Устройство для контроля электрических параметров трансформаторов

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК ОЮ (11) З(51) 6 01 Р 31/28 БРЕ ЕЛЬСТ п той ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ОПИСАНИ Н АВТОРСКОМУ(54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ТРАНСФОРМАТОРОВ, содержащее первый компаратор,переходной трансформатор, соединеннъщ первым и вторым выводами первичной обмотки с одноименными входамиустройства, а через выпрямитель - свходом стабилизатора, первым и вторым выводами вторичной обмотки - склеммами для подключения первого ивторого, выводов первичной обмоткиконтролируемого трансформатора,средней точкой вторичной обмоки - собщей. шиной устройства, вторым выводом вторичной обмотки через делитель образцового напряжения и первый резистор - с неинвертирующим вхо.дом усилителя разностных сигналов,с катодом первого и анодом второгодиодов и с первым выводом второгорезистора, соединенного вторым выводом, через делитель контролируемогонапряжения с клеммой для подключенияпервого вывода вторичной обмоткиконтролируемого трансформатора, .врой вывод которой соединен с общешиной устройства, инвертирующийвход усилителя разностных сигналовсоединен через третий резистор собщей шиной устройства, через четвертый резистор - со своим выходом и с входом первого детектора, соедине ного выходом через пятый и шестой резисторы с первым и вторым входами блока отображения информации, усили тель, соединенный инвертирующим вхо дом с общей шиной устройства, соеди ненной с анодом и катодом первого и второго диодов и с анодом и катодом третьего и четвертого диодов, соеди ненных соответственно катодом и ано дом с неинвертирующим входом усилителя, выход которого соединен с входом второго детектора, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повьш.ения точности контроля, в него введены эталонный резистор, включенныйпараллельно клеммам для подключениявторичной обмотки контролируемоготрансформатора, седьмой, восьмой,девятый, десятый, одиннадцатый,двенадцатый, тринадцатый, четырнадцатый, пятнадцатый и шестнадцатыйрезисторы, делитель напряжения ипятый диод, соединенный анодом. с инвертирующим входом усилителя раэностных сигналов, катором - черезседьмой резистор с выходом первогокомпаратора, соединенного инвертирующим входом с общей шиной устройства, неинвертирующим входом черезвосьмой резистор - с выходом второго детектора, через девятый резистор . - с первым выводом десятого резистора, соединенного вторым выводомс общей шиной устройства, третьимвыводом через одиннадпатый и двенадцатый резисторы соответственно - свыходами выпрямителя и стабилизатора, непосредственно с первыми вивотринадцатого и четырнядцато11122984 5 О 15 20 25 30 резисторов, соединенных вторымивыводами через соответствующие пятнадцатый и шестнадцатый резисторы спервым и вторым входами блока отображения информации соответственно,третьими выводами - с общей шинойустройства, неинвертирующий входусилителя соединен через делительнапряжения с выходом делителя контрольного напряжения. 2. Устройство по п. 1, о т л и -ч а ю щ е е с я тем, что блокотображения информации содержит втоИзобретение относится к контрольно-измерительной технике и .,ожет быть использовано для контроля элект. рических параметров трансформаторов в условиях серийного производства.Известен пороговый детектор электрических сигналов, содержащий источник контролируемого напряжения, источник образцового (опорного) напряжения, двухполупериодный выпрямитель, преобразователь абсолютной величины в среднее значение, фильтр, компаратор и блок индикации, Послед-т ний выдает сигнал в виде уровней логического "О" или логической "1", если амплитуда выходного синусоидаль. наго напряжения трансформатора частотой 50 Гц оказывается выше или ниже установленного значения. 11 .Недостаток устройства " низкая точность измерений.Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для контроля электрических параметров трансформаторов, содержащее эталонный образцовый) трансформатор, источник переменного напряжения, высокоомный делитель, входной трансформатор, блок сравнения, уси литель,синхронный детектор, делитель регистрирующие триггеры и усилитель-ограничитель 2 . Недостаток известного устройства -низкая точность измерения, чтообъясняется следующим. Точность контрой и третий .компараторы, первый,второй и третий ключи, первый, второй и третий элементы индикации,элемент совпадения, соединенный выходом через первый ключ с входомпервого элемента индикации, первыми вторым входами соответственно свходами второго и третьего элементов индикации, а через второй и третий ключи соответственно с выходами второго и третьего компараторов, соединенных разноименными входами с соответствующими первым и вторым входамиблока отображения информации,роля электрических параметров трансформаторов значительно снижается при контроле трансформаторов под нагрузкой так как сравнение контролируемого и эталонного напряжений производится на элементах со значительно отличающимися один от другого внутренними сопротивлениями источников контролируемого и эталонного сигналов, так высокоомный делитель может быть порядка единиц или сотен кОм, а для эталонного трансформатора, единицы Ом.Также величина разности контролируемого и эталонного напряжения - разностное напряжение, получаемое на входном трансформаторе блока сравнения, при необходимости повышения точности измерения близка к нулю. Малый уровень сигнала в большей степени подвержен действию низкочастотных помех, и приводит к необходимости значительного усиления его,что, в свою очередь, понижает точность установки предельных значенийдопусков из-за большей нестабильности коэффициента усиления усилителя с большим коэффициентом усиления, по сравнению с аналогичными усилителями с малым коэффициентом усиления.Кроме того, разностное напряжение нестабильно при колебаниях напряжения сети, что вносит дополнительную погрешнсть в измерение выходных напряженнй контролируемого трансформатора, так как в устройстве не принято никаких мер для компенсации этой погрешности. Для сохранения точности контроля необходимо поддерживать постоянным номинальное напряжение сети, :что неудобно в эксплуатации. 5Цель изобретения - повышение точности контроля.Поставленная цель достигается тем, что в устройство для контроля электричсеких параметров трансфорО маторов, содержащее первый компаратор, переходной трансформатор, соединенный первым и вторым выводами первичной обмотки с одноименными входами устройства, а через выпрямитель - с входом стабилизатора, первым и вторым выводами вторичной обмотки - с клеммами для подключения первого и второго выводов первичной обмотки контролируемоготрансформатора, средней точкой вторичной обмот. ки - с обшей шиной устройства, вторым .выводом вторичной обмотки через делитель образцового напряжения и первый резистор - с неинвертирующим .25 входом усилителя разностных сигна.лов, с катодом первого и анодом второго диодов и с первым выводом второго резистора, соединенного вторым выводом через делитель контролируемого напряжения с. клеммой для подключения первого вывода вторичной обмотки контролируемого трансформато.ра, второй вывод которой соединен с общей шиной устройства, инвертирую щий вход усилителя разностных сигналов соединен через третий резистор с общей шиной устройства, через четвертый резистор - со своим выходом и с входом первого детектора, соеди ненного выходом через пятый и шестой резисторы с первым и вторым входами блока отображения информации, усилитель, соединенный.инвертирующим входом с общей шиной устройства, сое диненной с анодом и катодом первого и второго диодов и с анодом и катодом третьего и четвертого диодов, . соединенных соответственно катодом и анодом с неинвертирующим входом 50 усилителя, выход которого соединен с входом второго детектора, введены эталонный резистор, включенный параллельно клеммам для подключения вторичной обмотки контролируемого 55 трансформатора, седьмой, восьмой, девятый, десятьп, одиннадцатый, две-. надцатый, тринадцатый, четырнадцатый,пятнадцатый и шестнадцатый резисторы, делитель напряжения и пятый диод, соединенный анодом с инвертирующим входом усилителя разностных сигналов, катодом - через седьмой резистор с выходом первого компаратора, соединенного инвертирующим входом с общейшиной устройства, неинвертирующим входом через восьмой резистор - свыходом второго детектора, через девятый резистор - с первым выводомдесятого резистора, соединенного втцрым выводом с общей. шиной устройства, третьим выводом через одиннадцатый и двенадцатый резисторы соответственно - с выходами выпрямителя и стабилизатора, непосредственнос первыми выводами тринадцатого ичетырнадцатого резисторов, соединенных вторыми выводами через соответствующие пятнадцатый и шестнадцатыйрезисторы с первым и вторым входамиблока отображения информации соответственно, третьими выводами - собщей шиной устройства, неинвертирующий вход усилителя соединен черезделитель напряжения с выходом делителя контролируемого напряжения,Блок отображения информации содержит второй и третий компараторы,первый, второй и третий ключи, первый, второй и третий элементы индикации, элемент совпадения, соединенный выходом через первый ключ свходом первого элемента индикации,первым и вторым входами соответственно с входами второго и третьегоэлементов индикации, а через второйи третий ключи соответственно с выходами второго и третьего компараторов, соединенных разноименнымивходами с соответствующими первым ивторым входами блока отображения информации,На фиг. 1 представлена электрическая схема устройства для контроля электрических параметров трансформаторов; на фиг. 2 - структурная электрическая схема блока отображения информации в качестве примера, нафиг. 3 - эпюры напряжений в различных точках предлагаемого устройства, на фиг. ЗО - выходное напряжение делителя контролируемого сигнала, на фиг. 36 - выходное напряжение делителя образцового сигнала, на фиг.36 разностное напряжение на входе усилителя разностного сигнала, нафиг. 3- выходное напряжение усили . теля разностного сигнала, на Фиг.4 - характеристика детектора разностногосигнала, на Фиг, 5 - диаграммы напряжений, поясняющие компенсацию изменения выходного напряжения детектора разностного сигнала при колебаниях напряжения питающей сети, И зависимость выходного напряжения де" тектора разностного сигнала от изме 1 О нения напряжения питающей сети нри неизменном контролируемом параметре, 5 - зависимость суммарного выходного напряжения выпрямителя и стабилизатора от изменения напряжения питающей сети.Устройство содержит переходный трансформатор 1, контролируемый трансформатор 2, эквивалент нагрузки 3, делитель 4 образцового (опорного) переменного напряжения, состоящий из семнадцатого 5 и восемнадцатого 6 резисторов, делитель 7 контролируемого напряжения, состоящий из девятнадцатого 8 и двадцато 25 го 9 резистопов, выпрямитель 10, стабилизатор 11, усилитель 12 разностного сигнала с обратной связью через четвертый резистор 13, первый детектор 14, формирователь 15 сигна- З 0 ла однозначности, блок 16 отображения информации, входы 17 и 18 питающей цепи, одиннадцатый 19 и двенадцатый 20 резисторы, четырнадцатый 21 и шестнадцатый 22 резисторы, три- З 5 надцатый 23 и пятнадцатый 24 резисторы, усилитель 25, второй детектор 26, восьмой резистор 27, первый компаратор 28, седьмой резистор 29, пятый диод 30, третий резистор 31. 40 первый 32 и второй ЗЗ резисторы 1 первый 34 и второй 35 диоды двадцать первый 36 и двадцать второй 37 резисторы четвертый 38 и третий 39 диоды, пятый 40 и шестой 41 резисторы, 45 десятый резистор 42 и девятый резистор 43. Резисторы 19, 20, 21, 23 и 42 выполнены, например, переменными. 50Блок 16 отображения информации содержит второй 44 и третий 45 компараторы, второй 46, третий 4 7, первый 48 электронныеключи, элемент 49 совпадения, третий 50, второй 51, первый 52 элементы индикации.Усилитель 25 выполнен, например, операционным. Элементы защиты (34 и 35) .Усилителя 12 разностного сигнала от пегрузок и элементы защиты (38 и 39) усилителя 25 выполнены, например, на включенньи антипараллельно по отношению к земляной шине диодах,Устройство работает следующим образом.На контролируемый трансформатор 2 через переходной трансформатор 1 подается напряжение синусоидальной . формы, например напряжение сети частотой 50 Гц с вхолов 17 и 18, Выходные обмотки контролируемого трансформатора 2 нагружены на эквивалент нагрузки 3, На Фиг, 1 услов" но показана только одна вторичная обмотка контролируемого трансформатора 2, и работа устройства рассматривается для одной обмотки. Переменное напряжение с вторичной обмотки контролируемого трансформатора 2 делится резистивным делителем 7 контролируемого напряжения в отношении, определяемом резисторами 8 и 9 до величины 01 (фиг. За), Резистивный делитель 4 образцового напряжения, подключенный к противоположной фазе переменного напряжения вторичной обмотки переходного трансформатора 1, делит переменное напряжение в .отношении, определяемом резисторами 5 и 6 до величины ц, (фиг. Зо), являющейся опорной, относительно которой производятся все измерения.Переменные напряжения О и Ц, по компенсационной схеме через резисторы 33 и 32 соответственно подаются на неинвертирующий вход усилителя 12 разностного сигнала (Фиг. Зо). Резисторы 32 и 33 выбраны одинаковой величины, резисторы 8, 9, 5 и 6 выбираются из условия, при котором 1. 0 2 во всем интервале поля допусков контролируемого напряжения 0 .Усилитель 12 разностного сигнала имеет сравнительнонебольшой коэффициент усиления, определяемый отношением резисторов 13 и 31, что обеспечивает стабильное усиление разностного сигнала. Первый детектор 14, подключенный к выходу усилителя 12 разностного сигнала (Фиг. Зг), работает в линейном режиме.Верхняя граница линейного участка характеристики детектора 14 (Фиг, 4, точка В) соответствует верхнему допустимому значению контролируемого напряжения 0, , обозначим его 0 пер .дп, а нижняя граница линейного участка характеристики детектора (фиг. 4, точка Б) - нижнему допустимому значению контролируемого напряжения 0 ,.обозначим егои нВыходное напряжение пер-. вого детектора 14 (фиг. 50) подается .в положительной полярности через резисторы 40 и 41 на разноименные входы компараторов 44 и 45 (фиг.1 и фиг. 2) блока 16 отображения информации. 1 О 1.15Пульсирующее напряжение с выходавыпрямителя 10 и стабилизированноенапряжение с выхода стабилизатора 11суммируются в общей точке резисторов19 и 20 (фиг. 5) и подаются в отрицательной полярности через резисторы2023 и 24 на неинвертирующий вход компаратора 44 и через резисторы 21и 22 - на инвертирующий вход компаратора 45 (фиг. 1 и фиг, 2). Необходи 25мые значения уровней границ допусковустанавливаются с помощью переменныхрезисторов 23 и 21,Сумма пульсирующего напряженияс выхода выпрямителя 10 и стабилизи- .рованного напряжения с выхода стабилизатора 11 с помощью переменных резисторов 19 и 20 (фиг, 55) устанавли,вается равной сумме величин постоянной составляющей и изменения напряжения с выхода первого детектора 14 35под воздействием изменения напряжения сети и подается на входы компараторов 44 и 45 в противофазе выходному напряжению перього детектора14, компенсируя это изменение, благодаря чему исключается влияние изменения напряжения сети на точностьизмерения напряжения (1При контроле электрических параметров трансформаторов возможен 45брак, если на выводы контролируемой обмотки распаяны выводы другой обмоткис меньшим количеством витков. Приэтом может оказаться, что 0 1 с 0 ,т.е. выделяемый разностный сигнал 500, - 0, находится в противофазе разностному сигналу годного трансформатора и не в поле его допустимых значений, Детектор 14 не реагирует наизменение фазы разностного сигнала 55и не обнаруживает указанной ошибки,что приводит к неоднозначности отсчета. Для исключения неоднозначности отсчета в устройство введен формирователь 15 сигнала однозначности.На неинвертирующий вход. усилителя 25 формирователя .15 сигчала однозначности через делитель, состоящий из резисторов 36 и 37, подается контролируемый сигнал 0 со средней точки резистивного делителя 7. Усиленный сигнал синусоидальной формы детектируется вторым детектором 26 и через резистор 27 постоянное напряжение положительной полярности подается на неинвертирующий вход компаратора 28, который через резисторы 42 и 43 в отрицательной полярности подается сумма пульсирующего напряжения выпрямителя 10 и выходного напряжения стабилизатора 11, создавая начальное напряжение смещения.Рассмотрим два возможных случая работы формирователя 15 сигнала однозначности.Если входной контролируемьп сигнал находится в поле допустимых значе 11 иижм. доч "1-" верх. Аод., то постоянное напряжение на выходе детектора 26 по абсолютнойвеличине превышает начальное напряжение смещения, снимаемое со средней точки переменного резистора 42В результате чего на неинвертирующем входе компаратора 28 устанавливается остаточное напряжение положительной полярности, при этом выходное напряжение компаратора 28 также положительной полярности запирает диод 30, отключая выход компаратора 28 от инвертирующего входа усилителя 12 разностного сигнала, т.е, формирователь 15 сигнала однозначности не влияет на работу усилителя 12 разностного сигнала.Если входной контролируемьп сигналуменьшается выходя за пределы допустимьи значений, т,е,1,с 1,1 йи:н. Дп то постоянное напряжение на выходе детектора 26 по абсолютной величине становится меньшенапряжения смещения, снимаемого со средней точки резистора 42. В результате на неинвертирующем входе компаратора 28 напряжение становится отрицательным, что приводит к изменению полярностй выходного напряжения компаратора 28 на отрицательное, диод 30 открывается, напряжение отрицательной полярности подается на инверти 1122рукпций вход усилителя 12 разностного сигнала вводит его в насыщение, и усилитель. 12 прекращает усиливать переменное напряжение, поступающее на его другой вход. 5Блок 16 отображения информации сигнализирует об одном из трех воз" можных состояний контролируемого сигнала: 0,) О, верю, даю, - контролируемый сигнал больше допуска, 1 О "1 нвкн, доо, 4 Ю, 60, , - контролируемый сигнал находится в йоле допустимых значений, 0 О,д " контролируемый сигнал меньше допуска.Результаты измерения отображают ся с помощью трех элементов индикации (сигнальных лампочек) 50-52, Когда контролируемый сигнал меньше допуска, открывается хомпаратор 45, который через электронный ключ 47 20 поддерживает горение сигнальной лампочки 50 - параметр меньше допуска, при этом лампочки 51 и 52 не горят. Когда контролируемый сигнал больше допуска, открывается компаратор 44, 25 который через электронный ключ 46 поддерживает горение сигнальной лампочки 51 - параметр больше допуска, при этом лампочки 50 и 52 не горят, Когпа контролируемый сигнал ЗО находится в поле порусков компарато) ры 44 и 45 закрыты электронные ключи 46 н 47 также находятся в закрытом состоянии, что привопит к открыванию пвухвхопового элемента 49 совпапения 1 электронного ключа 48 и загоранию сигнальной лампочки 52 - параметр в допуске при этом сигнальные лампочки 50 и 51 не горятИспользование изобретения, по щ сравнению с известным устройством и базовым образцом, позволит повысить точность измерения электрических па.раметров трансформаторов и улучшить эксплуатационные характеристики уст-ройства.Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает возможность контроля электрических параметров трансформаторов в режиме номинальной О нагрузки с сохранением точности измерения.При этом коэффициент деления дели.теля контролируемого напряжения выбирается несколько меньшим коэффициента деления делителя образцового напряжения и так, чтобы выполнялось условие 01О, во всем диапазоне 984 10контролируемых напряжений с учетом поля допусков. В реальных условиях величина разностного напряжения(01 - 0 )0,1 В на входе усилителя разностного сигнала, что исключает влияние низкочастотных помех на разностный сигнал ( 0, - 0,), а, следовательно, и на точность измерения.Кроме того, конечная величина разностного сигнала исключает необходимость большого усиления его, что повышает стабильность установки граничных значений допусков на контролируемые параметры, поскольку усилители с малым коэффициентом усиления меньше подв ржены дестабилизирующим факторам, чем усилители с большим коэффициентом усиления,Сигнал на выходе детектора 14 разностного сигнала при неизменном контролируемом параметре не остается постоянным при колебаниях напряжения сети, что в известном устройстве приводит к снижению точности измерения или необходимости постоянного контроля напряжения сети и поддержание его номинальным, что неудобно в эксплуатации. Для компенсации этой нестабильности в предлагаемом устрой" стве суммарное напряжение выпрямителя и стабилизатора подается на разноименные входы компараторов блока отображения информации в полярности,обратной сигналу с выхода детектора разностного сигнала,подаваемым на, те же входы. Как видно из диаграмм приведенных на фиг. 50 и 8Г/ характер зависимости выхопного напряжения детектора разностного сигнала и суммарного выходного напряжения питающей сети аналогичен по величине и форме, но в противоположной по- . лярности, в результате чего напряжение на входах блока отображения информации будет стабильным для неизменного контролируемого параметра.Детектор 14 разностного сигйала не реагирует на изменение знака разностного напряжения ( О, - О ), что возможно при явном браке контроля трансформатора - на контроли,руемые выводы распаяна другая обмотка. При этом возможно 0 т 0 что также приведет к выделению разностйого сигнала и неоднозначности отсчета. Для исключения неоднозначности в предлагаемом. устройстве приняты следующие меры. При уменьшениинапряжения Ц за пределы .допусков,т е.1 0,я через введеннуюсвязь между резистивным делителем 7контролируемого напряжения и входнымрезистивным делителем формирователя15 сигнала однозначности на выходеформирователя сигнала однозначностипоявляется отрицательное напряжение,закрывающее через введенный в устройство диод усилитель разностного сигнала, что исключает неоднозначность отсчета, т.е. повышает точность измерения. Все указанные обстоятельства повышают точность измерения параметровтрансформаторов,101122984" Фиг Составитель В.ДворкиРедактор Р,Цицика Техред Т,Маточка ное Подп комитета СС и открытий ская наб., д