SU1712891A1

SU1712891A1 - Current transducer

Info

Publication number: SU1712891A1
Application number: SU904781974A
Authority: SU
Inventors: Леонид Наумович Карпиловский; Григорий Мстиславович Варский; Владимир Мефодьевич Слынько; Аркадий Сергеевич Каплан
Original assignee: Центральный научно-исследовательский институт судовой электротехники и технологии
Priority date: 1990-01-10
Filing date: 1990-01-10
Publication date: 1992-02-15

Abstract

Изобретение может быть использовано в измерительной технике и технике автоматического регулировани . Цель изобретени - повышение достоверности измерений. Измерительный преобразователь тока содержиттрансформатор 1 тока на трех маг- нитопроводах 2,3 и 4, на первый из которых намотана индукционна обмотка 5, а на второй и третий - модул ционные обмотки 6 и 7, все три магнитопровода охвачены общей компенсационной обмоткой 8, генератор 9 переменного тока, усилитель 10 мощности задающего генератора, формирователь 11 опорного напр жени ! селективный фильтр 13, фазовый детектор 12, сумматор 16, четыре резистора 14,15,. 17 и 18, последовать ть- нр соединенные аналого-цифровой преобразователь 19, блок 21 коррекции запаздывани тока разр дов цифро-'аналого- вогопреобразовател тока,цифроаналоговый преобразователь 20 тока и соответствующие св зи. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.ч^Ё21тго0«щГО 00юсриг.^19Ш-Ш,The invention can be used in measurement technology and automatic control technology. The purpose of the invention is to increase the reliability of measurements. The current transducer contains a current transformer 1 on three magnetic conductors 2,3 and 4, the first of which is wound with induction winding 5, and the second and third - modulation windings 6 and 7, all three magnetic circuits are covered by a common compensation winding 8, generator 9 alternating current, power amplifier 10 of the master oscillator, driver 11 voltage reference! selective filter 13, phase detector 12, adder 16, four resistors 14.15 ,. 17 and 18, follow the connected analog-to-digital converter 19, the current delay correction unit 21 of the bits of the digital-to-analog current converter, the digital-analog current converter 20, and the corresponding connections. 2 hp f-ly, 2 ill. h ^ Ё21тго0 «щГО 00юриг. ^ 19Ш-Ш,

Description

Изобретение относитс к измерительной технике и предназначено дл преобразовани посто нных и быстромен ющихс токов в пропорциональное им напр жение.The invention relates to a measurement technique and is intended to convert DC and fast-current currents into a proportional voltage.

-Целью изобретени вл етс повышение достоверности измерений.The object of the invention is to increase the reliability of measurements.

На фиг. 1 приведена функциональна схема измерительного преобразовател тока; на фиг. 2 - функциональна схема блока коррекции запаздывани цифроаналогового преобразовател .FIG. 1 shows a functional diagram of the current measuring transducer; in fig. 2 is a functional block diagram for the correction of the delay of the digital-to-analog converter.

Измерительный преобразователь тока содержит трансформатор 1 тока с магнитопроводами 2, 3 и 4, причем на магнитопровод 2 намотана индукционна обмотка 5, а на магнитопроводы 3 и 4 намотаны соответственно перва и втора модул ционные обмотки 6 и 7, причем все магнитопроводы охвачены компенсационной обмоткой 8. В состав измерительного преобразовател тока вход т также, генератор 9 переменного тока, выход которого соединен с входом усилител 10 мощности, выходом соединенного с первыми выводами модул ционных обмоток, формирователь 11 опорного напр жени , Ёход которого соединен с выходом усилител 10 мощности, а выход - с первым входом фазового детектора 12, второй вход которого через селективный фильтр 13 соединен с вторым входом первой модул ционной обмотки 6 и первым выводом первого резистора 14, второй вывод которого соединен с общей шиной. Второй вывод второй модул ционной обмотки 7 через второй резистор 15 соединен с общей шиной. Выход фазового детектора 12 соединен с первым входом сумматора 16, второй вход которого через параллельно соединенные индукционную обмотку 5 и третий резистор 17 соединен с общей шиной, с которой также соединен второй вывод компенсационной обмотки 8 через четвертый резистор 18. Устройство содержит также аналогоцифровой преобразователь (АЦП) 19, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 20 и блок21 коррекции запаздывани ЦАП. Вход АЦП 19 соединен с выходом сумматора 16. Выход ЦАП 20 соединен с вторым выводом компенсационной обмотки 8, Выход разр да пол рности АЦП 19 соединен с входом соответствующего разр да ЦАП 20. Выход АЦП 19 соединен с входом ЦАП 20 через блок 21 коррекции запаздывани ЦАП.The current transducer contains a current transformer 1 with magnetic cores 2, 3, and 4, the induction winding 5 being wound on the magnetic core 2, and the first and second modulation windings 6 and 7, respectively, are wound on the magnetic cores 3 and 4, all of which are covered by the compensation winding 8. The current converter also includes an alternator 9, the output of which is connected to the input of a power amplifier 10, the output connected to the first terminals of the modulation windings, and a driver 11 the voltage is connected to the output of power amplifier 10 and the output to the first input of the phase detector 12, the second input of which is connected to the second input of the first modulation winding 6 and the first output of the first resistor 14 through the selective filter 13, the second output of which is connected to common bus. The second terminal of the second modulation winding 7 is connected via a second resistor 15 to a common bus. The output of the phase detector 12 is connected to the first input of the adder 16, the second input of which is connected through a parallel induction winding 5 and the third resistor 17 is connected to a common bus, to which the second output of the compensation winding 8 is also connected via a fourth resistor 18. The device also contains an analog-to-digital converter (ADC ) 19, a digital-to-analog converter (D / A converter) 20 and a DAC delay correction block 21. The input of the ADC 19 is connected to the output of the adder 16. The output of the DAC 20 is connected to the second output of the compensation winding 8, the output of the polarity of the ADC 19 is connected to the input of the corresponding bit of the DAC 20. The output of the ADC 19 is connected to the input of the DAC 20 through the DAC delay correction unit 21 .

На фиг. 1 изображена также токонесуща шина 22, вл юща с первичной обмоткой (один виток) измерительного пpeoбpaзoвaYeл тока.FIG. 1 also shows a current-carrying bus 22, which is the primary winding (one turn) of the current measuring transducer.

Блок 21 коррекции запаздывани ЦАП (фиг. 2) содержит элементы 23-29 задержки, количество которых соответствует количеThe lag correction unit 21 of the D / A converter (Fig. 2) contains delay elements 23-29, the number of which corresponds to the number

ству разр дов одинакового разр дных ЦАПthe same bit DACs

20и АЦП 19, уменьшенному на единицу, так как нет необходимости осуществл ть задержку включени старшего разр да тока ЦАП20 and ADC 19, reduced by one, since there is no need to delay the turn-on of the higher-order current of the DAC

20.Поэтому общности вход - выход блока20. Therefore, the common input - output unit

21,присоедин емые к кодовому выходу АЦП 19 и кодовому входу ЦАП 20, соответствующих старшему разр ду, соединены накоротко .21, coupled to the code output of the ADC 19 and the code input of the DAC 20, corresponding to the most significant bit, are short-circuited.

Остальные входы элементов задержки блока 21 коррекции запаздывани ЦАП 20 вл ютс соответствующими входами этого блока, а выходы элементов задержки блокаThe remaining inputs of the delay elements of the delay correction unit 21 of the DAC 20 are the corresponding inputs of this block, and the outputs of the delay elements of the block

21коррекции запаздывани ЦАП -соответствующими выходами этого блока. ЦАП 20 может состо ть, например, дл восьмиразр дного варианта из восьми аналоговых ключей 30-37, восьми разр дных резисторов 38-45, источника 46 опорного напр жени посто нного тока обеих пол рностей и переключател 47. Выход источника 46 опорного напр жени посто нного тока через переключатель 47 и восемь параллельных ветвей, кажда из которых представл ет последовательное соединение аналогового ключа и соответствующего разр дного резистора, соединен с Общим выходом ЦАП 20. Управл емые входы аналоговых ключей 30-37 соединены с соответствующими выходами блока 21 коррекции задержки. Третий вывод источника 46 соединен с землей. Управл емый вход переключател 47 соединен с входом знакового (пол рности) разр да ЦАП 20.21 DAC delay correction - the corresponding outputs of this block. The DAC 20 may, for example, consist of an eight-bit version of eight analog switches 30-37, eight discharge resistors 38-45, a DC voltage source 46 of both polarities and a switch 47. The output of the DC voltage source 46 through a switch 47 and eight parallel branches, each of which represents a serial connection of an analog switch and a corresponding discharge resistor, is connected to the common output of the DAC 20. The control inputs of the analog switches 30–37 are connected to the corresponding their outputs of the block 21 delay correction. The third output of the source 46 is connected to ground. The control input of the switch 47 is connected to the input of the sign (polarity) bit of the DAC 20.

Элемент задержки в блоке 21 коррекции задержки может быть выполнен в виде интегрирующей КС-цепочки, к выходу которой подключен в провод щем направлении полупроводниковый диод (анодом -дл сигнала положительной пол рности, катодом дл сигнала отрицательной пол рности).The delay element in the delay correction unit 21 can be made in the form of an integrating QC-chain, to the output of which a semiconductor diode is connected in the conducting direction (an anode is a positive polarity signal, a cathode for a negative polarity signal).

Измерительный преобразователь тока работает следующим образом.The measuring current transducer operates as follows.

При отсутствии измер емого тока в шине (первичной обмотке) 22 по модул Ционным обмоткам 6 и 7, включенным так, чтобы исключить наводки в компенсационной обмотке 8 обратной св зи, протекает ток, содержащий только нечетные гармоники. На выходе селективного фильтра 13 напр жение отсутствует, а следовательно отсутствует сигнал на выходе фазового детектора 12 и сумматора 16. В компенсационной обмотке 8 ток не протекает.In the absence of a measurable current in the bus (primary winding) 22, the module windings 6 and 7 are connected so as to exclude pickups in the feedback feedback winding 8, a current containing only odd harmonics flows. There is no voltage at the output of the selective filter 13, and therefore no signal at the output of the phase detector 12 and the adder 16. In the compensation winding 8, no current flows.

При протекании по первичной обмотке (шине) 22 переменного тока в индукционной, обмотке 5 наводитс ЭДС, котора через сумматор 16 (напр жений) воздействует АЦП 19, а следовательно, на блок 21 коррекции и ЦАП 20 так, что выходной ток, протекающий по компенсационной обмотке 8 и резистору 18 (нагрузке), компенсирует магнитный поток, вызванный измер емым (первичным) током в шине 22.When flowing through the primary winding (bus) 22 of the alternating current, an electromotive voltage (EMF) is induced in the induction winding 5, which through the adder 16 (voltage) acts on the A / D converter 19, and therefore on the correction unit 21 and the DAC 20, so that the output current flowing through the compensation winding 8 and the resistor 18 (load), compensates for the magnetic flux caused by the measured (primary) current in the bus 22.

При протекании по первичной обмотке (шине) 22 посто нного тока, либо при наличии в первичном токе посто нной составл ющей ток, протекающий по магнитомодул ционным обмоткам 6 и 7, становитс несимметричным, т.е. в нем по вл ютс токи четных гармоник, амплитуда и фаза которых несут информацию о величине и направлении посто нно/О тока ( посто нной составл ющей первичного тока ).When a direct current 22 flows through the primary winding (bus), or if there is a direct component in the primary current, the current flowing through the magnetically modulating windings 6 and 7 becomes asymmetrical, i.e. it contains even-harmonic currents, the amplitude and phase of which carry information about the magnitude and direction of the constant / o current (constant component of the primary current).

Втора гармоника выдел етс селективным фильтром 13 и поступает на вход фазового детектора 12, на выходе которого по вл етс посто нное напр жение положительной или отрицательной пол рности в зависимости от направлени посто нной составл ющей первичного тока. Сигнал с выхода фазового детектора через сумматор 16 воздействует на цепочку: АЦП 19. блок 21 коррекции задержки и ЦАП 20 так. что ток нагрузки, протекающий по компенсационной обмотке 8 компенсирует посто нную составл ющую магнитного тока, создаваемую апериодической составл ющей (или посто нной составл ющей) первичного тока в шине 22.The second harmonic is extracted by the selective filter 13 and is fed to the input of the phase detector 12, at the output of which a constant voltage of positive or negative polarity appears depending on the direction of the constant component of the primary current. The signal from the output of the phase detector through the adder 16 affects the chain: ADC 19. delay correction block 21 and D / A converter 20. that the load current flowing through the compensation winding 8 compensates for the constant component of the magnetic current created by the aperiodic component (or constant component) of the primary current in the bus 22.

Таким образом, по компенсационной обмотке 8 и по нагрузке - резистору 18 протекает ток, форма которого в заданном масштабе повтор ет первичный ток. Падение напр жени от этого компенсационного тока на активной нагрузке (резисторе) 18 также будет характеризовать величину и форму измер емого тока.Thus, a current flows through the compensation winding 8 and the load to the resistor 18, the shape of which at a given scale repeats the primary current. The voltage drop from this compensation current at the resistive load (resistor) 18 will also characterize the magnitude and shape of the measured current.

Использование в измерительном преобразователе тока индуктивно-активной нагрузки (последовательное соединение компенсационной обмотки 8 и резистора 18) и ЦАП 20 должно повлечь разное запаздывание при установлении тока разных разр дов на активном сопротивлении (резисторе 18). так как Гзап L/R.The use of an inductive-active load in a current transducer (series connection of a compensation winding 8 and a resistor 18) and a DAC 20 should result in a different delay when the current of different bits is established on the active resistance (resistor 18). since Gzap L / R.

В св зи с тем, что индуктивность L обмотки 8 при каждом цикле цифроаналогового преобразовани гцэимерно посто нна, а величина R дл каждого разр да различна (например, увеличиваетс по двоичному закону от старшего разр да к младшему), наибольшее запаздывание в каждом цикле преобразовани ЦАП будет при установлеНИИ на резисторе 18 тока старшего разр да. С целью получени на резисторе 18 - нагрузке - одновременно суммарного значени токов всех участвующих вDue to the fact that the inductance L of the winding 8 during each cycle of the digital-to-analog conversion is constant and the value of R for each discharge is different (for example, it increases according to binary law from the highest order to the younger one) will be when installed on the high current resistor 18. In order to obtain on the resistor 18 - the load - at the same time the total value of the currents of all participating in

преобразовании разр дов ЦАП, которые соответствуют имеющемус в данный текущий момент времени коду на выходе АЦП 19. ввод тс разной длительности задержки включени каждого разр да ЦАП 20. При этом задержка включени второго (после старшего) разр да максимальна.converting DAC bits, which correspond to the code at the output of the ADC 19 present at a given time, are entered with a different turn on delay time for each bit of the DAC 20. At the same time, the turn on delay of the second (after the oldest) bit is maximum.

Старший разр д включаетс вообще без задержки. Величина задержки включени каждого разр да определ етс из услови , чтобы суммарна задержка установлени тока каждого разр да и задержки включени этого разр да была равна посто нной времени задержки тока старшего разр да (Гзап).The highest bit is switched on without any delay at all. The magnitude of the turn-on delay of each bit is determined from the condition that the total delay in the establishment of the current for each bit and the turn-on delay of this bit is equal to the constant time delay of the high-order current (Gsap).

Величина задержки включени каждого разр да может определ тьс и из более жесткого услови , когда суммарна задержка установлени тока каждого разр да и задержки включени этого разр да была равна (3-4) г старшего разр да.The magnitude of the turn-on delay of each bit can also be determined from a more severe condition, when the total delay in establishing the current of each bit and the turn-on delay of this bit was equal to (3-4) g of the most significant bit.

Выбор того или иного услови определ етс в зависимости от получени высокой точности, либо высокого быстродействи .The choice of one or another condition is determined depending on the obtaining of high accuracy, or high speed.

Изобретение позвол ет существенно повысить достоверность измерени , обеспечива возможность использовани преобразовател в длительном, практически не ограниченном по времени режиме, что позвол ет примен ть его не только дл измерени токов в ограниченных по времени протекани процессах, например дл регистрации режимов короткого замыкани , но и во всех схемах измерени длительных стационарных процессов так же, как и в схемах регулировани и стабилизации.The invention makes it possible to significantly increase the reliability of the measurement, making it possible to use the converter in a long, practically unlimited in time mode, which makes it possible to apply it not only to measure currents in time-limited processes, for example, to register short-circuit modes, but also all measurement schemes for long-term stationary processes, as well as in control and stabilization schemes.

Claims

1. Measuring current transducer containing a current transformer with three magnetic cores. the first one is wound with an induction winding, the first and second magnetic conductors are wound with the first and second modulation windings respectively, all the magnetic conductors are covered by the compensation winding, an alternator whose output is connected to the input of the power amplifier, and the output of the power amplifier is connected to the first modulation terminals windings, the driver of the reference voltage, the input of which is connected to the output of the power amplifier, and the output - to the first input of the phase detector, the second input of which through the selector The first filter is connected to the second input of the first modulation winding and the first output of the first resistor, the second output of which is connected to the common bus, the second output of the second modulation winding is connected via the second resistor to the common bus, the output of the phase detector is connected to the first input of the adder, the second input of which through a parallel-connected induction winding and a third resistor is connected to a common busbar, to which the second output of the compensation winding is also connected via a fourth resistor, characterized in that, in order to increase no measurement accuracy, the device has an analog-to-digital converter, a digital-to-analog converter, a digital-to-analog converter delay correction unit, the analog-to-digital converter input is connected to an output of the adder, the digital-to-analogue converter output is connected to the second output of the compensation winding, the output of the digital-to-digital converter is connected to the second output of the compensation winding, and the output of the digital to analog converter is connected to the second digital output converter, and the output of the analog digital converter is connected to the second output of the compensation winding; with the input of the corresponding bit of the digital-to-analog converter, and the output of the analog-to-digital converter N / A with a D / A converter input through a delay correction block.

2. A current transducer according to claim 1, wherein the delay correction unit of the digital-to-analog converter consists of delay elements, the number of which is equal to the number of bits of the digital-analog converter reduced by one, and the inputs of the corresponding delay elements are the inputs of the block, and the outputs are the corresponding outputs of the block, with the first input of the block corresponding to the high-order bit of the analog-digital converter being short-circuited to the first output of the block corresponding to st rshemu discharge do DAC.

3. Current converter according to claims. 1 and 2, characterized in that the delay element is designed as an integrating circuit, to the output of which is connected either an anode of the diode for the delayed positive polarity signals, or a cathode for the delayed signals of the negative polarity.

h 44 sisiB

, (

-I