ДАТЧИК ТОКА

ДАТЧИК ТОКА


RU (11) 2026558 (13) C1

(51) 6 G01R19/00 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 25.10.2007 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(14) Дата публикации: 1995.01.09 
(21) Регистрационный номер заявки: 4876691/21 
(22) Дата подачи заявки: 1990.11.22 
(45) Опубликовано: 1995.01.09 
(56) Аналоги изобретения: 1. Авторское свидетельство СССР N 1265627, кл. G 01R 19/00, 1985. 2. Авторское свидетельство СССР N 1064214, кл. G 01R 19/00, 1983. 
(71) Имя заявителя: Всесоюзный научно-исследовательский проектно- конструкторский и технологический институт низковольтного аппаратостроения (UA) 
(72) Имя изобретателя: Краев Вячеслав Иванович[UA]; Павленко Юрий Петрович[UA]; Резуненко Василий Иванович[UA]; Солодовник Валерий Васильевич[UA]; Спесивцев Николай Филиппович[UA] 
(73) Имя патентообладателя: Краев Вячеслав Иванович (UA) 

(54) ДАТЧИК ТОКА 

Использование: в электроизмерительной технике, предназначено для использования при измерении токов. Сущность: датчик тока содержит трансформатор тока, включающий в себя ферромагнитный сердечник, на котором размещены первичная и вторичная обмотки, усилитель, регистрирующий прибор, N-короткозамкнутых обмоток, (где n 1 ), которые повышают помехоустойчивость датчика от случайных помех, которые индуцируют в ней ЭДС, вызывающую в короткозамкнутой обмотке ток, создающий электромагнитное поле, направленное встречно основному. 1 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для использования при измерении токов. Изобретение способно заменить используемые в настоящее время для этих целей измерительные трансформаторы тока.

Известно устройство для бесконтактного измерения силы тока [1], содержащее два соосно расположенных одновитковых трансформатора тока, охватывающих участок измерительной цепи. Вторичная обмотка первого трансформатора тока нагружена на сопротивление и подключена к входу усилителя, выход которого соединен с регистратором. К выходу усилителя подключена цепь отрицательной обратной связи, состоящая из резистора и дополнительной обмотки первого трансформатора.

Устройство содержит дополнительную цепь обратной связи, состоящую из резистора и вторичной обмотки второго трансформатора тока.

Использование в устройстве двух цепей обратной связи позволяет свести к нулю методическую погрешность.

Недостаток указанного устройства - значительная конструктивная сложность, обусловленная высокими требованиями к параметрам усилителя, идентичности выполнения обмоток обратной связи, а также сердечников трансформаторов тока.

Известно устройство - трансформатор тока [2], содержащий первичную обмотку, образующую виток, магнитопровод и распределенную вторичную обмотку. Форма витка, образованного первичной обмоткой, повторяет форму магнитной системы в сечении, перпендикулярном оси магнитопровода, а его длина равна средней длине магнитопровода.

Наличие поперечного магнитного потока, создаваемого витком, приводит к росту намагниченности ферромагнитного материала магнитопровода трансформатора тока вдоль оси замыкания основного потока, что приводит к уменьшению МДС намагничивания трансформатора, т.е. к уменьшению его погрешностей.

К недостаткам данного устройства следует отнести трудность в реализации витка первичной обмотки, особенно при измерении больших токов, когда сечение первичной обмотки значительно.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является устройство - датчик тока, содержащий два кольцевых магнитопровода, первый из которых выполнен из материала с высокой магнитной проницаемостью, а второй - из материала с низкой магнитной проницаемостью. Магнитопроводы размещены вокруг проводника с измеряемым током. На первый магнитопровод нанесена первая рабочая обмотка, а на второй магнитопровод - вторая рабочая обмотка и обмотка управления.

Рабочие обмотки соединены между собой согласно-последовательно и вместе с резистором съема информации включены в выходную цепь источника с переключаемой полярностью напряжения.

В состав датчика тока входит также пороговый элемент (усилитель), вход которого подключен к выводам обмотки управления, а выход соединен с коммутирующим вход источника.

За счет изменения полярности напряжения рабочая точка в процессе измерений тока находится на линейном участке кривой намагничивания, в результате чего выходной сигнал пропорционален измеряемому току.

Наличие дополнительного источника со схемой управления, обеспечивающей переключение его полярности, усложняет процесс измерения тока, что следует отнести к его недостаткам.

Цель изобретения - упрощение и увеличение точности измерений.

Достигается поставленная цель в известном датчике тока, содержащем трансформатор тока, который включает в себе ферромагнитный сердечник, на котором размещены первичная и вторичная обмотки, к выходу вторичной обмотки подключены последовательно соединенные усилитель и регистрирующий прибор, тем, что в него введены дополнительно n-короткозамкнутых обмоток (где n 1), первичная обмотка подключена параллельно участку проводника с измеряемым током, величина которого удовлетворяет условию I=K I2, где I2 - ток в первичной обмотке, К - постоянный коэффициент, характеризующий конструктивные параметры.

Именно то, что первичная обмотка датчика подключена параллельно участку проводника с измеряемым током, величина которого удовлетворяет условию I=K I2, где I2 - ток в первичной обмотке, К - постоянный коэффициент, характеризующий конструктивные параметры, а на ферромагнитном сердечнике дополнительно расположены n-короткозамкнутых обмоток (где n 1), достигается упрощение и увеличение точности измерений.

На чертеже изображена принципиальная схема устройства.

Датчик тока содержит ферромагнитный сердечник 1, на котором размещены первичная обмотка 2 и вторичная обмотка 3. К зажимам 4 (АВ) подсоединена первичная обмотка 2. К входу усилителя 5 подсоединен один вывод вторичной обмотки 3, а другой вывод соединен с общей шиной. На проводнике 6 находятся зажимы 4 для подключения первичной обмотки 2. Короткозамкнутая обмотка 7 размещена на ферромагнитном сердечнике 1. Регистрирующий прибор 8 соединен с одним из выводов вторичной обмотки 3, либо с выходом 9 усилителя 5. Нагрузка 10 (Zн), соединена с клеммами питающей сети 11.

Датчик тока работает следующим образом. При подаче напряжения питания на клеммы 11 по проводнику 6 через нагрузку 10 (Zн), течет ток I (общий ток), подлежащий измерению. Поскольку первичная обмотка 2, охватывающая ферромагнитный сердечник 1, подсоединена к зажимам 4 (участок АВ) проводника 6, то первичная обмотка 2 и участок АВ проводника 6 образуют параллельное соединение, следовательно, измеряемый ток разветвляется на два тока:

I2 - ток в первичной обмотке 2 и ток I1 - на участке АВ. Их величины будут зависеть от величины сопротивлений первичной обмотки 2 и участка АВ.

Сопротивление участка АВ проводника 6 с измеряемым токам можно определить из выражения

R1 = 1 (1) где 1 - удельное электрическое сопротивление участка АВ, Ом . мм2/м;

l1 - длина участка АВ, м;

S1 - сечение проводника 6 с измеряемым током I на участке АВ, мм2.

Сопротивление первичной обмотки 2 определяется аналогичным образом

R2 = 2 (2) где 2 - удельное электрическое сопротивление проводника первичной обмотки 2, Ом . мм2/м;

l2 - длина первичной обмотки 2, м;

S2 - сечение привода первичной обмотки 2, мм2.

В любой из ветвей параллельного соединения, образованного сопротивлениями R1 и R2 ток может быть определен исходя из общего тока I.

Так, ток в первичной обмотке 2 будет

J2 = J (3)

или с учетом выражений (1) и (2)

J2 = J (4) Поскольку второй сомножитель в выражении (4) есть величина постоянная

= K (5)

то ток первичной обмотки 2 пропорционален измеряемому току, т.е.

I2=KI (6)

Этот ток, протекая по первичной обмотке 2, создает в ферромагнитном сердечнике 1 магнитный поток, который сцеплен с вторичной обмоткой 3 и индуцирует в ней ЭДС взаимоиндукции - выходной сигнал. Зависимость между выходным сигналом и измеряемым током в соответствии с выражением (6) - линейная. Отклонение от линейности до 10% наблюдается при измерении малых токов до 0,1 А и определяется материалом ферромагнитного сердечника 1, а также чувствительностью регистрирующего прибора 8.

Верхний предел измерения тока практически не ограничен, так как выходной сигнал определяется в основном параметрами выражения (5) и числом витков вторичной обмотки.

Величина измеряемого тока может быть определена непосредственно по шкале регистрирующего прибора 8, отградуированной в единицах измерения тока, либо определена по характеристике преобразования. Все указанное выше подтверждается экспериментально. В качестве регистрирующего прибора 8 может быть использован цифровой вольтметр типа В7-27А. Однако при измерении малых токов возможно использование усилителя 5. В этом случае регистрирующий прибор 8 подсоединяют к выходу 9 усилителя 5, на вход которого подается выходной сигнал с вторичной обмотки 3.

Короткозамкнутая обмотка 7 позволяет как повысить помехозащищенность датчика, так и улучшить линейность преобразования - увеличить точность измерений, т. е. получить более "чистый" выходной сигнал, неискаженный помехой. Она может быть выполнена как одной обмоткой, так и несколькими, а количество витков определяется условиями эксплуатации датчика и не превышает нескольких витков.

Действие короткозамкнутой обмотки объясняется следующим образом.

Помеха, величина, случайная по знаку и амплитуде, наводит в короткозамкнутой обмотке (КЗ) ЭДС самоиндукции, которая вызывает в КЗ обмотке ток, создающий свое электромагнитное поле, направленное встречно основному, что вызывает уменьшение сигнала во вторичной обмотке 3.

Таким образом, внешние воздействия, а также искажения, связанные с неоднородностью материала сердечника, искажающие выходной сигнал, в значительной мере компенсируются полем КЗ обмотки.

Датчик тока прост в изготовлении и эксплуатации, так как не требует для своего изготовления элементов со специальными требованиями. Безопасен в эксплуатации, поскольку его электрические параметры (ток, величина выходного сигнала) весьма малы. Датчик практически не нагружает измерительную цепь и гальванически с нею развязан.

Его использование позволит в большинстве случаев отказаться от громоздких измерительных трансформаторов тока, а также повысить пределы измерения по току серийно выпускаемых приборов.

Таким образом, по сравнению с прототипом, заявляемое техническое решение позволяет упростить и увеличить точность измерений переменных токов. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



ДАТЧИК ТОКА, содержащий трансформатор тока, включающий в себя ферромагнитный сердечник, на котором размещены первичная и вторичная обмотки, к выходу вторичной обмотки подключены последовательно соединенные усилитель и регистрирующий прибор, отличающийся тем, что, с целью упрощения и увеличения точности измерений, в него введены дополнительно n короткозамкнутых обмоток (где n 1), первичная обмотка подключена параллельно участку проводника с измеряемым током, величина I которого удовлетворяет условию I = KI2, где I2 - ток в первичной обмотке, K - постоянный коэффициент, характеризующий конструктивные параметры.




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал
Электроника и электротехника




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+автомобильная -сигнализация".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "датчик" будут найдены слова "датчик", "датчики" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("датчик!").


Металлоискатели и металлодетекторы | Электронные устройства охраны и сигнализации | Электронные устройства систем связи | Приемные и передающие антенны | Электротехнические и радиотехнические контрольно-измерительные приборы и способы электроизмерений | Электронные устройства пуска, управления и защиты электродвигателей постоянного и переменного тока | Электродвигатели постоянного и переменного тока | Магниты и электромагниты | Кабельно-проводниковые и сверхпроводниковые изделия


Рейтинг@Mail.ru