Теоретичні відомості з теми: Визначення похибки вимірювального трансформатора струму

Трансформатор струму працює в режимі, близькому до короткого замикання, оскільки в його вторинну обмотку включаються прилади з малим опором. Повний сумарний опір Z—R +jX приладів і проводів, що підводять, є навантаженням трансформатора струму.

На мал. 3.7 приведена векторна діаграма трансформатора струму, побудову якої починають з вектора I₂w₂ — магніторушійної сили (МДС) вторинної обмотки. Вектор напруги U2 отримують як суму векторів напруги I₂R і I₂Х на активному R і реактивному X опорах навантаження прн струмі l₂ у вторинному ланцюзі трансформатора.

Електрорушійна сила Е₂ наводиться у вторинній обмотці потоком Ф0 в магнітопроводі, отримана в результаті складання вектора U2 з векторами I₂R₂ і I₂Х₂ напруги на активному R₂ опорі вторинної обмотки і його реактивному опорі Х₂, обумовленому потоком розсіяння.

Вище наголошувалося, що вектор МДС I ₂w₂ зрушать по фазі относительно вектора МДС I₁w₁ майже на 180°, тобто МДС I₂w₂ надає що розмагнічує дія. Внаслідок цього магнітний пострум Ф0 в магнітопроводі створюється результуючою МДС I₀w₁ званою повною МДС трансформатора.

Під струмом холостого ходу розуміють струм первинної обмотки, який при розімкненій вторинній обмотці створює в магнітопроводі номінальний для даного режиму магнітний потік.

Магніторушійна сила I₀w₁ складається з реактивной составляющей I₀w₁ безпосередньо, що створює потік Ф₀ і співпадаючою з ним по фазі, і активною

складовій I_aw₁ що випереджає Ф₀ на 90° і визначуваною втратами на гістерезис і вихрові струми в магнітопроводі.

Мал. 3.7. Векторна діаграма трансформатора струму.

Мал. 3.8. Криві погрішностей трансформатора струму при разных cos ф2.

Мал. 3.9. Вимірювальні кліщі.

Для зменшення втрат на вихрові струми листи ізолюються один від одного. Найчастіше застосовуються магнітопроводи стрижньового і круглого (кільця) типів.

Для зменшення (компенсації) погрішностей в трансформаторах струму використовують штучне подмагничивание магнітопровода додатковими полями до значення, при якому матеріал магнітопровода має найбільшу магнітну проникність. Це приводить до відносного зменшення струму /0, що намагнічує.

Практично компенсація подмагничиванием здійснюється вторинним струмом при проходженні його по додаткових обмоткам або подмагничиванием за рахунок потоків розсіяння. Такі трансформатори називаються компенсованими. У установках з великими струмами короткого замикання при недостатньо надійній конструкції трансформатора можливі його механічні і термічні пошкодження. Механічні пошкодження виходять унаслідок електродинамічної взаємодії провідників із струмами.

Електродинамічною стійкістю трансформатора струму називають відношення амплітуди струму, яку він може витримати без зміни своїх механічних і електричних властивостей протягом одного напівперіоду, до амплітуди номінального струму трансформатор

Термічною стійкістю трансформатора струму називається відношення значення струму, який трансформатор може витримувати в, що діє (среднеквадратического)

Мал. 3.10. Трансформатор струму типу УТТ-5М. і — схема; б — внешккй вигляд.

На мал. 3.15 приведена крива намагнічення магнітопроводів Ф=f(Iw) t де Ф — магнітний потік. На цією кривою крапкою А обо значено значення потоку Ф_, відповідного МДС I_хw₁, обумовленою вимірюваним струмом I_x.

Мал. 3.15. Крива намагнічення магнітопроводів трансформатора постійного струму.

Мал. 3.16. Характер кривої змінення струму у вторинних обмотках трансформатора попосто янного струму.

Вимірюваний струм I_Xt протікаючи по первинній обмотці, створює в обох магнітопроводах однаково направлені і рівні магнітні потоки Ф_. Хай в даний момент часу змінний струм I₂, що протікає по обмоткам w₂y має такий напрям, що потік Ф в магнітопроводі I, створений МДС I₂w₂ співпадає по напряму з потоком Ф_, тоді в магнітопроводі 11 цих потоків будуть направлені в протилежні сторони, оскільки обмотки w₂ включені зустрічно.

Не дивлячись на те що в магнітопроводі I МДС вимірюваного струму l_xw і змінного струму I₂w₂ співпадають, практичного збільшення магнітного потоку в магнітопроводі не відбувається, оскільки магни-топровод вже був насичений постійним магнітним потоком Ф-, при цьому ЕДС, що наводиться у вторинній обмотці першого магнитопрово-да, рівна:

Інший процес матиме місце в обмотці w₂ другого магнито-провода. При зростанні струму I₂ в обмотці робоча крапка А переміщається по кривій намагнічення вліво. Поки магнітопровід залишається насиченим (приблизно до крапки В), збільшення струму не викликає помітної зміни магнітного потоку. Проте як тільки крапка А переміститься в область Ову тобто МДС I₂w₂ стане близькою до МДС I_xw_u магнітний потік в магнітопроводі почне різко зменшуватися, і в обмотці w₂ з'явиться ЕДС, протидіюча подальшому збільшенню струму I₂. В результаті зростання струму I₂ майже повністю припиняється (мал. 3.16), а його максимальне значення може бути визначене з рівняння

или (3.4)

Так как сердечник I насыщен, то его обмотка w₂ на ток I₂ практически не влияет.

В течение следующего полупериода, когда переменный ток, а следовательно, и наведенные им потоки Ф~ изменят свое направление, магнитопроводы I и II поменяются ролями.

Отметим, что если форма кривой намагничивания близка к идеальной прямоугольной (кривая ОтА на рис. 3.15), активное сопротивление цепи переменного тока мало, а переменное напряжение достаточно велико, то форма кривой тока I₂ очень близка к прямоугольной и максимальное его значение согласно (3.4) почти не зависит от напряжения и частоты источника питания. При прямоугольной форме кривой тока I₂ его среднее значение равно максимуму. Среднее значение тока измеряют амперметром выпрямительной системы.

Отечественной промышленностью выпускаются трансформаторы постоянного тока типа И-58М на номинальные первичные токи от 15 до 70 к А. Они имеют класс точности 0,5.

Практичне заняття № 4

Тема: Визначення похибки вимірювального трансформатора струму .

Мета: Визначити коефіцієнт трансформації вимірювального трансформатора стру­му в залежності від режимів його роботи .Розрахувати похибки в ко­ефіцієнтах трансформації і побудувати графіки залежності похибок від рєжима роботи первинного ланцюга трансформатора.

Прилади та обладнання :

1 Повіряємий вимірювальний трансформатор струму .

2. Потужній знижуючий трансформатор.

3. Амперметр з зразковим вимірювальним трансформатором струму .

4. Амперметр для вимірювання сили струму у вторинному ланцюгу.

5. Автотрансформатор лабораторний ЛАТР-2М.

б. Реостат дротовий.

7. 3єднадьні провідники.

Схема вимірювань

1.Підготовка до виконання випробувань.

1.1.Ознайомитись з схемою вимірювань і приладами.

1.2.Ознайомитися з шкалою кожного приладу і визначити ціну позначкишкали.

1.3.Зібрати схему, занести основні технічні дані приладів в табл. 1

Таблиця 1

№ п/п	Найменування приладу	Система приладу	Тип приладу	Вид вимірювальним велич.	Межа вимірювання		Ціна ділення		Клас точності
	Тр-тор стр.		Тк-20	А	50\5
	---------		Тк-20	А		20\5
	Амперметр	Ел. маг.	Э365-1	А		0,2		2		1,5
	Амперметр	Ел.маг.	Э378	А		0,02		2		1,5

2.Виконання випробувань.

2.1 Поставити вказівник ЛАТРа на нульову позначку, а повзункового реостата в середнє положення.

2.2 Подати струм на схему.

2.3 3більшуя за допомогою ЛАТРа напругу, встановити силу струму I₁ рівну 50% від номінального у первинному ланцюгу.

2.4.Дотримуя постійної сили струму I₁. вимірюємо силу струму I₂ у вторинному ланцюгу при опорі Z₂ рівних: 0,15;0,2;0,3;0,4;Ом.

2.5 Результати вимірювань записати в табл.2.

2.6 3 результатів вимірювань розрахувати величину дійсного коефіцієнтутрансформації K₁ і відносну похибку для кожного випробування.

2.7 3 результатів вимірювань і розрахунків побудувати графік:

2.8 3 результатів роботи зробити висновок о здатності вимірювального трансформатора.

Таблиця 2

Спост.	Вимірювальні величин					Розрахункові величини						Примітки
1	15	2,51	0.15		5,976			6		0,40
2	15	2,506		0.2			5,985		6	0,25
3	15	2.504		0.3			5,990		6	0,16
4	15	2,503		0.4			5,992		6	0,13
5	20	3,31		0,15			6,042		6	-0,69
6	20	3,306		0,2			6,049		6	-0,81
7	20	3,304		0,3			6,053		6	-0,87
8	20	3,303		0,4			6,055		6	-0,90
9	25	4,16		0.15			6,009		6	-0,14
10	25	4,156		0,2			6,015		6	-0,24
11	25	4,154		0,3			6,018		6	-0,29
12	25	4,153		0,4			6,019		6	-0,31

Висновки: На цій лаб. роботі я визначив коефіцієнт трансформації вимірювального трансформатора струму.