Главная >  Измерительный преобразователь тока 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 [ 57 ] 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138

задач: обоснованию и выбору структуры ТТ (структурной оптимизации) и определению параметров ТТ заданной структуры (параметрической оптимизации).

По результатам третьего этапа осуществляется четвертый этап проектирования ТТ - разработка технической документации на создаваемое устройство.

ГЛАВА ПЯТАЯ ТРАНСФОРМАТОРЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА

5-1. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ТРАНСФОРМАТОРА ПОСТОЯННОГО ТОКА

Принцип действия измерительного трансформатора постоянного тока (ТПТ) основан на свойстве обмотки (катушки), нало-,женной на ферромагнитный магнитопровод, изменять свое индук-, тивное сопротивление при изменении магнитной индукции в магнитопроводе. Основными измерительными элементами ТПТ являются (рис. 5-1): 1) два одинаковых магнитопровода Ml и М2\

2) первичная обмотка хю-у, наложенная на оба магнитопровода;

3) две раздельные вторичные обмотки w2 и w, имеющие одинаковое число витков {хю2 = Щ = W2); каждая из этих обмоток охватывает только один магнитопровод.

Первичная обмотка включена в цепь постоянного тока высокого напряжения (в рассечку проводника). По ней проходит ; постоянный измеряемый ток /1, называемый первичным ;.токомтрансформатора.

1 Вторичные обмотки хю2 и xv2 соединяются последовательно и встречно и подключаются к источнику синусоидального напряжения и По вторичным обмоткам ТПТ проходит переменный

ток /а, называемый вторичным током трансформатора (током нагрузки).

Вторичный ток ТПТ выпрямляется посредством выпрямителя, собранного по мостовой схеме. Рабочая нагрузка гп обычно включается в цепь выпрямленного вторичного тока, как это А показано на рис. 5-1. В некоторых случаях, когда например, необходимо включаемую аппаратуру изолировать от вторичной цепи ТПТ или питать ее током, отличным от вторичного тока, , нагрузка может включаться в цепь переменного тока через промежуточный ТТ.

Под действием токов и /g, проходящих по первичной и вто-ричной обмоткам, в магнитопроводах Ml и М2 образуются ма-i гнитные поля: постоянное с параметрами Б= и Я=, создаваемое ;, первичным током 1, и переменное с параметрами и Я, обу-; словленное вторичным током /j. Последнее поле изменяется

L 173





Рис. 5-1. Принципиальная схе- Рис. 5-2. Изменение напряженности магнит-ма ТПТ ного поля в тороидальном магнитопроводе

при наличии постоянной составляющей магнитной индукции и без нее

С круговой частотой ю = 2л/ источника напряжения U Таким

образом, происходит одновременное намагничивание магнитопроводов постоянным и переменным током (режим двойного намагничивания).

Вторичные обмотки W2 и W2 включаются так, что магнитные потоки Ф] и Фг, создаваемые ими в стержнях магнитопроводов Ml и М2, на которые наложена обмотка w, будут противоположны по направлению. Поэтому в первичной обмотке будут индуцирораться две равные, но противоположно направленные э. д. с.

Вторичные обмотки представляют собой переменную индуктивность L = fiaM {и>2 + и>2)/1м, включенную последовательно с нагрузкой в цепь переменного тока напряжением с круговой частотой to; здесь fXg = АВ/АН - абсолютная магнитная проницаемость материала магнитопровода; S, - площадь действительного поперечного сечения магнитопровода; W2 и W2 - число витков вторичной обмотки; 1 - средняя длина силовой линии в магнитопроводе. При неизменных конструктивных параметрах 5м, W2 и индуктивность L и индуктивное сопротивление вторичной обмотки = (oL зависят только от магнитной проницаемости материала магнитопровода. Последняя же определяется кривой намагничивания материала магнитопровода MON (рис. 5-2).

При отсутствии первичного тока вторичный ток 1 с круговой частотой со, проходящий через нагрузку rH (рис. 5-1), будет

l2 = UJV{(oLf-\-r\ 174



в этом случае пределы изменения индукции в магнитопроводе (кривая / на рис. 5-2) находятся в ненасыщенной зоне кривой намагничивания, в которой магнитная проницаемость == ДБ1/АЯ1 имеет большое значение, а индуктивное сопро-

хивление вторичной обмотки х,! = )р.а15 ш2 м велико. Для того чтобы изменение индуктивного сопротивления вторичной обмотки (oL вызывало соответствующее изменение вторичного тока /2, оно должно быть во много раз больше сопротивления нагрузки ган. т. е. coL > гц. Тогда /2 i (toL).

Синусоидальное напряжение Um sin (ot, приложенное к зажимам вторичной нагрузки, при отсутствии первичного тока (/i = 0) и нагрузки (ган = 0) делится пополам между двумя последовательно соединенными обмотками и уравновешивается падением напряжения гз обм*2 в активном сопротивлении этой обмотки гг обм и э. д. с. е, индуцируемой в ней при изменении .магнитного потока, т. е.

= 2 обма - е = г2 обик + SuWi dB/dt.

Если пренебречь активным сопротивлением вторичной обмотки и сопротивлением нагрузки, то действующее значение напряжения, равное э. д. с. Е, будет

i/ = £ = Um~/v2 = 4,44/5лБт... . (5-1)

Магнитная индукция в магнитопроводе, если предположить, что < toL, будет Б = - Um~cos со/дмхмша) + Во, где Во - постоянная интегрирования, равная нулю при отсутствии подмагничивания магнитопровода постоянным магнитным полем, создаваемым током ly, при /1 > О численно равна индукции подмагничивания.

, Амплитуда переменной составляющей магнитной индукции (в теслах) при изменении ее по кривой / (рис. 5-2) равна Бт =

, == иni~/i(0SMW2), а амплитуда напряженности поля Hntl=Brni/\lai.

; Амплитуда тока во вторичной обмотке hmi = Hmiljw2. i При токе /i в первичной обмотке в магнитопроводе возникает постоянное подмагничивающее поле напряженностью Но= и индукцией Бо=. Теперь индукция в магнитопроводе будет суммой индукции Во= постоянного магнитного поля и индукции Вщ cos (ot переменного магнитного поля, т. е. BL = 5о= + -f- cos (at. В этом случае индукция в магнитопроводе будет , изменяться по кривой 2 рис. 5-2, т. е. располагаться в зоне ча-

стичного насыщения магнитопровода. Магнитная проницаемость материала магнитопровода = ABJAH теперь будет суще-

f ственно меньше, чем в ненасыщенной зоне. Следовательно, индук- тивное сопротивление вторичной обмотки существенно умень- шится; что приведет к уменьшению полного сопротивления вторичной цепи и к увеличению тока нагрузки 1. При этом прак-f тически все напряжение источника питания будет приложено к со-



1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 [ 57 ] 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138