Датчик тока

 

1. ДАТЧИК ТОКА, содержащий магнитопровод из магнитомягкого материала , входную обмотку, магниточувствительные элементы, размещенные в зазорах магнитопровода из магнитомягкого материала, и усилитель, о тличающийся тем, что, с целью повышения точности ирасширения диапазона измерений, в него введены две обмотки обратной связи, две обмотки коррекции, корректирующее звено, первый и второй элементы сравнения , дифференциальный преобразователь напряжение - ток, два резистора , при этом магнитопровод из магнитомягкого материала выполнен закрытой формы, и в нем размещены соединенные по дифференциальной схеме обмотки обратной связи и обмотки коррекции , последние подключены к корректирующему звену, выходы магниточувствительных элементов и выход корректирующего звена соединены с входами первого элемента сравнения, выход которого через усилитель соединен с входом дифференциального преобразователя напряжение - ток, выходы последнего соединены с обмотками обратной связи, последовательно с которыми включены резисторы, причем общие точки соединения обмоток обратной связи и резисторов соединены с вхо- i дами второго элемента сравнения. (Л 2. Датчик по п. 1, отлива ю щ и и с я тем, что, с целью упрощения сопряжения с цифровым электроприводом , в него введены биполярный преобразователь напряжение - частота , реверсивный счетчик и таймер, причем вход биполярного преобразователя напряжение - частота подключен к второму элементу сравнения, а выходы подключены к входам реверсивного счетчика, управляющий вход которого связан с таймером.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК!

09) Э (ll). el) G 01 R 19/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 11,, 13:

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ьй) ЛИОН) 1, У. (21) 3490184/18-21 (22) 07.09.82 (46) 07.09.84. Бюл. Р 33 (72) Н.Г. Чикуров, В.А. Яковлев, Ш.М. Гайсин.и А.И. Смирнов (71) Уфимский авиационный институт им. Орджоникидзе (53) 621 ° 317.7(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

У 834552, кл. С 01 R 19/00, 1975.

2. Авторское свидетельство СССР

У 800894, кл. С 01 R 19/00, 1977 (прототип). (54)(57) 1 ДАТЧИК ТОКА, содержащий магнитопровод из магнитомягкого материала, входную обмотку, магниточувствительные элементы, размещенные в зазорах магнитопровода из магнитомягкого материала, и усилитель, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности и. расширения диапазона измерений, в него введены дне обмотки обратной связи, две обмотки коррекции, корректирующее звено, первый и второй элементы сравнения, дифференциальный преобразователь напряжение — ток, два резистора, при этом магнитопровод из магнитомягкого материала выполнен закрытой формы, и в нем размещены соединенные по дифференциальной схеме обмотки обратной связи и обмотки коррекции, последние подключены к корректирующему звену, выходы магниточувствительных элементов и выход корректирующего звена соединены с входами первого элемента сравнения, выход которого через усилитель соединен с входом дифференциального преобразователя напряжение — ток, выходы последнего соединены с обмотками обратной связи, последовательно с которыми включены резисторы, причем общие точки соединения обмоток обратной связи и резисторов соединены с вхо- O

З дами второго элемента сравнения.

2. Датчик по п. 1, о т л и ч аю шийся теи, что, с целью упро- ® щения сопряжения с цифровым электроприводом, в него введены биполярный преобразователь напряжение — частота, реверсивный счетчик и таймер, причем вход биполярного преобразователя напряжение — частота подключен к второму элементу сравнения, а выходы подключены к входам реверсивного счетчика, управляющий вход которого связан с таймером.

1112296

Изобретение относится к области электроизмерений и может найти при-. менение, в частности, в технике электропривода с цифровым управлением для осуществления в системах управления 5 электроприводом обратных связей по току с гальванической развязкой силовых цепей и цепей управления.

Известен датчик постоянного тока, содержащий дифференциальный магнитопровод с двумя парами разделенных воздушными промежутками ветвей, две измерительные обмотки, источник постоянного подмагничивающего поля, два преобразователя магнитной индукции в частоту, датчики которых размещены в зазорах магнитопровода, а измерительные блоки подключены к блоку вычитания частот, при этом в нем измерительные обмотки нанесены на внешние ветви магнитопровода, а его внутренние ветви выполнены с площадью поперечного сечения, втрое меньшей основания полюсных наконечников f1) .

Недостатком датчика тока является низкая чувствительность. На точность датчика тока влияют погрешности от нелинейности и гистерезиса характеристик магнитопровода, à его применение ограничено малым частотным диапазо- 3î ном.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является датчик тока, содержащий магнитопровод из магнитомягкого материала, 35 входную обмотку, магниточувствительные элементы, размещенные в зазорах магнитопровода из магнитомягког0 материала, усилитель, причем магнитопровод выполнен в виде двух соединен- 40 ных торцами частей, одна из которых состоит из двух параллельных пластин с двумя расположенными между краями керамическими постоянными магнитами, соприкасаемыми одноименными полюсами 45 с каждой из пластин, а другая представляет собой тороид с зазорами (2) .

На известный датчик тока влияет нелинейность характеристик магнитодиодов и кривой намагничивания магнитопровода. Вследствие открытой формы магнитопровода известный датчик чувствителен к внешним магнитным полям и к расположенным вблизи металлическим предметам. Диапазон .измерений ограничен областью насыщения магнитопровода. Из-за инерционности магнитодиодов и влияния вихревых токов, воз-. никающих в магнитопроводе, он обладает низким быстродействием.

Цель изобретения — повышение точности и расширение диапазона измеряемых токов, а также упрощение сопряжения с цифровым электроприводом.

Поставленная цель достигается тем, что в датчик тока, содержащий магнитопровод из магнитомягкого материала, входную обмотку, магниточувствительные элементы, размещенные в зазорах магнитопровода из магнитомягкого материала, и усилитель, введены две обмотки обратной связи, две обмотки коррекции, корректирующее звено, первый и второй элементы сравнения, дифференциальный преобразователь напряжение — ток и два резистора, при этом магнитопровод из магнитомягкого материала выполнен закрытой формы, и в нем размещены соединенные по дифференциальной схеме обмотки обратной связи и обмотки коррекции, последние подключены к корректирующему звену, выходы магниточувствительных элементов и выход корректирующего звена соединены с входами первого элемента сравнения, выход которого через усилитель соединен с входом дифференциального преобразователя напряжение— ток, выходы последнего соединены с обмотками обратной связи, последовательно с которыми включены резисторы, причем общие точки соединения обмоток обратной связи и резисторов соединены с входами второго элемента сравнения.

Кроме того, в датчик тока введены биполярный преобразователь напряжение — частота, реверсивный счетчик и таймер, причем вход биполярного преобразователя напряжение — частота подключен к второму элементу сравнения, а выходы подключены к входам реверсивного счетчика, управляющий вход которого соединен с таймером.

На фиг. 1 представ. пена структурная схема датчика тока; на фиг. 2 функциональная схема датчика тока. . Датчик тока содержит входную об- мотку, разделенную на две секции 1 и 2, магнитопровод из магнитомягкого материала из двух сердечников 3 и 4 закрытой формы, магниточувствительные элементы — магнитодиоды 5 и 6, обмотки 7 и 8 обратной связи, обмотки 9 и 10 коррекции, корректирующее звено 11 первый элемент 12 сравнения, 3 11122 усилитель 13, дифференциальный преобразователь 14 напряжение. — ток, резисторы 15 и 16, второй элемент

17 сравнения, биполярный преобразователь 18 напряжение — частота, реверсивный счетчик 19 и таймер 20.

Секции 1 и 2 входной обмотки охватывают оба сердечника 3 и 4, в зазорах которых установлены магнитодиоды 5 и б. Кроме того, на сердечни- 1п ках 3 и 4 размещены обмотки 7 и 8 обратной связи и обмотки 9 и 10 коррекции, которые в свою очередь соединены последовательно с корректирующим звеном 11. Выходы магнитодиодов .5,би корректирующего звена 11.соеди-. нены с входами первого элемента 12 сравнения, выход которого через усилитель 13 соединен с входом дифференциального преобразователя 14 напряжение — ток. Выходы дифференциального преобразователя 14 напряжение — ток через последовательно включенные резисторы 15 и 16 соединены с обмотками

7 и 8 обратной связи. Общие выводы резисторов 15, 16 и обмоток 7, 8 обратной связи соединены с входами второго элемента 17 сравнения, выход которого соединен с входом биполярного преобразователя 18 напряжение— частота. Два выхода преобразователя

18 соединены с входами реверсивного счетчика 19, управляющий вход которого соединен с выходом таймера 20.

Сердечники 3 и 4 магнитопровода могут быть выполнены в виде броневых

35 чащек, например, из оксифера типа Б.

Корректирующее звено 11 представляет собой интегрирующую RC-цепь.

Датчик тока работает следующим

40 образом.

Изменение тока в секциях 1 и 2 входной обмотки изменяет величину магнитного поля в сердечниках 3, 4 и,. следовательно, изменяет величину на- 45 пряжения на магнитодиодах 5 и 6. При этом включается в работу контур автоматического регулирования, состоящий из магнитодиодов 5 и 6, первого элемента 12 сравнения, усилителя 13, дифференциального преобразователя 14 напряжение — ток и обмоток 7 и 8 обратной связи. Магнитное поле обмоток

7 и 8 в одном из сердечников 3, 4 складывается с магнитным полем сек- 55 ций 1, 2 входной обмотки, а в другом — вычитается. Токи в обмотках

7 и 8 обратной связи, изменяясь в

96 4 противофазах, компенсируют магнитное поле, создаваемое секциями 1 и 2 входной обмотки. В результате поток магнитной индукции в зазорах сердечников 3, 4 и уровень сигнала на выходе магнитодиодов 5, 6 стабилизируются.

Рабочая точка на кривой намагничивания, определяющая магнитное состояние сердечников 3, 4, и рабочая точка на вольт-амперной характеристике магнитодиодов 5, 6 почти неподвижны, поэтому токи в обмотках 7 и 8 обратной связи линейно зависят от входного тока. Влияние инерционности магнитодиодов 5 и 6 на быстродействие контура автоматического регулирования устранено с помощью обмоток 9 и 10 коррекции, подключенных через корректирующее звено 11 к первому элементу 12 сравнения. Для начального подмагничивания сердечников 3, 4 и магнитодиодов 5, 6 рабочая точка дифференциального преобразователя 14 напряжение — ток смещена на величину, необходимую для задания в обмотках

7 и 8 обратной связи тока подмагничнвания. При использовании дифференциальных магнитодиодов 5 и б подмагничивание необязательно. Напряжения с резисторов 15 и 16 сравниваются при помощи второго элемента 17 сравнения. Разность этих напряжений подается на вход биполярного нреобразователя 18 напряжение — частота. Импульсы унитарного кода с его выхода подсчитываются реверсивным счетчиком 19, Через равные промежутки времени, определяемые таймером 20, реверсивный счетчик 19 сбрасывается в нулевое состояние. Параллельный двоичный код, фиксируемый в реверсивном счетчике 19 к концу каждого периода таймера 20, прямо пропорционален среднему значению измеряемого тока. Измерение среднего значения тока в якорной цепи электродвигателя позволяет контролировать приращение частоты вращения вала ЬЯ, так как,где К вЂ” коэффициент пропорциональности;

3 — момент инерции, приведенный к валу электродвигателя;

I — среднее значение тока в якорной цепи электродвигателя.

Закрытая форма сердечников 3 и 4,обеспечивает магнитное экранирова1112296 ние и защиту датчика от влияния внешних магнитных полей и близко расположенных ферромагнитных предметов.

Линейная зависимость токов B обмотках 7 и 8 обратной связи от тока 5 в секциях 1 и 2 входной обмотки практически устраняет погрешности датчика тока от влияния нелинейности и гистерезиса характеристик сердечников 3 и 4 магнитопровода и магнитодиодов 5 и 6.

Благодаря незначительной амплитуде поля перемагничивания вихревые токи в сердечниках 3 и 4 малы и не влияют на динамическую точность измерений.

При постоянстве потокосцепления индуктивные сопротивления секций

1 и 2 входной обмотки и обмоток 7 и 8 обратной связи близки к нулю, 20 что дополнительно повышает динамические свойства датчика тока.

Дифференциальный преобразователь

14 напряжение — ток предотвращает 25 вредное влияние ЭДС самоиндукции в обмотках 7 и 8 обратной связи на устойчивость контура автоматического регулирования, что позволяет увеличить коэффициент усиления усилителя

13 и тем самым повысить быстродействие и уменьшить статическую ошибку датчика тока.

Влияние инерционности магнитодиодов 5 и 6 на быстродействие датчика тока устранено с помощью обмоток 9 и 10 коррекции и корректирующего звена 11, что в совокупности с эффектом, указанным выше, расширяет полосу пропускания частот по сравнению с известным датчиком, не менее чем на два порядка. Статическая точность предлагаемого датчика тока по сравнению с известным примерно на порядок выше.

Получение информации о среднем значении тока повышает точность системы управления электроприводом, особенно при работе в режиме прерывистых токов.

Представление же этой информации в цифровом виде позволяет использовать предлагаемый датчик тока в цифровых системах управления электроприводом.

1112296

111229б

BHMHHH Заказ 6452/38

Тираж 710 Полисное

Филиал ППП Патент, г. Узтород, ул.Проектная,4