МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ДАТЧИК ТОКА
MULTIFUNCTIONAL CURRENT SENSOR

Изобретение относится к электротехнике, а именно к измерительным устройствам, и предназначено для применения в составе аппаратов измерения, защиты и сигнализации.
Известен однофазный трансформатор с вращающимся магнитным полем [Коробейников Б.А., Сидоров Д.И. Патент №67793 по кл. МПК H02M 5/14], работа которого заключается в преобразовании однофазного сигнала в многофазный и основана на возбуждении однофазным током вращающегося магнитного поля (ВМП) без применения емкостных фазосдвигающих элементов.
Данный трансформатор аналогичен предлагаемому изобретению по использованному в нем методу образования ВМП, но сильно отличается по конструктивному исполнению.
Наиболее близкими по техническому решению и выбранными в качестве прототипа, являются: фильтр тока прямой последовательности на основе трансформатора с вращающимся магнитным полем [Коробейников Б.А., Полякова Т.Е., Беседин Е.А., Смаглиев A.M., Литягин Д.А., патент №106754 по кл. МПК G01R 29/16]; фильтр тока обратной последовательности на основе трансформатора с вращающимся магнитным полем [Коробейников Б.А., Беседина Т.Е., заявка на изобретение №2010116916 по кл. МПК G01R 29/16]; фильтр тока нулевой последовательности на основе трансформатора с вращающимся магнитным полем [Коробейников Б.А., Полякова Т.Е., Беседин Е.А., Смаглиев A.M., Литягин Д.А., патент №106753 по кл. МПК G01R 29/16], содержащие каждый по три тороидальные сердечника, где фазные токи трехфазной системы, протекая по первичным обмоткам, формируют ВМП, наводящие в соединенных соответствующим образом вторичных обмотках многофазные системы напряжений, которые при выпрямлении позволяют получить на выходе сигналы, пропорциональные токам прямой, обратной и нулевой последовательностей соответственно.
Недостатком этих устройств является то, что они выполняют функцию контроля тока только одной симметричной составляющей.
Техническим результатом изобретения является увеличение информативности при анализе трехфазного тока и упрощение метода получения параметров трехфазного тока.
Это достигается тем, что предлагаемый многофункциональный датчик тока содержит для каждой из трех контролируемых им фаз свой преобразователь тока, вторичные обмотки которых разбиты на 12 групп, 3 из которых формируют сигналы, пропорциональные токам в фазах, а остальные 9 при соответствующем их соединении формируют сигнал, пропорциональный токам прямой, обратной и нулевой последовательности, что дает возможность получать информационные признаки сигналов без применения интегральной, микропроцессорной базы и использования сложных математических алгоритмов.
На чертеже показана принципиальная схема заявляемого многофункционального датчика тока.
Разработанное устройство содержит для каждой из трех контролируемых им фаз свой фазный преобразователь тока, первичные цепи которого выполнены следующим образом: на тороидальном магнитном сердечнике 1 располагаются четыре катушки, при этом начало катушки 4 и конец катушки 5 образуют первый вход преобразователя - зажим 2, далее конец катушки 4 соединен с концом катушки 6, начало катушки 5 - с началом катушки 7, начало катушки 6 - с балластной индуктивностью 8, а конец катушки 7 - с балластным резистором 9, другие концы которых образуют при соединении второй вход преобразователя - зажим 3, при этом для получения ВМП катушки первичных обмоток с номерами 4, 5 и 6, 7 расположены относительно друг друга с пространственным сдвигом 90°, а количество витков в катушках 4, 7 и 5, 6 соотносятся друг к другу как 1:2. Вторичные обмотки 10 предлагаемого устройства выполнены для каждого из трехфазных преобразователей в виде четырех пар симметричных трехфазных систем, в каждой паре одна трехфазная система обмоток сдвинута в пространстве относительно другой на угол 30°. Причем системы в первых парах вторичных обмоток преобразователей тока фаз А, В, С с индексами 1, 3, 5; 2, 4, 6 соединены по схеме «звезда», определяют первую, вторую, третью группы вторичных обмоток и концами подключены к входам многофазных выпрямителей 14, 15, 16 соответственно. Системы во вторых парах вторичных обмоток с индексами 1.1, 3.1, 5.1; 2.1, 4.1, 6.1 соединены между собой по схеме, описанной в первом прототипе, определяют четвертую, пятую, шестую группы вторичных обмоток и концами подключены к входу многофазного выпрямителя 11. Системы в третьих парах вторичных обмоток с индексами 1.2, 3.2, 5.2; 2.2, 4.2, 6.2 соединены между собой по схеме, описанной во втором прототипе, представляют седьмую, восьмую, девятую группы вторичных обмоток и концами подключены к входу многофазного выпрямителя 12. Системы в четвертых парах вторичных обмоток с индексами 1.0, 3.0, 5.0; 2.0, 4.0, 6.0 соединены между собой по схеме, описанной в третьем прототипе, представляют десятую, одиннадцатую, двенадцатую группы вторичных обмоток и концами подключены к входу многофазного выпрямителя 13.
Новизна заявляемого технического решения заключается в том, что данное устройство позволяет производить одновременный контроль величины полного тока и его симметричных составляющих, извлекаемых с помощью совокупности вторичных обмоток, расположенных относительно друг друга под определенными углами на базе трех магнитных систем.
Предлагаемый датчик тока на выходе с выпрямителя формирует напряжения, пропорциональные амплитудам токов фаз, а также токов всех симметричных составляющих трехфазной системы.
Работает заявляемый датчик тока следующим образом: через зажимы 2 и 3 преобразователей тока каждой фазы протекают токи промышленной частоты с фазовым сдвигом 120° относительно друг друга. При этом первичные обмотки преобразователей (4-7) посредством встречно включенных катушек создают в тороидальном магнитном сердечнике 1 две перпендикулярных и равных по модулю магнитодвижущих силы, которые, в свою очередь, создают ВМП, наводящее во вторичных обмотках 10, электродвижущие силы с попарно фазовым сдвигом 30°, в итоге полученные напряжения в результате соответствующего соединения обмоток в группы и их подключения к многофазным выпрямителям 11-16 позволяют получить на выходе датчика постоянный сигнал, пропорциональный амплитудам токов фаз и симметричных составляющих трехфазной системы.
Использование двенадцати групп систем вторичных обмоток, примененных для формирования параметров тока, позволяет получить на его выходе сигналы, пропорциональные амплитудам токов фаз, а также токов симметричных составляющих трехфазной системы, тем самым объединяя в одном устройстве несколько, что повышает информативность, компактность и функциональность построенных на его базе устройств.