Датчик тока

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявители Государственное научнопроизводственное объединение Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по материаловедению Научно-производственная фирма Диполь - общество с ограниченной ответственностью(72) Авторы Говор Геннадий Антонович Михневич Владимир Владимирович(73) Патентообладатели Государственное научно-производственное объединение Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по материаловедению Научно-производственная фирма Диполь - общество с ограниченной ответственностью(57) 1. Датчик тока, содержащий магнитопровод, намагничивающие обмотки и измерительную систему, отличающийся тем, что магнитопровод выполнен в виде полого цилиндра,на внешней и внутренней поверхностях которого размещены намагничивающие обмотки с равным количеством витков, выполненные из медной ленты, ширина которой равна высоте магнитопровода, причем конец внешней обмотки соединен с концом внутренней обмотки,а измерительная система размещена в центре внутренней полости магнитопровода. 2. Датчик по п. 1, отличающийся тем, что магнитопровод выполнен с соотношением высоты к его диаметру в пределах от 11 до 21. 3. Датчик по п. 1, отличающийся тем, что магнитопровод выполнен из композиционного магнитно-мягкого материала с линейной зависимостью магнитной индукции от напряженности внешнего поля и возможностью работы в частотном диапазоне, превышающем 1 МГц. 11450 1 2008.12.30 Изобретение относится к технике измерения переменных, импульсных и постоянных токов различной величины, в том числе в высокочастотных инверторных источниках питания. Известен датчик тока, представляющий собой кольцевой магнитопровод с измерительной обмоткой, внутри которого проходит силовой провод 1. Применяется указанный датчик тока или токовый трансформатор для измерения импульсных и переменных токов. Недостатком датчиков тока этого типа является невозможность их работы в широком диапазоне частот и использование для измерения только переменных токов. Известен также датчик тока на эффекте Холла, представляющий собой кольцевой замкнутый магнитопровод с зазором, на котором размещается силовая обмотка намагничивания 2. В зазоре магнитопровода размещается датчик Холла. Особенностью параметров магнитопровода является линейная зависимость величины магнитной индукции от напряженности внешнего магнитного поля или от намагничивающего тока. Недостатком датчика тока на эффекте Холла при использовании его в высокочастотных устройствах, в частности в схемах инверторных преобразователей большой мощности, является тот факт, что индукционные помехи от работы высокочастотных ключей и силового трансформатора составляют десятки вольт. В то же время величина полезного сигнала, пропорционального измеряемому току, например, для датчиков Холла, не превышает несколько милливольт. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является датчик тока на основе эффекта Холла, включающий магнитопровод, намагничивающую обмотку в виде силового провода -образной формы, помещенных в магнитный защитный экран 3. Недостатком прототипа является невысокое соотношение сигнал-помеха. Задачей настоящего изобретения явилось создание датчика тока, в котором влияние электромагнитной помехи от работы ключевых элементов и высокочастотного трансформатора минимально, обеспечивающее повышение точности измерения тока за счет улучшения соотношения сигнал-помеха. Поставленная задача в предложенном датчике тока, содержащем магнитопровод, намагничивающие обмотки и измерительную систему решена тем, что магнитопровод выполнен в виде полого цилиндра, на внешней и внутренней поверхностях которого размещены намагничивающие обмотки с равным количеством витков, выполненные из медной ленты, ширина которой равна высоте магнитопровода, причем конец внешней обмотки соединен с концом внутренней обмотки, а измерительная система размещена в центре внутренней полости магнитопровода. Магнитопровод выполнен с соотношением высоты к его диаметру в пределах от 11 до 21. Магнитопровод выполнен из композиционного магнитно-мягкого материала с линейной зависимостью магнитной индукции от напряженности внешнего поля и возможностью работы в частотном диапазоне, превышающем 1 МГц. Для расширения частотного диапазона измерений цилиндрический магнитопровод изготовлен из композиционного магнитно-мягкого материала, частотный диапазон которого превышает 1 МГц при индукции насыщения свыше Вм 1 Тл. Настоящее изобретение проиллюстрировано следующими рисунками. Фиг. 1. Схематическое изображение датчика тока. Фиг. 2. Зависимость величины выходного напряжения датчика от внешнего тока. 2 11450 1 2008.12.30 Предложенный датчик тока состоит из магнитопровода, внешней и внутренней обмоток намагничивания и измерительной системы. На фиг. 1 приведено схематическое изображение предложенного датчика тока. На цилиндрическом магнитопроводе 1 размещены внешняя 2 и внутренняя 3 намагничивающая обмотки. Измерительная система 4 - датчик Холла или измерительная обмотка, размещены в центральной части внутренней полости цилиндрического магнитопровода. Внешняя 2 и внутренняя 3 намагничивающие обмотки соединены встречно - конец внешней обмотки соединен с концом внутренней обмотки. Работу предложенного датчика тока можно представить следующим образом. При протекании измеряемого тока по внешней и внутренней намагничивающим обмоткам,происходит намагничивание прилегающих областей магнитопровода, так как это показано на фиг. 1. При этом вследствие встречного включения внешней и внутренней обмоток намагничивания влияние электромагнитной помехи от работы инвертора взаимно компенсируется. В результате магнитный поток в магнитопроводе определяется только намагничивающим током. Магнитный поток магнитопровода практически полностью замыкается через внутреннюю полость магнитопровода - наименьшая длина силовой линии. При этом в измерительной системе индуцируется сигнал, пропорциональный величине магнитного потока и, следовательно, величине внешнего намагничивающего тока. При выполнении намагничивающих обмоток из медной ленты, ширина которой равна высоте цилиндрического магнитопровода, происходит перераспределение намагничивающего тока по высоте ленты с созданием однородного магнитного поля во всем объеме внутренней полости. В последнем случае показания измерительной системы не зависят от ее положения во внутренней полости магнитопровода. Для компенсации влияния электромагнитных помех, создаваемых работой ключевых элементов и высокочастотного трансформатора, число витков во внешней и внутренней намагничивающих обмотках должно быть одинаковым. Пример. Опытный образец предложенного датчика тока для измерения и поддержания заданного значения тока изготовлен для инверторного преобразователя с тактовой частотой 80 кГц и мощностью 1,5 кВт. В качестве материала магнитопровода использован магнитно-мягкий композиционный материал с частотным диапазоном выше 100 кГц и индукцией насыщения 2 Тл. Размеры магнитопровода внешний диаметр 15 мм, внутренний диаметр 8 мм и высота 15 мм. На внутреннем и внешнем диаметрах размещены намагничивающие обмотки по 3 витка медной ленты шириной 15 мм. Во внутренней полости магнитопровода размещена измерительная система. После обработки величина постоянного напряжения, пропорционального измеряемому току, подается на схему сравнения для стабилизации тока нагрузки. На фиг. 2 приведен график зависимости величины выходного напряжения датчика от внешнего измеряемого тока. Приведенная зависимость имеет линейный характер. При этом соотношение сигнал - помеха практически не зависит от величины измеряемого тока и лежит в пределах от 501 до 1001. Источники информации 1. Патент 2006093724, МПК 01 15/18, 2006. 2. Патент 200615426, МПК 01 15/20, 2006. 3. Патент 2006112813, МПК 01 15/20, 0115/14 2006. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4