SU1221605A1 - Instantaneous current meter - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к устройствам измерени  электрического ; тока. Может использоватьс  дл  формировани  сигналов обратной св зи по току в быстродействующих системах автоматического регулировани . Цель изобретени  - повьшение надежности устройства - достигаетс  введением в него блока 9 управлени , который выполнен на последовательно соединенных элементе дифференцировани  14 и пороговом элементе 15. Устройство, кроме того, содержит ключевые элементы 1 и 2, диоды 3 и 4, источник 5 посто нного напр жени , трансформатор тока 6, дроссель 7, нагрузочный резистор 8, первичную 10, вторич ную 11 и выходную 12 обмотки трансформатора 6, обмотку 13 дроссел  7. В описании изобретени  приводитс  структурна  схема второго варианта выполнени  измерител . 1 з.п.ф-лы, 2 ил. W N9 ND О О СП иг, 1The invention relates to electrical measuring devices; current. It can be used to generate current feedback signals in high-speed automatic control systems. The purpose of the invention is to increase the reliability of the device by introducing into it the control unit 9, which is made on the series-connected differentiation element 14 and the threshold element 15. The device also contains key elements 1 and 2, diodes 3 and 4, and a constant source 5 transformer, current transformer 6, choke 7, load resistor 8, primary 10, secondary 11 and output 12 of the transformer 6, winding 13 of the choke 7. In the description of the invention shows a block diagram of the second embodiment, measure . 1 hp ff, 2 ill. W N9 ND O O SP I, 1

Description

Изобретение относитс  к электротехнике , в частности к устройствам измерени  электрического тока, и может быть использовано дл  формировани  сигналов обратной св зи по то- ку в быстродействующих системах автоматического регулировани .The invention relates to electrical engineering, in particular, to devices for measuring electric current, and can be used to generate feedback signals for current in high-speed automatic control systems.

Известен измеритель мгновенного значени  тока, содержащий двухтакт- ньй дроссельньш магнитный усилитель, измерительньш трансформатор с воздушным зазором, RC-фильтры и выходную балансную схему tll. .A current meter is known, which contains a two-stroke choke magnetic amplifier, an air gap measuring transformer, RC filters, and an output balanced circuit tll. .

Недостаток указанного измерител  - большие пот ери мощности в цеп х подмагничивани  магнитно о усилител  и в балансной схеме.The disadvantage of this meter is the large power losses in the bias circuits magnetically about the amplifier and in the balanced circuit.

Наиболее близким к изобретению  вл етс  измеритель мгновенного значени  тока, содержащий два последо- вательно включенных управл емых ключевых элемента, каждый из которых зашунтирован соответствующим диодом, трансформатор тока с первичной, вторичными и выходной обмотками, выход- ной RC-фильтр и дроссель, первична  обмотка которого включена в цепь измер емого тока последовательно с первичной обмоткой трансформатора тока, а вторична  подключен к выходу RC-фильтра С2.The closest to the invention is an instantaneous current meter containing two successively connected controlled key elements, each of which is bounded by a corresponding diode, a current transformer with primary, secondary and output windings, an output RC filter and a choke, primary winding which is connected to the circuit of the measured current in series with the primary winding of the current transformer, and the secondary is connected to the output of the RC filter C2.

RC-фильтр данного устройства имеет большое врем  запаздывани , кото- .рое компенсируетс  выходным сигналом дроссел , пропорциональным скорости изменени  измер емого тока. При больших скорост х измене ш  измер емого тока во вторичной обмотке дроссел  возникают большие напр жени  и возможен пробой изол ции данной обмотки Это обсто тельство снижает надежность устройства.The RC filter of this device has a large delay time, which is compensated for by the output signal of the throttle proportional to the rate of change of the measured current. At high speeds, when changing the measured current in the secondary winding of the throttles, large voltages occur and a breakdown of the insulation of this winding is possible. This circumstance reduces the reliability of the device.

ifenb изобретени  - повьш1ение надежности устройства.ifenb invention - improving device reliability.

Указанна  цель достигаетс  тем, что в измеритель мгновенного значени  тока, содержащий два последовательно соединенньш управл емых ключевых элемента, каждый из которых зашунтирован соответствующим диодом, дроссель, трансформатор тока с первичной , вторичной и выходной обмотками и нагрузочный резистор, включенный между одним из выводов выходной обмотки и корпусом устройства, введен блок управлени , причем вторична  обмотка трансформатора тока подключена к входу блока управлени This goal is achieved by including an instantaneous current meter that contains two serially connected controlled key elements, each of which is bridged by a corresponding diode, a choke, a current transformer with primary, secondary and output windings and a load resistor connected between one of the output winding pins and the device case, a control unit is inserted, the secondary winding of the current transformer is connected to the input of the control unit

5 five

0 5 0 5

5 five

00

5five

00

выход которого соединен с управл ющими входами ключевых элементов, а дроссель включен между общей клеммой управл емых ключевых элементов и вторым выводом выходной обмотки трансформатора тока.the output of which is connected to the control inputs of the key elements, and the choke is connected between the common terminal of the controlled key elements and the second terminal of the output winding of the current transformer.

Кроме того, блок управлени  выполнен в виде последовательно соединенных элемента дифференцировани  и порогового элемента.In addition, the control unit is designed as a series-connected differentiation element and a threshold element.

На фиг. 1 представлена структурна  схема измерител  мгновенного значени  тока; на фиг. 2 - структурна  схема измерител  мгновенного значени  тока, у которого дроссель содержит дополнительную обмотку.FIG. 1 shows a block diagram of an instantaneous current meter; in fig. 2 is a block diagram of an instantaneous current meter for which the choke contains an additional winding.

Устройство содержит управл емые ключевые элементы 1 и 2, диоды 3 и 4, источник 5 посто нного напр жени , трансформатор 6 тока, дроссель 7, нагрузочный резистор 8, блок управлени  9, первичную 10, вторичную 11 и выходную 12 обмотки трансформатора тока 6, обмотку 13 дроссел , элемент дифференцировани  14, пороговый элемент 15.The device contains controllable key elements 1 and 2, diodes 3 and 4, a constant voltage source 5, a current transformer 6, a choke 7, a load resistor 8, a control unit 9, a primary 10, a secondary 11 and an output 12 of the current transformer 6, winding 13 chokes, differentiation element 14, threshold element 15.

Устройство по фиг. 2 содержит те же элементы, а дроссель 7 снабженThe device of FIG. 2 contains the same elements, and the throttle 7 is equipped

дополнительной обмоткой 16. (additional winding 16. (

Работа измерител  мгновенного значени  тока происходит следующим образом.The operation of the instantaneous current meter is as follows.

Измер емый ток i протекает по первичной обмотке 10 трансформатора 6 тока.The measured current i flows through the primary winding 10 of the current transformer 6.

Управл емые ключевые элементы 1 и 2 совместно с трансформатором 6 тока и дросселем 7 образуют своеобразный мультивибратор,в котором релсим работы ключевых элементов 1 и 2 поддерживаетс  за счет обратной св зи по току компенсации i через дроссель 7 обмотки 11 и 12 трансформатора 6 тока и блок управлени  9. Ток компенсации i | протекает по нагрузочному резистору 8 и определ ет выходной сигнал измерител  тока Ug,,The controlled key elements 1 and 2 together with the current transformer 6 and the choke 7 form a kind of multivibrator in which the operation of the key elements 1 and 2 is supported by feedback on the compensation current i through the choke 7 of the windings 11 and 12 of the current transformer 6 and the unit control 9. Compensation current i | flows through the load resistor 8 and determines the output signal of the current meter Ug ,,

С помощью указанной обратной св зи компенсирующий ток i регулируетс  дл  получеьш  требуемого соответстви  его измер емому току i.Using this feedback, the compensating current i is adjusted to obtain the desired fit with its measured current i.

Компенсирующий ток i задаетс  с помощью источника 5 посто нного напр жени , которьй подключаетс  к дросселю 7 ключевыми элементами 1 и 2 и диодами 3 и 4. При этом при направлении тока i,,., указанном на чертеже, при положительном напр жении на обмотке 12 ток i протекает по ключевому элементу 1, При отрицательном напр жении на обмотке 12 ток г протекает по диоду 4, шунтирующему ключевой элемент 2. При другом направлении тока i он протекает соответственно по ключевому элементу 2 и диоду 3.The compensating current i is set using a constant voltage source 5, which is connected to the choke 7 by key elements 1 and 2 and diodes 3 and 4. In this case, the current direction i ,,., Shown on the drawing, with a positive voltage on the winding 12 the current i flows through the key element 1. With a negative voltage across the winding 12, the current r flows through diode 4, which shunts the key element 2. With a different direction of the current i, it flows respectively through the key element 2 and diode 3.

Дл  того, чтобы компенсирующий ток i«. формировалс  независимо от параметров трансформатора 6 тока и величины резистора 8, индуктивное сопротивление дроссел  7 выбирают таким, чтобы напр жение источника 5 выдел лось в основном на дросселе 7 Таким образом, дроссель 7 по отношению к обмотке 12 и резистору 8 играет роль источника тока 1,. Магнито- провод трансформатора 6 .тока выполн ет функции нелинейного элемента сравнени  измер емого i и компенсационного i, токов. В установившемс  режиме работы измерител  тока компенсирующий ток i содержит основную гладкую составл ющую, котора  полностью соответствует измер емому току i, и пульсирующую составл ющую, величина которой определ етс  шириной петли гистерезиса магнитопровода трансформатора 6 тока. Как только разность токов i и i достигает значени  тока намагничивани  магнитопровода трансформатора 6 тока, резко измен етс  индуктивное сопротивление обмотки 12 и на ней возрастает падение напр жени . При этом перва  гармоника напр жени  на обмотке 12 совпадает по фазе с первой гармоникой пульсирующей составл ющей тока i. На вторичной обмотке 11 возникает напр жение , которое по форме совпадает с напр жением на обмотке 12 и  вл етс  сигналом рассогласовани  контура обратной св зи - контура регулировани  компенсирующего тока i..In order to compensate current i «. formed independently of the parameters of the current transformer 6 and the value of the resistor 8, the inductive resistance of the throttles 7 is chosen so that the voltage of the source 5 is separated mainly on the choke 7. Thus, the choke 7 with respect to the winding 12 and the resistor 8 plays the role of the current source 1 . The magnetic conductor of the current transformer 6 performs the functions of a nonlinear element comparing measured i and compensation i, currents. In the steady-state mode of operation of the current meter, the compensating current i contains the main smooth component, which fully corresponds to the measured current i, and a pulsating component, the value of which is determined by the width of the hysteresis loop of the current transformer 6. As soon as the difference between the currents i and i reaches the value of the magnetizing current of the magnetic circuit of the current transformer 6, the inductive resistance of the winding 12 changes dramatically and the voltage drop on it increases. In this case, the first harmonic of the voltage on the winding 12 coincides in phase with the first harmonic of the pulsating component of the current i. A voltage arises on the secondary winding 11, which coincides in shape with the voltage on winding 12 and is the error signal of the feedback loop - the compensation current control loop i.

Напр жение обмотки 11 поступает на обмотку 13, элемент дифференцировани  14, на выходе которого формируетс  сигнал, фаза которого отличаетс  от фазы напр жени  на обмотке 11 на 90 . Пороговый элемент 15 формирует пр моугольные сигналы дл  управлени ключами, при этом фаза этих сигнало отличаетс  от фазы напр жени  обмотки 11, а следовательно, и от фазы пульсирующей составл ющей компенсирующего тока i) на 90.The voltage of the winding 11 is supplied to the winding 13, a differentiation element 14, at the output of which a signal is formed, the phase of which is different from the voltage of the winding 11 by 90. The threshold element 15 forms rectangular signals for controlling the keys, and the phase of these signals differs from the phase of the winding 11, and hence from the phase of the pulsating component of the compensating current i) by 90.

221605221605

Именно така  фаза напр жени , формируемого ключевыми элементами 1 и 2, необходима дл  нормального функционировани  измерител  тока, такIt is this phase of the voltage generated by the key elements 1 and 2 that is necessary for the normal functioning of the current meter, so

5 как компенсирующий ток i (его пульсирующа  составл юща ) формируетс  с помощью дроссел  7, внос щего фазовый сдвиг 90°. В измерителе тока обеспечиваетс  малый уровень пульса-5 as a compensating current i (its pulsating component) is formed by means of chokes 7, introducing a phase shift of 90 °. A low pulse level is provided in the current meter.

10 ций выходного сигнала , так как амплитуда этих пульсагщй определ етс  током намагничивани  - шириной петли гистерезиса магнитопрово- да трансформатора 6 тока. Именно это.10 of the output signal, since the amplitude of these pulsations is determined by the magnetizing current — the width of the hysteresis loop of the magnetic conductor of the current transformer 6. Exactly this.

15 обсто тельство позвол ет примен ть в трансформаторе 6 тока недорогие сердечники с непр моугольной петлей гистерезиса (ферриты).15, the situation allows the use of inexpensive cores with a non-rectangular hysteresis loop (ferrites) in the current transformer 6.

Момент коммутации ключевых эле-The moment of switching key elements

20 ментов 1 и 2 в устройстве по фиг.2 определ етс  моментом насьш5ени  сердечника с пр моугольной петлей гистерезиса трансформатора 6 тока. Пос- ле открывани , например, ключевогоThe 20 cops 1 and 2 in the device of Fig. 2 are determined by the moment of the end of the core with the rectangular hysteresis loop of the current transformer 6. After opening, for example, the key

25 элемента 1 под действием напр жени  начинают перемагничиватьс  сердечники трансформатора 6 тока и дроссел  7. Пока идет перемагничивание сердечников , на вторичной обмотке 1125 elements 1, under the action of voltage, the cores of the current transformer 6 are re-magnetized and the choke is 7. As long as the cores are re-magnetized, the secondary winding 11

30 трансформатора 6 тока формируетс  напр жение, которое управл ет ключевыми элементами 1 и 2.30, a current transformer 6 is formed by a voltage that controls the key elements 1 and 2.

Параметры дроссел  7 и трансформатора 6 тока выбираютс  различнымиThe parameters of the choke 7 and current transformer 6 are selected by different

э (магнитопроводы имеют различные индукции насыщени ) и это приводит к тому, что первым насыщаетс  сердечник трансформатора 6 тока. При этом напр жение на обмотке 11 уменьшаетс e (magnetic cores have different saturation inductions) and this causes the core of the current transformer 6 to be saturated first. In this case, the voltage on the winding 11 decreases

4Q до нул  и ключевой элемент 1 закрьша- етс . Если рассматривать установившийс  режим работы, когда . непрерывное переключение элементов 1 и 2, то в этом режиме фаза напр жени  на обмотке 11 трансформатора 6 тока совпадает с фазой напр жени  на выходе ключевых элементов 1 и 2. Это объ сн етс  тем, что дроссель 7 вьг- полнен с дополнительной обмоТкой 16, котора  как бы шунтирует обмотку 13 и делает сопротивление дроссел  7 небольшим. При этом напр жение U источника питани  практически целиком поступает на обмотку 12 трансформатора 6 тока и соответственно4Q to zero and key element 1 is closed. If we consider the established mode of operation, when. Continuously switching elements 1 and 2, then in this mode the phase of the voltage on the winding 11 of the current transformer 6 coincides with the phase of the voltage at the output of the key elements 1 and 2. This is due to the fact that the choke 7 is filled with an additional winding 16, which shunts the winding 13 as it were and makes the resistance of the throttle 7 small. In this case, the voltage U of the power source is almost entirely supplied to the winding 12 of the current transformer 6 and, accordingly,

55 ему формируетс  напр жение на обмотке 11; В этих услови х блок 9 управлени  выполн етс  в виде инерционного либо пассивного, либо активно-55 it forms a voltage across the winding 11; Under these conditions, the control unit 9 is executed in the form of inertial or passive or active

4545

5050

го звена в отличие от блока 9 на фиг. 1. Следовательно, при насыщении трансформатора 6 тока увеличени  тока i не происходит, так как дроссель 7 еще ненасьщен. Таким образом,, в выходном сигнале Ug амплитуда пульсирующей составл ющей будет определ тьс  током намагничивани  дроссел  7 и нет необходимости примен ть RC-фильтр с большой посто нной времени и дроссель с многовитковой вторичной обмоткой подключаемой к RC-фильтру, как в известном измерителе тока.link, unlike block 9 in FIG. 1. Therefore, when the current transformer 6 is saturated, the current i does not increase, since the choke 7 is still not saturated. Thus, in the output signal Ug, the amplitude of the pulsating component will be determined by the throttle magnetization current 7 and there is no need to use an RC filter with a large time constant and a choke with a multi-turn secondary winding connected to the RC filter, as in the well-known current meter.

Кроме того, конструктивно трансформатор 6 тока и дроссель 7 выполн ютс  в виде одного узла, в которо тороидальный .-сердечник трансформатора 6 тока (материал с п:тр моуголь- ной петлей гистерезиса 79 НМ) с намотанной обмоткой 11 вложен внутрь тороидального сердечника дрос сел  7 (материал ХВП). Обмотки 10 и 16 вьтолн ютс  в виде общей шины, а обмотки 12 и 13 - в виде общей многовитковой обмотки.Все указанные особенности вьшолнени  отдельных узлов и их соединений улучшают технико-эксплуатационные характеристики измерител  тока (фиг.2) и - - повышают надежность его работы по сравнению с известными.In addition, the current transformer 6 and choke 7 are structurally made as a single unit in which the toroidal core of the current transformer 6 (material with a n: 79 NM hysteresis loop) with the wound winding 11 is inserted inside the toroidal core of the cores 7 (CWP material). The windings 10 and 16 are filled in the form of a common bus, and the windings 12 and 13 in the form of a common multi-turn winding. All of the specified features of the individual nodes and their connections improve the technical and operational characteristics of the current meter (Figure 2) and - - increase its reliability work compared with the known.

.1.one

Малый, уровень пульсаций в сигнале Ugyu делает нецелесообразным применение на выходе RC-фильтра с большой посто нной времени и дроссел  с многовитковой вторичной обмоткой, первична  обмотка которого включена в цепь измер емого , что повьш1а- ет его на1дежность.A small ripple level in the Ugyu signal makes it inappropriate to use the RC filter output with a long time constant and throttle with a multi-turn secondary winding, the primary winding of which is included in the measured circuit, which increases its reliability.

Claims (2)

1.Измеритель мгновенного значени  тока, содержащий два последовательно соединенных управл емых ключевых элемента, каждый из которых1. An instantaneous current meter that contains two series-connected controlled key elements, each of which зашунтирован соответствующим диодом, дроссель, трансформатор тока с первичной , вторичной и выходной обмотками и нагрузочньш резистор, включенный между одним из выводов выходной обмотки трансформатора тока и корпусом устройства, о тличаю- щ и и с   тем, что, с целью повьше- ни  надежности, в него введен блок управлени , причем вторична  обмотка трансформатора тока подключена к входу блока управлени , выход которого соединен с управл ющими входами ключевых элементов, а дроссель включен между общей клеммой управл емых ключевых элементов и вторым выводом выходной обмотки трансформатора тока.the corresponding diode is shunted, a choke, a current transformer with primary, secondary and output windings and a load resistor connected between one of the terminals of the output current of the current transformer and the device case, which is different to the fact that A control unit is inserted in it, the secondary winding of the current transformer is connected to the input of the control unit, the output of which is connected to the control inputs of the key elements, and the choke is connected between the common terminal of the controlled key elements and the second output of the output winding of the current transformer. 2.Измеритель поп.1, отличающийс  тем, что блок управлени  выполнен в виде последовательно соединенных элемента дифференци- ров.ани  и порогового элемента.2. Pop-1 meter, characterized in that the control unit is designed as a series-connected differentiation element and a threshold element. + Un+ Un i/Л/дгi / l / dg (Put, 2(Put, 2 ВНИИПИ Заказ 1609/52 Тираж 728 Подписное Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектна ,.4VNIIPI Order 1609/52 Circulation 728 Subscription Branch PPP Patent, Uzhgorod, ul. Design, .4