поля ферромагнитных сердечников. При этом эа счет встречного включе ия обмоток 5 и 6 возбуждения относительно точек подключениягенератора 19 переменного напряжения.,перемагничивание Аерромагнитных сердечников 1 и 2 в различные полупериоды переменного напряжения У (С) будет отличаться, а также будет отличатьсяперемагничивание сердечников3 и 4 в различные полупериоды переменного напрчжения 11(С) вследствиевстречного включения обмоток 7 и 8возбуждения; относительно выходных точек подключения Аазосдвигающего элемента 20. При совпадении напряженностей магнитных полей, создаваемыхтоками обмоток управления и возбуждения, индукция в Ферромагнитном сердечнике будет изменяться во временибыстрее, чем при встречном направлении напряженностей магнитного поля,создаваемого указанными обмотками.Пусть направление входного постоянного тока Х(С) Ф 0 таково, что в пределах положительного полупериода напряжения Б (С) генератора 19 напряженности магнитных полей обмоток управления 9 и во буждения 5 сердечника 1 противоположны по направлению. Тогда напряженности магнитных полейобмоток управления 10 и возбуждения6 сердечника 2 в указанный лолупериод напряжения П, будут совпадать по направлению воздействия.При этом индукция В(Аиг. Зв) всердечнике 2 будет изменяться вовремени быстрее, чем индукция В,(Т).В результате индукция В (е) достигаетуровня насьппения насыщенчя + В сердечника 2 в момент времени т, т.е. мотке 5 возбуждения, а в пределах7 159775времени й с ток намагничивания нобмотке 6 возбуждения будет больше,чем в обмотке 5 возбуждения, когдаимеет место насыщение сердечника 2,В результате в указанные. пределы времениположительного полупериода напряжения0,И) будут отличаться от падения напря-жений УИ) и 7 Ы на резисторах 23 и 24(Фиг. За), Яри этом напряжение на изОмерительнбй диагонали первого моста7 (О 7 (С) - У (1) будет отличаться от нуля, как в пределах временинтак и времени ,1В пределах отрицательного йолупериода напряжения О, И) генератора 19 напряженности магнитных полейобмоток управления 9 и возбуждения 5сердечника 1 совпадают, по направлению,а напряженности магнитных полей обмоток управления 10 и возбуждения 6сердечника 2 будут противоположны.Тогда индукция В в сердечнике 1будет изменяться во времени быстрее,чем индукция Вв сердечнике 2 25(Аиг, Зв). В результате индукцияВ, И) достигнет уровня насыщения -Всердечника 1 в момент времени ,;т,епрежде, чем произойдет изменениеполярности напряжения генератора 19.В сердечнике 2 индукция В затот же отрицательный полупериод напряжения 11, И) уровня насьппения -Вдостигнуть не сможет (Аиг. Зв), Всоответствии с изменениями индукцийВ (О и В (Он отрицательньп полу 35период напряжения Ц,ток намагничивания в обмотке нозбу;бдения 5 нпределах времени С, будет меньше, чем в обмотке нозбужндення 6, а 40в пределах времени 1 , С , когдаимеет место насыщение сердечника 1,будет больше ток намагничивания вобмотке 5, При этом будут отличатьсяи падения напряжений У, И) и Уна резисторах 23 и.24 (Аиг. За),Будет отличаться от нуля и текущеезначение напряжения на измерительнойдиагонали первого моста у(1) как впределах времени, так и времени С 1, ,.Аналогичнья образом Аормнруетсянапряжение У(с) на измерительной1 диагонали второго моста У.(С)Э= уИ) - у И) который получает(Аиг. 2 и Зб) с выхода Аазосдвигающего элемента 20, При наличии входного постоянного тока ХЫ Ф О указанного направления в положительный период переменного напряжения 0(С) ток намагничивания обмотки 8 возбуждения сердечника 4 в пределах времени С С будет меньше, чем ток намагничивания обмотки 7 возбуждения сердечника 3, а в пределах времени 11 , когда имеет место насыщение сердечйика 4, ток намагничивания н обмотке 8 возбуждения сердечника 4 будет больше, чем ток в обмотке возбуждения(Аиг Зб, г). В отрицательный полупериод напряжения Пток намагничивания обмотки 8 возбуждения сердечника 4 в пределах времениС + будет больше, чем ток на,магнйчивания обмотки 8 возбуждения 4,сердечника 3, н пределах временикогда имеет место насыщение сердечника 3, ток намагничивания в обмотке 7 возбуждения сердечника 3 будет больше, чем ток в обмотке 8 (фиг. Зб, г). При этом будут отличаться и падения напряжений У(е) и У (Т) на резисторах 25 и 26. Будет отличаться от нуля и текущее значение на измерительной диагонали второго моста У = У(1) - У какв пределах времениположительного полупериода напряжения Ц (С), так и в пределах времениотрицательного14полупериода напряжения П(Анг. Зб) . За период С 1 переменного напряжения П, (с) генератора 19 среднее значение напряжения у (С) на измерительной диагонали первого моста будет равно нулю, а также за период Сзпеременного напряжения Г(с) фазосдвигающего устройства среднее значение напряжения уна измерительной диагонали второго моста будет равно нулю. Однако за счет днухпозиционных ключей 27 и 28, управляемых Аазосдвигающим элементом 21, происходит выделение постоянной составляющей на выходе сумматора 29. Так, н период времени С 1, когда напряжение Б, положительно, на входах сумматора 29 присутствуют сигналы У, (с) и У И) первого измерительного моста, а на выходе сумматора появляется положительный сигнал.,1.(С), равный разности Г,- У = Узй) (фиг. Зе); в период времени С 4, когда на входах сумматора 29 присутствуют сигналы У(С) и У второго измерительного моста, а на ныходе(фиг. Зе); в период времени сйтто фкогда напряжение Б И) отрицательно,выходной сигнал сумматора 29 УФтакже положителен и определяется разностью У (т) - УИ) = Уэ(с) (фиг,Зе);в период времени Ст стз,когда йапряжение ЦИ) отрицательно, сигналУ (с) сумматора 29 остается положительньтм и равен разности У+ - УИ)= У (й) (Фиг, Зе),При изменении направления входного постоянного тока Х, протекающего через обмотки 9 - 12 управления устройства,характеристики намагничивания сердечников 1 и 2 и измененйя индукции в них меняются местами, а 20 также меняются местами характеристики намагничивания и изменения индукций в сердечниках 3 и .4, что в итоге приводит к изменению полярности сигнала У И) на выходе сумматора 29. 25Для повышения точности измерения входного постоянного тока выходной сигнал У И) сумматора 29 поступает на вход интегратора 30, а затем с его выхода на выходной зажим 32 и через элемент 31 обратной связи на обмотки 15 - 18 обратной связи. При появлении на входе интегратора 30 сигнала У (Т)=М0 на его выходе возникает сигнал У(1) = О, под действием. которого в обмотках 15 - 18 обратной связипоявляется ток намагничивания сердечников 1 - 4, встречно направленный току намагничивания обмоток 9 - 12 40 управления и полностью компенсирующий его первоначальное воздействие на хахарактеристики ттттттагни тивания сердечников 1 - 4, В результате этого изменения индукттий В(т),ВВИ) т, Вт 45 в сердечниках 1 - 4 вновь будут соответствовать условию, аналогичному отсутствию входттого постоянного тока Х(т;) устройства (фиг. 2 н, г), чтовызовет появление на входе интеграто О ра 30 сигнала У(с) = О, В итоге выходной сигнал тттттегратора 30 (вьтходной сигнал трансформатора постоянного тока) перестанет изменяться и останется на уровне (с)О, соответствующем компенсации токами иамагттичивания обмоток 15 - 18 обратной свя-зи токов намагничиваттия обмоток 9 - 12 управления (фиг, Зж). изобретения Трансформатор постоянного тока, содержащий четыре резистора, первые выводы первого и второго резисторов соединены с шиной нулевого потенциала, два ферромагнитных сердечника с обмотками возбуждения, обмоткамй управления и обмотками обратной свя-зи соответственно, обмотки управления первого и второго Ферромагнитных сер-, дечников соединены согласно, согласно соединены обмотки обратной связи первого и второго Ферромагнитных сердечников, начало обмотки возбуждения первого Ферромагнитного сердечника соединено с вторым выводом первого резистора, а конец - с началом обмотки возбуждения второго Ферромагнитного сердечника, при этом конец обмотки возбуждения второго Ферромагнитного сердечника соединен с вторым выводом второго резистора, генератор переменного напряжения, первый выход которого соединен с концом обмотки возбущцения первого Ферромагнитного сердечника, в второй выход генератора переменного напряжения соединен с шиной нулевого потенттнала, первый вход первого ключа соединен с вторым выводом Первого резистора, первый вход второго ключа соединен с вторым выводом второго резистора, сумматор, выход которого соединен с входом интегратора, выход которого соединен с входом элемента обратной связи и является выходом устройства, начало обмотки обратной связи и второго ферромагнитного сердечника соединено с шиной нулевого потенциала, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения динамической точности, в него введены два Фазосдвигающих элемента и элемент ИСКЛЙЧАИЩЕЕ ИЛИ, третий и четвертый Ферромагнитные сердечники с обмотками возбуждения, обмотками управления и обмотками обратной связи соответственно, обмотки управления третьего и четвертого ферромагнитных сердечников соединены согласно, согласно соединены обмотки обратной связи третьего и четвертого Ферромагнитнттх сердечников, начало обмотки возбуждеттття третьего ферромагнитного сердечника соединено с вторым выводом третьего резистора, а конец - с на .алом обмотки возбуждения четтзертого ферромагнит+В 11 15977 ного сердечника, причем конец обмотки возбуждения четвертого ферромагнитного сердечника соединен с вторым выводом четвертого резистора, первые5 выводы третьего и четвертого резисторов соединены с ниной нулевого потенциала, вход первого фазосдвигающего элемента соединен с первым выходом генератора переменного напряжения и первым входом элемента ИСКЛИЧАИЩЕЕ ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом первого фазосдвигающего элемента и началом обмотки возбуждения четвертого ферромагнитного сердечника, выход элемента ИСК 3 ЮЧАИЩЕЕ ИЛИ через второй Аазосдвигаю-щий элемент соединен с управляющими входами обоих двухпозиционных ключей, второй вход первого двухйозиционного 20 , ключа соединен с вторым выводом третье 55 12го резистора, второй вывод четвертого резистора соединен с вторым входомвторого двухпоэиционного ключа, выходкоторого соединен с инвертирующимвходом сумматора, неинвертирующийвход которого соединен с выходом первого двухпозиционного ключа, выходэлемента обратной связи соединен сконцом обмотки обратной связи третьего ферромагнитного сердечника, начало обмотки обратной связи четвертогоферромагнитного сердечника соединенос концом обмотки обратной связи первого.ферромагнитного сердечника, конец обмотки управления которогосоединек с началом обмотки управления четвертого ферромагнитного сердечника, начало и конецобмоток управления третьего н первогоферромагнитных сердечников соответственно являются входами устройства,