ДАТЧИК ТОКА ПОРОГОВЫЙ БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЙ

Полезная модель относится к электроизмерительному оборудованию, а именно, к датчикам силового тока.
Датчики тока с гальванической развязкой между цепью с измеряемым током и цепями сигнализации, известны из следующих источников:
1. Автоматические быстродействующие выключатели для троллейбусов / Э.Ш.Мурадов, В.В.Шипицын, Р.Е.Середко. - Екатеринбург: Полиграфист», 2005., стр.127-136;
2. Автоматические быстродействующие выключатели для трамваев / Э.Ш.Мурадов, А.А.Грицук, А.В.Пузан. - Екатеринбург: Полиграфист, 2006., стр.197;
3. Патент на полезную модель «Датчик тока» RU №75753, 2008 г.
Датчики тока по источникам 1 и 2 содержат датчик Холла, размещенный в разрезе магнитопровода, схему обработки сигнала с датчика Холла. При протекании тока через сечение магнитопровода, в магнитопроводе наводится магнитное поле. При воздействии магнитного поля на датчик Холла в нем наводится напряжение с величиной, пропорционально измеряемому току. Напряжение подается на схему обработки сигнала, и при превышении выше или снижения ниже нормированного значения тока выдается сигнал датчика. Основная изоляция от высокого потенциала является изоляция между шиной с измеряемым током и магнитопроводом с датчиком.
Недостатком известного датчика тока является низкая точность измерения тока ввиду большого количества преобразований (через магнитное поле и эффект Холла), и применение для преобразования
магнитного поля в измеряемое напряжение полупроводникового элемента - Датчика Холла, точность преобразования которого сильно зависит от его температуры.
Наиболее близким по технической сущности к патентуемому датчику тока пороговому быстродействующему является датчик тока по источнику 3. Датчик тока по источнику 3 содержит резистивный элемент, усилитель, аналого-цифровой преобразователь, разделяющий трансформатор, цифро-аналоговый преобразователь, блок питания, трансформатор питания. Выход резистивного элемента соединен с усилителем, его выход - с аналого-цифровым преобразователем, выход преобразователя - с первичной обмоткой разделяющего трансформатора, служащего гальванической развязкой по каналу сигнала, вторичная обмотка разделяющего трансформатора соединена с цифро-аналоговым преобразователем. Цепь преобразования сигнала в цифровую форму и обратно введена для передачи информации через трансформатор с минимальными искажениями исходного сигнала. Усилитель и аналого-цифровой преобразователь получают электроэнергию через трансформатор питания, который служит гальванической развязкой по каналу питания. Разделяющий трансформатор и трансформатор питания должны иметь изоляцию между обмотками, рассчитанную на полное напряжение между цепью с измеряемым током и цепями электронных компонентов, которые производят измерение. Недостатком известного датчика тока при достаточно высокой точности измерения является его небыстродействие, ввиду того, что через разделяющий трансформатор удастся пропустить переменный ток частотой не выше 10 кГц, что при передаче 16-битного сигнала (при высокой точности измерения) приводит к задержке сигнала порядка 0,45 мс, что недопустимо для многих областей применения датчика. Датчик достаточно сложен из-за наличия в его конструкции 2-х трансформаторов - разделяющего и
трансформатора питания. Кроме этого, для получения порогового сигнала такой датчик должен быть дооснащен сравнивающим устройством, что еще более усложнит его конструкцию.
Полезной моделью решается задача создания датчика тока порогового быстродействующего, позволяющего с высокой точностью измерять ток в цепи и без больших задержек подавать сигнал о превышении или снижении заданного уровня тока, при этом обеспечивая полную гальваническую развязку цепи высокого напряжения от потенциала земли при помощи всего одного трансформатора.
Технический результат, который достигается полезной моделью, состоит в повышении точности измерения тока и снижении времени задержки сигнала при сохранении полной гальванической развязки между цепью с измеряемым током и цепями сигнализации.
Это достигается тем, что в цепи тока высокого напряжения устанавливается резистивный элемент, имеющий высокую точность измерения, со схемой сравнения и выдачи сигнала. Резистивный элемент преобразует величину тока, протекающего через цепь высокого напряжения, в пропорциональную величину напряжения. Схема сравнения сравнивает сигнал от резистивного элемента с заданной в схеме величиной. Схема сравнения и схема передачи сигнала питаются от трансформатора, который служит гальванической развязкой потенциала высоковольтной цепи от потенциала земли. При снижении или превышении сигнала от первичного преобразователя ниже или выше установленного в схеме сравнения, схема сравнения передает сигнал на схему выдачи сигнала. Схема выдачи сигнала при этом значительно снижает свое внутреннее сопротивление по цепи питания. Ток, потребляемый от трансформатора, резко возрастает, но возрастает и ток, потребляемый первичной обмоткой трансформатора. Преобразователь, который передает энергию для питания трансформатора, содержит в
своем составе датчик, реагирующий на превышение тока по цепи питания, который в случае превышения тока питания выдает сигнал в цепи сигнализации.
Введение схемы сравнения и выдачи сигнала, преобразователя и токового датчика позволило выполнить канал связи через трансформатор, обеспечивающий питание и гальваническую развязку, получить высокую скорость передачи информации о снижении или превышении порога тока в измеряемой цепи. По поводу быстродействия можно пояснить, что при применении для питания и передачи сигнала переменного тока частотой 10 кГц увеличение нагрузки будет отслежено в первичной обмотке спустя полпериода, что будет соответствовать задержке передаче сигнала 0,05 мс.
Полезная модель поясняется чертежом, где на фигуре изображена блок-схема патентуемого датчика тока порогового быстродействующего.
Датчик тока быстродействующий содержит в своем составе резистивный элемент 1, имеющий высокую точность измерения и термостабильность, схему сравнения 2 с предустановленным уровнем контрольного сигнала, схему выдачи сигнала 3 со встроенной нагрузкой, трансформатор 4, преобразователь 5 с датчиком 6.
Датчик тока пороговый быстродействующий работает следующим образом. Резистивный элемент 1 преобразует величину тока, протекающую в цепи высокого напряжения в пропорциональное напряжение, пригодное для измерения электронными компонентами. Полученное напряжение передается на схему сравнения 2, в которой происходит сравнение напряжения с контрольным. При значении напряжения, соответствующего нормальному значению тока в измеряемой цепи, схема сравнения дальше не передает никаких сигналов. Питание схема сравнения 2 получает от вторичной обмотки трансформатора 4. От этой же обмотки получает питание и схема выдачи
сигнала. При снижении или превышении величины контролируемого сигнала от резистивного элемента 1 ниже или выше контрольной величины, предустановленной в схеме сравнения 2, происходит передача сигнала на схему выдачи сигнала 3. Схема выдачи сигнала 3 при подаче на нее сигнала подключает к вторичной обмотке трансформатора 4 дополнительную нагрузку. Ток вторичной обмотки трансформатора 4 возрастает, что влечет за собой увеличение тока в первичной обмотке. В цепи питания первичной обмотки трансформатора 4 включены преобразователь 5 и датчик 6. Преобразователь 5 предназначен для преобразования напряжения питания всего датчика в переменное стабилизированное напряжение для питания первичной обмотки трансформатора 4, а датчик 6 необходим для регистрации потребляемого тока первичной обмотки трансформатора 4 и выдачи сигнала при превышении его уровня. Поэтому, при повышении потребления тока на вторичной стороне дополнительной нагрузкой от схемы выдачи сигнала 3 датчик 6 зафиксирует превышение потребления и выдаст в цепи измерения информацию о срабатывании датчика.
Таким образом, создан простой датчик тока пороговый быстродействующий для сигнализации о превышении или снижения силы тока выше или ниже установленного с высокой точностью измерения, с высоким быстродействием, в цепях с любым напряжением.