Главная
>
Измерительный преобразователь тока 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-
|