Шунт для измерения импульсного тока
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Союз Советских
Социалистических
Республик
Дата опубликования описания 2511.82 f5)) К 3 6 01 Р 19/00 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 621.317.7 (088. 8) (7?) Автор изобретения Ю.К. Пчелинцев Ленинградский ордена Ленина политехнический инея-итум им. М.И. Калинина (71) Заявитель (54) ШУНТЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ИМПУЛЬСНОГО TOKA Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначе- но для использования при исследованиях грозовых перенапряжений, работы высоковольтных выключателей, а также диагностики емкостных накопителей энергии. Известен шунт для измерения импульсного тока, выполненный в виде )p токосъемного резистора, встроенного в рассечку проводника с контролируемым током и подключенного выводом к входному и внутреннему проводникам коаксиального кабеля связи с осциллографом Г11. Недостаток известного устройства заключается в низкой термической стойкости при измерении длительных импульсов тока с крутыми перепадами. Это объясняется тем, что для обеспечения пропорциональности напряжения на токосъемном резисторе контролируемому току толщина активной массы резистора должна выбираться в несколько раз меньшей эффективной глубины 25 проникновения тока при прохождении по этой активной массе наиболее крутЫх перепадов в функциональной зависи,мости контролируемого тока от времени. Наиболее близким техническим решением к изобретению является шунт для измерения импульсного тока, содержащий токосъемный резистор, встроенный в рассечку проводника с контролируемым током и подключенный одним из выводов к внешнему проводнику коаксиального кабеля связи с осциллографом, активно-индуктивную корректирующую цепочку, включенную параллельно токосъемному резистору и coc» тоящую из последовательно соединенных катушек индуктивности и энергоотводящего резистора, контур из установленных друг за другом параллельных RC-звеньев, включенный менду выходным выводом корректирующей цепочки и внутренним проводником упомянутого коаксиального кабеля 2). Недостаток указанного шунта определяется тем, что для улучшения качества воспроизведения формы импульса контролируемого тока при толщине активной массы токосъемного резистора превышающей эффективную глубину проникновения наиболее крутых перепадов тока, требуется значительное количество RC-звеньев. Конденсаторы и резисторы этих звеньев имеют некоторые последовательно 3 976389 4 тушки 3 индуктивности. Параллель-. но резистору 2 подключена еще одна цепочка из последовательно соединенных знергоотводящего резистора 4 и катушки 5 индуктивности (для прос ., ты ограничимся только двумя корректирующими цепочками). Величины сопротивлений резисторов 1,2 и 4 выбраны по убывающему закону, а значения толщины их активной массы, наоборотпо возрастаюцему закону. 1(общей точке. соединения резисторов 1,2 и 4 подключен внешний проводник коаксиального кабеля б. Кабель предназначен для передачи сигнала к осциллографу и нагружен на конце, подключенном к осциллографу, на резистор 7 с сопротивлением, равным волновому сопротивлению кабеля. С внутренним проводником ко- аксиального кабеля б соединена одним 20 из своих выводов вспомогательная катушка 8 индуктивности, другой вывод которой подключен к промежуточному отводу катушки 3 индуктивности, принадлежащей ближайшей к токосъемному резистору 1 корректирующей цепочке. В общем случае точку подключения катушки 8 индуктивности к катушке индуктивности 3 можно изменять. Между катушками 3 и 5 индуктивности корректирующих цепочек шунта и секциями вспомогательной катушки 8 индуктивности создана взаимоиндуктивная связь (последняя показана на схеме линия-. При этом обычно рассматривается "индуктивность"шунта, отражаемая на принципиальной схеме в виде индуктивности, включенной последовательно с токосъемным резистором 1, яв- . ляется частным случаем взаимоиндуктивной связи между внутренним контуром шунта и контуром контролируемого тока. Эта связь показана в виде взаимоиндуктивной связи между катушкой 3 индуктивности и индуктивностью контура 9 контролируемого тока. Шунт для измерения импульсного тока работает следуюцим образом. Измеряемый ток i, нарастая с фронтом длительностью 1ф, проходит по токосъемному резистору 1 и создает на нем падение напряжения. Под воздействием этого падения напряже= ния в энергоотводящем резисторе 2 начинает нарастать ток с постоянной времени, зависяцей от величины индуктивности катушки 3, но значительно медленнее, чем в резисторе 1. Одновременно под влиянием падения напряжения на резисторе 2 ток в энергоотводящем резисторе 4 с фронтом, сглаженным индуктивностью катушки 5, нарастает еще медленнее, чем в резисторе 2. Это позволяет сделать толщину активной массы резисторов 1,2 и 4 включенные индуктивности (например индуктивности выводов и соединительных проводников), которые не входят в состав теоретически идеализированного RC-звена, но оказываются особенно существенными при передаче кру- 5 тых перепадов контролируеглого тока, по сравнительно низкоомным цепям шунта, и тем самым ограничивают верхнюю границу полосы рабочих час, тот ° î Целью изобретения является расширение полосы частот, воспроизводимых подобным шунтом путем коррекции его переходной характеристики. Поставленная цель достигается тем,15 что в шунт для измерения импульсного тока, содержаций токосъемный резистор, встроенный в рассечку проводника с контролируемым током и подключенный одним из выводов к внешнему проводнику коаксиального кабеля связи с осциллографом, основную активно-индуктивную коррекгирующую цепочку, включенную параллельно токосъемному резистору и состоящую из последовательно соединенных катушки индуктивности и энергоотводящего резистора, введены установленные друг за другом дополнительные активно-индуктивные корректирующие цепочки, входные выводы каждой из которых связаны с выводами энергоотводящего резистора предыдуцей корректирующей цепочки, и вспомогательная катушка индуктивности, подключенная первым выводом к промежуточному отводу ка- З56ми со стрелками на обоих концах) тушки индуктивности основной корректирующей цепочки и разделенная на секции, которые частично размещены в области магнитных .полей катушек индуктивности корректирующих цепочек, 40 причем величина сопротивления энергоотводяцего резистора каждой последующей корректирующей цепочки выбрана меньшей, а толщина активной массы большей аналогичных параметров резистора предыдущей корректирующей цепочки, соответствующие выводы энергоотводящих резисторов дополнительных корректирующих цепочек подключены к внешнему проводнику упомянутогп коаксиального кабеля, а второй вывод вспомогательной катушки индуктивности соединен с его внутренним проводником. На чертеже представлена принципиальная электрическая схема предложенного шунта для измерения импульсного тока. В статическом состоянии шунт содержит токосъемный резистор 1, встроенный непосредственно в рассечку проводника с контролируемым током Параллельно резистору 1 включена активно-индуктивная корректирующая цепочка из последовательно соединенных энергоотводящих .резистора 2 и ка- 65 976389 нарастающей в соответствии с уменьшением скорости нарастания тока в них. Но при этом толщина резисторов 1,2 и 4 не долх<на превысить определенную долю расчетной глубины проникновения тока в активную массу 5 резисторов при существующей в них скорости, нарастания тока. Увеличенная толщина активной массы резистора -приводит к соответствующему увеличению допустимой .величины интеграла 10 квадрата тока, проходящего через ° резистор, по времени его прохождения. В результате увеличивается допустимая величина интеграла квадра= та тока по времени для всей совокупности резисторов токового шунта. При этом необходимо, чтобы за время прохождения по шунту импульса контролируемого тока не были превышены допустимые интегралы квадрата тока во времени для отдельных резисторов. Это достигается путем уменьшения сопротивлений отдельных резисторов по мере увеличения толщины их активной массы. При таком выборе велИчин сопротивлений резисторов график из-. менения тока в них.-(кроме последнего резистора 4) как функция времени будет содержать одиночную волну при каждом резком перепаде в форме кривой контролируемого тока. Время нарастания этой волны тока в каком-либо резисторе будет определяться временем протекания процесса увеличения тока в рассматриваемом резисторе при одновременном уменьшении тока в предыдущем резисторе в условиях затягивания процесса перераспределения тока индуктивностью, разделяющей эти резисторы. В свою очередь время спада волны тока будет определяться 40 временем уменьшения основной доли тока в рассматриваемом резисторе при одновременном увеличении тока в последующем резисторе опять-таки в условиях затягивания процесса перераспре- 45 деления тока разделяющей эти резисторы индуктивностью. К входу коаксиальногo кабеля 6 приложена сумма падения напряжения на резисторе 4, падения напряжения на 5g части индуктивности катушки 3 и взаимоиндуктивных падений напряжений в.результате взаимоиндуктивных связей между индуктивностью вспомогательной катушки 8 и индуктивностями кату- 55 шек 3 и 5 корректирующих цепочек. Чапряжение на резисторе 4 нарастает плавно. В то же время индуктивное и взаимоиндуктивное падение напряжения пропорциональны производной тока, протекающего через соответствующие индуктивные элементы. Анализ показывает, что в результате выбора необходимых величин индуктивностей и взаимоиндуктивностей, а также при соответствующем выборе точки подключения катушки 8 индуктивности к катушке 3 индуктивности, возможно получить прямоугольную переходную характеристику шунта относительно контролируемого тока и напряжения в коаксиальном кабеле 6„ т.е. в целом шунт оказывается неискажанщим форму графика тока во времени. Таким образом, в предложенном шунте для измерения импульсного тока появляется воэможность перенесения основного энерговыделения при прохождении контролируемого тока в резисторы, толщина активной массы которых значительно увеличена из-за уменьшения скорости нарастания в них тока. Это позволяет увеличить широкополосность шунта, характеризуемую при регистрации прямоугольного импульса отношением длительности регистрируемого импульса к длительности его фронта, более, чем в тысячу раз. В то же время использование в качестве .сглаживающих и корректирующих элементов шунта катушек индуктивностей и обеспечение взаимоиндуктивных связей между ними, некоторая величина которых обязательно присутствует в шунте, упрощает конструкцию последнего и, следовательно, снижает трудоемкость его изготовления и эксплуатации. Формула изобретения Мунт для измерения импульсного тока, содержащий токосъемный резистор, i встроенный в рассечку проводника с контролируемым током и подключенный одним из выводов к внешнему проводнику коаксиального кабеля связи с осциллографом, основную активно-индуктивную корректирующую цепочку, включенную параллельно токосъемному резистору и состоящую из последовательно соединенных катушки индуктивности и энергоотводящего резистора, отличающийся тем, что, с целью расширения полосы воспроизводимых частот, в него введены установленные друг за другом дополнительные активно-индуктивные корректирующие цепочки. входные выводы каждой из которых связаны с выводами энергоотводящего резистора предыдущей корректирующей цепочки, и вспомогательная катушка индуктивности, подключенная первым выводом к промежуточному отводу катушки индуктивности основной корректирующей цепочки и раз деленная на секции, которые частично размещены в области магнитных полей катушек индуктивности корректирующих цепочек, причем величина сопротивления энергоотводящего резистора каждой последующей корректирующей цепочки выбрана меньшей, 976389 Составитель Л. морозов Редактор В. Иванова Техред Т.Фанта Корректор Н. Буряк Заказ 8998/73 Тираж 717 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий. ° 113035, Москва, Х-35, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, а толщина активной массы - большей аналогичных параметров резистора предыдущей корректирующей цепочки, соответствующие выводы энергоотводящих резисторов дополнительных корректирующих цепочек подключены к внешнему проводнику упомянутого коаксиального кабеля, а второй вывод вспомогательной катушки индуктивности соединен с его внутренним проводником. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР 9 469092, кл. G 01 к 19/00, 1973. 5 2. Schwab Л. und iieinrich С. Mel3widerstand zur A«j zeichnung schneller stromanderungen im Nanosekundenbereich. "Elektretechniche. Zeitsch rift", Ausgabe,A.1966, 87, s.181.
