Активний перетворювач струму в напругу

Активний перетворювач струму в напругу, що містить трансформатор струму, операційний під 3 67375 технічні та споживчі характеристики активного перетворювача струму в напругу. Для рішення поставленої задачі в активному перетворювачі струму в напругу, що містить трансформатор струму, операційний підсилювач (ОП), шунтовий резистор та дільник напруги з двох послідовно з'єднаних резисторів, відповідно до корисної моделі, вторинна обмотка трансформатора струму включена між виходом та неінвертуючим входом ОП, вихід ОП заземлено через дільник напруги, середня точка якого підключена до інвертуючого входу ОП, крім того, неінвертуючий вхід ОП заземлено через шунтовий резистор, падіння напруги на якому є вихідним сигналом схеми. Суть корисної моделі пояснюється кресленнями, де на фіг.1 представлено блок-схему активного перетворювача струму в напругу, на фіг.2 - електричну схему, на фіг.3 - схему заміщення, на фіг.4 - схему прототипу. Активний перетворювач струму в напругу містить трансформатор струму 1 (Т1, фіг.2), вторинний струм якого проходить через шунтовий резистор 2 ( RS , фіг.2), операційний підсилювач 3 (DA1, фіг.2), на неінвертуючий вхід якого подається напруга з шунтового резистора, а інвертуючий вхід з'єднано з виходом через дільник напруги негативного зворотного зв'язку 4 ( RF, RG , фіг.2). Схема являє собою трансформатор струму, навантажений на негативний активний опір. Для пояснення роботи пристрою перейдемо до схеми заміщення (фіг.3). Пристрій працює в такий спосіб. Вторинний струм трансформатора струму I2 проходить через шунтовий резистор RS . При цьому напруга в точці (b) буде дорівнювати: (1) Ub  I2  RS , Оскільки ОП обхвачений негативним зворотним зв'язком, то напруга в точці (с) буде дорівнювати Ub : (2) Uc  Ub , Напруга на виході ОП (Ua ) визначиться через співвідношення RF, RG : Ua  Uc  1  RF / RG  , (3) 4 Вхідний опір схеми відносно точок (а, b) буде дорівнювати: (4) Rвх  Ua  Ub / I2 , Підставивши (1), (3) в (4), отримаємо Rвх  Ub  1  RF / RG   Ub / I2  RS  RF / RG ,(5) Таким чином, схема має негативний вхідний опір. Для забезпечення стійкості схеми необхідне виконання умови (6) R2  RS  RF / RG , де R 2 - активний опір вторинної обмотки трансформатора. Тобто залишковий опір навантаження приведеного джерела струму I1 має зали шатись позитивним. В протилежному випадку схема перетворюється на тригер Шмітта та втрачає лінійність. Навантаження трансформатора струму негативним опором дозволяє зменшити напругу Um на індуктивності вторинної обмотки Lm , яка (напруга) безпосередньо зв'язана з амплітудою магнітного потоку та вносить погрішність вимірювання. Вихідний сигнал схеми - напруга на шунтовому резисторі RS - визначається (1) та не залежить від опору резисторів RF, RG . Таким чином, RF та RG не впливають на погрішність вимірювання. Приклад застосування способу. Для перевірки запропонованого способу підвищення точності активного перетворювача струму в напругу було проведено порівняння точності роботи схем фіг.2 та фіг.4 (прототип) при зміні резисторів, що входять до їх складу. Обидві схеми перевірялися з трансформатором струму TZ75L з коефіцієнтом трансформації 1:2500 та опором вторинної обмотки 125 Ом. Параметри схеми фіг.4: R1=11 кОм, R2=10 Ом, R3=1 кОм. Параметри схеми фіг.2: RS =10 Ом, RF =11 кОм, RG =1 кОм. ОП DA1 в обох схемах типу LM358N. Досліджувалась чутливість схем до зміни резисторів, що входять до складу КНО. Результати для схеми фіг.4 приведено в таблиці 1, для схеми фіг.2 - в таблиці 2. Вимірювання проводились при первинному струмі 25 А. Таблиця 1 Компонент, що змінювався R1 R2 R3 Величина зміни +10 % -10 % +10 % -10 % +10 % -10 % Похибка вимірювання +9,17 % -9,17 % +10,0 % -10,0 % -8,31 % +10,18 % 5 67375 6 Таблиця 2 Компонент, що змінювався RS RF RG Величина зміни +10 % -10 % +10 % -10 % +10 % -10 % Із аналізу таблиць видно, що запропонована схема активного перетворювача електричного струму в напругу є малочутливою до параметрів Похибка вимірювання +10,0 % -10,0 % +0,05 % -0,04 % -0,08 % +0,06 % елементів схеми, що, в свою чергу, дозволяє підвищити точність вимірювання струму, спростити налагоджування схеми та її ремонт. 7 67375 8 Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601