ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА С ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ

Полезная модель относится к области электрических измерений, в частности, к измерениям постоянных токов в электроэнергетике.
Известны устройства для измерения постоянного тока (см. Писаревский Э.А. Электрические измерения и приборы. М.: Энергия, 1970). Основными недостатками известных устройств являются низкая точность измерения и низкий предел измеряемых токов.
Известен также преобразователь тока, (см. а.с. №851272, кл. G 01 R 19/00), который содержит магнитопровод с обмоткой, импульсный генератор, индикатор размагничивания магнитопровода, включающий индикаторную обмотку, устройство выборки-хранения и датчик импульсного тока. Работа устройства основана на размагничивании магнитопровода в моменты равенства магнитодвижущих сил от измеряемого и компенсирующего токов, что сопровождается формированием импульса с помощью индикатора размагничивания. В остальное время магнитопровод находится в состоянии насыщения. Но при этом взаимная индуктивность между токопроводом и индикаторной обмоткой не равна нулю и в последней наводится некоторое напряжение. Это может привести к неправильной работе устройства, что выражается в увеличении погрешностей измерения тока.
Наиболее близким к предлагаемому является преобразователь тока, который может использоваться для измерения постоянного тока, содержащий магнитопровод с узким зазором для размещения в нем датчика Холла, усилитель мощности, обмотку отрицательной обратной связи (см. патент 2234701, Россия), принятый в качестве прототипа.
Недостатком прототипа является сложность схемы вследствие включения таких электронных узлов, как компаратор, формирователь импульсов, запоминающее устройство.
Сущность решения состоит в стремлении получить технический результат, заключающийся в упрощении схемы преобразователя тока.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном измерительном преобразователе постоянного тока с обратной связью содержащем магнитопровод, охватывающий токопровод с измеряемым током, причем магнитопровод имеет узкий зазор, в котором расположен датчик Холла; усилитель мощности, причем его вход соединен с одним из выходных зажимов датчика Холла, другой зажим которого соединен с земляной шиной, а токовые зажимы датчика Холла присоединены к источнику синусоидального тока; обмотку отрицательной обратной связи, включенную между выходом усилителя мощности и нагрузкой, другой вывод которой подсоединен к земляной шине; причем усилитель мощности содержит усилитель переменного напряжения на основе дифференцирующего операционного усилителя и усилителя тока, особенность заключается в том, что между усилителем переменного напряжения и усилителем тока включены выпрямитель и фильтр постоянного напряжения.
Проведенный анализ уровня техники позволил установить, что заявителем не обнаружено аналога, характеризующегося признаками, тождественными всем признакам заявленной полезной модели, а определение из перечня аналогов прототипа позволило выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном решении, изложенных в формуле полезной модели. Следовательно, заявляемое решение соответствует условию «новизна».
На фиг.1 представлена схема устройства, на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие его работу. Оно содержит магнитопровод 1, охватывающий токопровод 2, с узким зазором, в котором находится датчик Холла 3; источник синусоидального тока 4; обмотку отрицательной обратной связи (ООС) 5; усилитель мощности 6, который включает в себя усилитель переменного
напряжения 7, выпрямитель 8, фильтр 9 и усилитель тока 10, нагрузку 12.
Устройство работает следующим образом. Магнитопроводом 1 охватывается токопровод 2 с измеряемым током / (фиг.1). В нем создается магнитный поток, пронизывающий датчик Холла 3, на выходных зажимах которого имеется напряжение
U<sub>3</sub>=k<sub>BU</sub>B<sub>1</sub>,
(1)
1
BU
7
где В - магнитная индукция в магнитопроводе 1, k - коэффициент пропорциональности. Поскольку датчик Холла 3 питается током синусоидальной формы от источника 4, то напряжение (1) имеет также синусоидальную форму (фиг.2а). Это напряжение подается на усилитель мощности 6, а конкретно - на усилитель переменного напряжения 7, имеющий большой коэффициент усиления (по переменному напряжению), равный К(ω). Усилитель 7 собран на основе дифференцирующего операционного усилителя (ДОУ), имеющего частотную передаточную функцию вида:
где R и С - параметры ДОУ (фиг.1), ω - частота тока источника 4, благодаря чему выходное напряжение усилителя 7 сдвинуто относительно напряжения на выходе источника питания 4 на -90° (фиг.2б).
Коэффициент усиления по постоянному напряжению усилителя переменного напряжения 7 равен нулю, поэтому напряжение смещения этого усилителя практически отсутствует и не оказывает влияния на работу устройства.
вых
С помощью двухполупериодного фильтра 8, построенного на основе полупроводниковых диодов, производится выпрямление напряжения (фиг.2б), а с помощью фильтра 9 - выделение постоянной составляющей (фиг.2г). Усилитель тока 10 обеспечивает необходимую силу тока I для питания обмотки ООС 5, причем его коэффициент усиления по постоянному
напряжению может быть выбран равным единице, поэтому смещения его нулевого уровня не происходит.
7
Нетрудно показать, что при К(ω)→∞
5
где W - количество витков обмотки 5, что свидетельствует о преобразовании измеряемого тока в выходной ток, протекающий по этой обмотке. Этот ток протекает по нагрузке 12. Отметим, что выражение (3) записано при условии, что токопровод 2 имеет один виток.
В качестве фильтра 9 можно использовать, например, простой LC фильтр нижних частот.
Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о том, что средство, воплощающее заявленную полезную модель при ее осуществлении, способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата, заключающегося в упрощении схемы преобразователя тока, поскольку узлы 8 и 9 имеют простую схему в отличие от относительно сложных узлов (компаратор напряжения, формирователь импульсов, запоминающее устройство) прототипа.
Следовательно, заявленное решение соответствует условию «промышленная применимость».