УМК - ЭЛЕКТРОМЕХАНИКА / Лекции / Трансформаторы / Лк ЭМ - 13

5

Лекция 12	Измерительные трансформаторы
12.1.	Трансформаторы тока

Трансформаторы тока предназначены для косвенных измерений больших токов в электрических цепях и выполняют две основные функции: преобразуют ток до значений, позволяющих использовать стандартные амперметры до 5 А, и обеспечивают гальваническую развязку цепей высокого напряжения с измерительными приборами с целью безопасности.

Особенность трансформаторов тока заключается в том, что их первичная обмотка включается в измеряемую цепь последовательно. Она рассчитывается на протекание больших токов, имеет относительно малое количество витков и малое сопротивление. Падение напряжении я на ней должно быть минимальным. Вторичная обмотка имеет относительно большое количество витков, а нагрузкой ее является измерительный прибор (амперметр), с сопротивлением Z_А. Фактически трансформаторы тока измеряют вторичный ток, приведенное значение которого определяется из уравнения равновесия м.д.с.:

.

Согласно Т-образной схеме замещения токи I’₂ и I₀ определяются отношением ЭДС к сопротивлениям соответствующих ветвей:

; , (12.1)

но приведенная ЭДС вторичной обмотки равна ЭДС первичной обмотки: , поэтому ток намагничивания определяет погрешность измерения, которую можно оценить отношением сопротивлений:

; (12.2)

где − приведенное сопротивление амперметра.

С учетом выражений (1) и (2) приведенное значение измеряемого тока составляет:

; ;

.

Из последнего выражения следует, что погрешность измерений будет тем меньше, чем больше сопротивление ветви намагничивания по сравнению с суммой сопротивлений вторичной обмотки и измерительного прибора.

Поскольку все составляющие этого уравнения представляют собой комплексные величины, различают токовую и угловую погрешности, относительное значение которых уменьшается при увеличении тока нагрузки. Относительное значение токовой погрешности составляет:

Из векторной диаграммы следует, что действительное значение модуля приведенного вторичного тока всегда несколько меньше модуля первичного тока. Одним из способов уменьшения токовой погрешности является коррекция витков вторичной обмотки. Уменьшение W₂ позволяет уменьшить коэффициент трансформации и, соответственно, увеличить значение измеряемой величины.

По точности измерений ТТИ подразделяются на пять классов:

0,2 - δI = 0,2%, γ =10 мин.

0,5 -δI = 0,5%, γ =30 мин.

1 - δI = 1,0, γ =60 мин.

3 - δI = 3,0%, не нормируется

10 - δI = 10,0% не нормируется.

Для уменьшения тока холостого хода сердечники ТТ изготавливают из высококачественной стали с малым значением индукции (В = 0,06 – 0,1 Тл).

Режим холостого хода для ТТ недопустим, поскольку при этом происходит насыщение сердечника и резкое увеличение вторичного напряжения, опасное для обслуживающего персонала. При отсутствии нагрузки их вторичные обмотки должны быть замкнуты накоротко.

1.2. Трансформаторы напряжения

Предназначены для измерения больших напряжений, и должны иметь надежную изоляцию между первичными и вторичными обмотками. Работают ТН практически в режиме холостого хода, и фактически измеряют вторичное, а не первичное напряжение. На основании Г-образной схемы замещения (рис. 2) имеем:

; ,

откуда получаем:

Погрешность измерений тем меньше, чем больше сопротивление нагрузки (вольтметра) по сравнению с сопротивлением короткого замыкания.

Как и в ТТ имеет место погрешность измерения модулей напряжения и угловая погрешность. Относительная погрешность модулей составляет:

и может быть уменьшена путем соответствующей коррекции витков первичной обмотки.

Рис. 3. Векторная диаграмма ТН

ТН выполняют таким образом, чтобы сопротивление короткого замыкания и ток холостого ходя имели минимальные значения. Сердечник в рабочем режиме не должен насыщаться, (В= 0,6 – 0,8 Тл). Классы точности ТН:

0,2 - δI = 0,2%, γ =±10 мин.

0,5 -δI = 0,5%, γ =±20 мин.

1 - δI = 1,0, γ =±60 мин.

3 - δI = 3,0%, не нормируется