7.2. Входные преобразователи дискретных сигналов

Преобразователи обеспечивают гальваническую развязку внешних цепей от внутренних цепей устройства. Одновременно, входные преобразователи осуществляют приведение контролируемых сигналов к единому виду и нормированному уровню.

Информация о повреждении подается от трансформаторов тока и напряжения с традиционными уровнями 5А, 1А и 100 В. Такие уровни сигналов обеспечивают необходимую помехозащищенность, но совершенно неприемлемы для обработки в электронных схемах. Использование же датчиков с выходными сигналами, согласованными с требованиями электроники, наталкивается на необходимость либо резко ограничивать длину линий связи, размещая устройства вблизи датчиков информации, либо применять дополнительные меры по их защите от помех, таких как, экранирование, хотя это весьма дорого.

При подключении микропроцессорных устройств к традиционным датчикам тока и напряжения требуется приведение их сигналов к единому виду и диапазону изменения, приемлемому для обработки электронными узлами.

Наиболее часто входные согласующие преобразователи цифровых устройств выполняют на базе обычных электромагнитных трансформаторов с ферромагнитным сердечником.

а) б)

Рис.7.2. Принципиальные схемы:

а) - преобразователя напряжения; б) - преобразователя тока

Измерительные преобразователи переменного напряжения (ИППН) обычно выполняются пассивными в виде однофазных электромагнитных промежуточных трансформаторов напряжения (ПТН). Принципиальная схема такого преобразователя показана на рис. 7.2,а.

ПТН имеет первичную и вторичную обмотки , а также экранированную обмотку , размещенную между ними. Первичная обмотка ПТН рассчитана на непосредственное подключение ко вторичной обмотке трансформатора напряжения (ТН), имеющего стандартное выходное номинальное напряжение, равное В. Номинальное напряжение вторичной обмотки ПТН определяется входным номинальным напряжением используемых аналоговых входов АЦП и имеет порядок единиц вольт. Для плавной подстройки и точной установки номинального значения выходного напряжения ИППН обычно используют делитель напряжения, выполненный в виде переменного резистора R2, подключенного ко вторичной обмотке ПТН. Экранируемая обмотка выполняет функции электростатического экрана, который позволяет существенно снизить паразитную проходную емкость между первичной и вторичной обмотками ПТН, что способствует обеспечению необходимой электромагнитной совместимости.

Применение в качестве магнитопровода ПТН ферритового сердечника по сравнению с магнитопроводом из электротехнической стали позволяет существенно расширить частотный диапазон ИППН, улучшить линейность характеристики преобразования и получить не только достаточно малое, но и стабильное в широком диапазоне изменения контролируемого напряжения переменного тока значение угловой погрешности ИППН.

На рис. 7.3 а приведены характеристики и ИППН, в котором в качестве ПТН применен ферритовый сердечник.

Характеристика сохраняет высокую линейность вплоть до значения кратности контролируемого напряжения переменного тока, равного 1,5. Отключение от линейности обычно не превышает 1,5%.

Как видно из рис. 7.3 а, угловая погрешность на большей части того же диапазона изменения контролируемого напряжения не превышает 1 и почти постоянна во всем диапазоне. Это дает возможность повысить точность регистрации путем учета указанной угловой погрешности (или большей ее части) программными средствами.

Рис.7.3. Характеристики:

а) - преобразователя напряжения; б) - преобразователя тока.

Измерительные преобразователи переменного тока (ИППТ) также обычно выполняются пассивными. ИППТ, принципиальная схема которого изображена на рис. 7.2 б, представляет собой однофазный электромагнитный промежуточный трансформатор тока (ПТТ), имеющий, как ПТН, первичную обмотку , экранирующую обмотку , выполняющую аналогичные функции с экранирующей обмоткой ПТН, и вторичную обмотку , нагруженную на резисторы R2 и , преобразующие протекающий через них ток вторичной обмотки в выходное напряжение ИППТ.

Первичная обмотка ПТТ рассчитана на непосредственное включение в цепь вторичного тока ТТ, имеющего стандартное номинальное значение выходного вторичного тока 1 или 5 А. Переменный резистор , включенный параллельно с резистором R2, предназначен для плавного регулирования и точной установки номинального значения выходного напряжения ИППТ, соответствующего номинальному значению тока в первичной обмотке ПТТ. Номинальное значение выходного напряжения ИППТ имеет порядок десятых долей вольта, а наибольшее значение, соответствующее максимальной кратности контролируемого тока, ограничивается диапазоном входных напряжений аналоговых входов АЦП.

Использование в ПТТ ферритового сердечника позволяет аналогично ИППН расширить частотный диапазон ИППТ, уменьшить отклонение от линейности его характеристики преобразования , а также получить относительно небольшое и достаточно стабильное в широком диапазоне измерения контролируемого переменного тока - значение угловой погрешности ИППТ.

На рис. 7.3 б приведены характеристики и ИППТ, в котором в качестве ПТТ применен ферритовый сердечник. Характеристика имеет достаточную линейность до значений (для ) ПТТ, что соответствует кратности контролируемого первичного переменного тока, превышающей 20, и (для ), что соответствует кратности, превышающей 10. Отклонение от линейности характеристики ИППТ обычно не превышает 1,5%.

Угловая погрешность во всем диапазоне изменения контролируемого переменного тока практически лежит ниже 1 и достаточно мало изменяется, что позволяет большую ее часть, как и в ИППН, учесть программными средствами и за счет этого повысить точность регистрации.