Измерительные трансформаторы тока и напряжения. Векторные диаграммы. Характеристики погрешностей.

Тр-р тока предназначен для уменьшения первичного тока до значений, наиболее удобных для измерительных приборов и реле, а также для отделения цепей измерения и защиты от первичных цепей высокого напряженгия.

Тр-р тока имеет замкнутый магнитопровод и две обмотки- первичную и вторичную. Первичная обмотка включается последовательно в цепь измеряемого тока, ко вторичной обмотке присоед-ся измерительные приборы, обтекаемые вторичным током.

Тр-р тока харак-ся номинальным коэф-том трансформации КI = I1НОМ / I2НОМ ,

где I1НОМ и I2НОМ – номинальные значения первичного и вторичного тока соответственно.

Токовая погрешность определ-ся по выражению

DI% = (КII2 – I1 )100/ I1.

Угол d между векторами первичного и вторичного токов составляет угловую погрешность тр-ра тока. Ее считают положительной, если вектор вторичного тока опережает вектор первичного тока. Погрешность тр. тока зависит от его конструктивных особенностей: сечения магнитопровода, магнитной проницаемости материала магнитопровода, средней длины магнитного пути, значения I1w1.

Для определения погрешности тр. тока необходимы следующие данные: КI и n (n= w2 /w1 – отношение чисел витков вторичной и первичной обмоток), сопротивления вторичной обмотки Х2 и R2, сопротивления нагрузки Х и R, характеристика намагничивания стали. Сопротивления, ток и напряжение вторичной цепи должны быть приведены к числу витков вторичной обмотки:

Х¢2 2 /n2 ; R¢2 = R2/n2; X¢=X/n2; R¢ = R/n2; I¢2 = I2n;

2 = U2 /n.

На основании перечисленных данных может быть построена векторная диаграмма.

 

В основу векторной диаграммы положен вектор приведенного вторичного тока I¢2, направленный по вертикальной оси. Векторы I¢2R¢ и jI¢2Х¢ представляют собой падения напряжения от вторичного тока I¢2 в активном и индуктивном сопротивлениях внешней цепи, U¢2- напряжение у зажимов вторичной обмотки. Добавляя к вектору напряжения U¢2 векторы падений напряжения в активном и индуктивном сопротивлениях вторичной обмотки, получаем вектор вторичной ЭДС Е¢2. Последняя наводится магнитным потоком Ф ,сдвинутым по фазе на 90° и образуемым в результате совместного действия МДС первичной обмотки F1= I1w1 и МДС вторичной обмотки F2= I2w2.

Результирующая МДС F0, равная I0w1, может быть представлена как разность F0 = F1- F2 или

I0w1= I1w1- I2w2= I1w1- 2w1, откуда I1= 2+ I0.

Ток намагничивания I0 сдвинут по фазе относительно магнитного потока на угол y, определяемый потерями мощности от вихревых токов и перемагничивания.

Харак-ки погр-тей тр-ра тока

Зависимость погр-тей от первичного тока. Кривые токовой и угловой погр-ти имеют U-образную форму. Наименьшие погр-ти получ-ся при первичном токе, соответствующем максимуму магнитной проницаемости, при индукции (амплитудное значение) 0,6-0,8 Тл. Т.к. индукция, соответствующая номинальному первичному току, меньше этих значений, то наименьшие погр-ти имеют место при первичном токе, превышающем номинальный в несколько раз.

Зависимость погр-й от нагрузки.

Наименьшие погр-ти имеют место при замкнутой накоротко вторичной обмотке (Z=0). При включении приборов нагрузка увелич-ся, что ведет к возрастанию ЭДС и, следовательно индукции и тока намагничив-я. В пределе при размыкании вторичной цепи результирующая МДС становится равной МДС первичной обмотки, т.е. она резко увелич-ся. Магнитная индукция, а вместе с ней и потери мощности в магнитопроводе возрастает по сравнению с их нормальными значеничми.

а- хар-ка токовой пгр-ти б- хар-ка угловой погр-ти

Измерительные тр-ры напряжения

Измерительные тр-р напряжения- трансформатор, предназначенный для преобразования напряжения до значения, удобного для измерения (понижение высокого напряж-я до стандартного значения 100 или 100/Ö3В), и выполненный так, что вторичное напряжение тр-ра, увеличенное в КU раз, соответствует с требуемой точностью первичному напряжению как по модулю, так и по фазе.

Также для отделения цепей измерения и релейной защиты от первичных цепей высокого напряж-я.

Множитель КU – номинальный коэф-т трансформации тр-ра напряж-я. КU = U1НОМ / U2НОМ

Рассеяние магнитного потока и потери в сердечнике приводят к погрешности измерения

DU% = (КUU2 – U1 )100/ U1.

Так же как и для тр-ра тока, вектор вторичного напряжения сдвинут относительно вектора первичного напряж-я не точно на угол 180°. Это определяет угловую погрешность.

В конструкции тр-ров напряжения предусматривается компенсация погрешности по напряжению путем некоторого уменьшения числа витков первичной обмотки, а также компенсация угловой погрешности за счет спец-ных компенсирующих обмоток.

Исходной величиной при построении векторной диаграммы является вектор вторичного напряжения 2, направленный вертикально. Вектор вторичного тока 2 сдвинут относительно вектора напряжения на угол j2. Вектор магнитного потока Ф направлен по горизонтальной оси, если пренебречь угловым сдвигом м/у векторами вторичного напряжения и ЭДС. Вектор намагничивающего тока 0 опережает вектор магнитного потока на угол y. Треугольник АВС определяет падение напряжения в сопротивлении первичной обмотки от намагничивающего тока. Если тр-р не нагружен, конец вектора 1находится в точке С. Треугольник CDE определяет падение напряжения в сопротивлениях первичной и вторичной обмоток от тока нагрузки. Вектор ОЕ представляет собой первичное напряжение нагруженного тр-ра.

 

 

Характеристики погрешностей

При n= КU погрешность в напряжении должна быть отсчитана по вертикальной оси от точки А до точки F-проекции конца вектора U1 на эту ось. Т.к. напряжение U¢2 меньше U1, погрешность отрицательна.

Треугольник СDE соотв-ет номинальной нагрузке тр-ра с cosj=0,8. При нагрузке, меньшей номинальной, стороны треугольника должны быть пропорционально уменьшены; при этом конец вектора U1 переместится по отрезку ЕС вниз. Соответственно уменьшится погрешность.

При коэф-те мощности, отличном от 0,8, треуг-к СDE должен быть повернут вокруг точки С. Соответственно измен-ся погрешности.

Характеристики представляют собой наклонные прямые, проведенные из общей точки, соответствующей погрешности при холостом ходе. Наклон харак-к определ-ся коэф-м мощности нагрузки и углом jК из выражения

tgjК = (Х1 +Х¢2)/( R1 +R¢2)

При коэф-те мощности, равном 1, наклон харак-ки наименьший. Наибольший наклон харак-ки имеет место при j2 = jК (рассматр-ся только индуктивная нагрузка тр-ра).

Харак-ки угловой погр-ти. При холстом ходе угловая погр-ть положительна. При j2 = jК хар-ка погр-ти горизонтальна, т.е. погр-ть не зависит от нагрузки. При j2 < jК хар-ка имеет наклон вниз, при j2>jК- наклон вверх.

погр-ть в напряжении харак-ка угловой погр-ти