Датчик тока
О П И С А Н И Е 334523
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Союз Советских
Социалистических
Республик
Зависимо от авт. свидетельства . й—
М. Кл G 01г 19/00
Заявлено 07.Х.1969 (№ 1367977/18-10) с присоединением заявки Ko—
Комитет ло делам
Приоритет—
Опубликовано 30,111.1972, Ьюллетень М 12 изобретений и открытий лри Совете Министров
СССР
УДК 621.317.31(088 8) Дата опубликования описания ЗО.IV.1972
Авторы изобретения
В. П. Бухгольц и 3. Г. Хисевич
Институт горного дела им. 4. А. Скочинского
Заявитель
ДАТЧИК ТОКА
Изобретение относится к датчикам контроля параметров шахтных подстанций и токоприемников, применяемых в горной Ilpомыш— ленности.
В системах передачи телемехапических измерений, автоматического дистанционного контроля и защиты измерения величины тока электрических установок при помощи обычных трансформаторов тока имеют место:
IIeîáõ0äèì0ñòh прокладки длинных контрольных кабелей с сечением жил, допускающим передачу тока до 5 а; невозможность пр и менения коммутаторов периодического контроля, требующих разрыва цепей, измерительных устройств и аппаратуры телеизмерения с унифицирова|оным входом и бесконтактных коммутирующих устройств па полупроводниковых приборах; недопустимость измерения и передачи тоха во взрывоопасных средах без специального взрывооезопасного исполнения и т. д.
В предлагаемом датчике тока, с целью линейного преобразования переменного тока промышленной частоты в пропорциональное искробезопасное нормированное напряжение, магнитопровод выполнен чередующимся из ферромагнитных и неферромагнитных частей, равноудаленных друг от друга и распределенных по всей длине магнитопровода датчика тока, общая длина которы.; определяется нолтинальньв| значением измеряемого тока.
Точность измерений с помощью такого датчика тока при подключенной нагрузке должна оставаться в пределах IlpHHHThlx классов точности для измерительного трансформатора тот<а.
На чертеже представлена схема предлагаемого датчика тока.
На схеме приняты следующие обозначения.; ферромагнитная часть 1 тороидального магнитопровода; неферромагпитная часть 2 магнитопровода; изоляционное покрытие 8 магнитопровода; слои 4, б измерительной обмотки; межслоевая изоляция б, 7; защитнос изоляцио|п|ое покрытие 8 обмотки; выводы 9 измерительной обмотки. (Часть изоляции и обмоток выше линии I — I условно оснята).
Датчик тока включает в себя кольцеобразной формы сердечник, состоящий из ферромагнитных 1 и неферромагнитных 2 частей магнитопровода; слои 4, 5 измерительной обмотки с изоляционными слоями 8, б, 7 и 8 и выводы
9 измерительной обмотки.
Принцип работы предлагаемого датчика заключается в следующем.
Измеряемый ток создает в фер ром агнитном сердечнике пропорциональный магнитный поток. Пропорциональность достигается путем
30 введения в магнитную цепь сердечника боль334523
Ф=Ф1 — Ф.,=Ф, (2) 55 шого магнитного сопротивления в виде множества воздушных (неферромагнитных) зазоров, равномерно распределенных по всей длине сердечника. Магнитный поток создает э. д. с. во вторичной (измерительной) обмот- 5 ке датчика, к которой подключается через выводы нагрузочное сопротивление (измерительная цепь) большой величины, Такое сопротивление нагрузки можно рассматривать как сопротивление холостого хода датчика, в ре- !О зультате чего падение напряжения на этом сопротивлении приблизительно соответствует э. д. с. вторичной обмотки, так как магнитный поток вторичной обмотки во много раз меньше магнитного потока первичной обмотки.
Слои 4, 5 измерительной обмотки отделены друг от друга при помощи межслоевой изоляции. Для использования датчика тока в устройствах высокого напряжения корпус 2О датчика покрывают защитным изоляционным покрытием 8, например из эпоксидной смолы.
В качестве первичной обмотки датчика может быть использована как собственно обмотка, так и провод или шина электроуста- 2G новки, проходящие внутри окна магнитопровода. Измеряемый ток i >, проходя по первичной обмотке датчика У ь создает в магнитопр воде магнитный поток
ЗО
Ф вЂ” — ii . W) G„, (1) где 6„— магнитная проводимость магнитопровода.
Величина этого потока будет зависеть от размеров магнитопровода и его магнитных свойств.
Основным условием работы датчика является независимость результатирующего магнитного потока Ф в магнитопроводе от режи- 4О ма работы вторичной цепи датчика тока, т. е. где Ф,=4 W G =Q — магнитный поток в 4> магнитопроводе, создаваемый током 2 во вторичной обмотке W>.
Из формулы (2) видно, что датчик тока работает в режиме, близком к режиму холо- 5О стого хода. Принимая во внимание известное выражение для э. д. с. на выходе датчика тока
Е,, -= 4 1,11- f W, i i W -,, р— ср где f — частота тока, ги;
1,256 . 10 †— магнитная проницаемость пустоты, гн л -, « — магнитная проницаемость материала магнитопровода;
S — сечение магнитопровода, лР;
 — индукция, тл;
l,ð — средняя длина магнитопровода, л, и учитывая формулу (2), можно считать, что предлагаемый датчик тока является электромагнитным прибором, преобразующим переменный ток i, в пропорциональную ему э. д. с.
Е>.
Одновременно э. д. с. для режима холостого хода может определяться через выражение:
Е., =-4-1,11.f В ., Ф, =- 4 1,!1 f W В- S (4)
Сравнив формулы (3) и (4) и решив нх относительно индукции, получим:
i,W, i,È, В- = р,р - -- - = 1,256р - — 10 ". ср ср
Отсюда можно сделать вывод, что пропорциональность и линейность изменения индукции В при изменении измеряемого тока i> являются основными условиями работы и могуг иметь место только в том случае, если магннтопровод датчика тока будет выполнен из материала, которому не свойственно насыщение.
Если сердечник будет выполнен из неферромагнитного материала с «=1, то средняя длина такого магнитопровода для датчика тока, например на номинальный ток 1000 а, исходя из того, что W= и В=1,5-;1,6 тл, будет равна:
lñð. н — 1,256 1 — - 10 " == 0,8 - 10 "м.
1000 . 1
)57
Предмет изобретения
Датчик тока, содержащий тороидальный магнитопровод и измерительные обмотки, изолированные одна от другой и от магнитопровода, отличающийся тем, что, с целью линейного преобразования переменного тока промышленной частоты в пропорциональное искробезопасное нормированное напряжение, магнитопровод выполнен чередующимся из ферромагнитных и неферромагнитных частей, равноудаленных друг от друга и распределенных по всей длине магнитопровода датчика тока, общая длина которых определяется номинальным значением измеряемого тока.
334523
Составитель Л. Устинова
Редактор A. Батыгии Техред Y. Ускова Корректор Е. Михеева
Заказ 177/791 Изд. № 459 Тираж 448 Подписное
ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР
Москва, 5К-35, Раушская наб., д. 4/5
Тил. Харьк, фил, пред,. «Патент»
