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 К_I = I_1НОМ / I_2НОМ ,

где I_1НОМ и I_2НОМ – номинальные значения первичного и вторичного тока соответственно.

Токовая погрешность определ-ся по выражению

DI% = (К_II₂ – 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: К_I 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 =Х₂ /n² ; R¢₂ = R₂/n²; X¢=X/n²; R¢ = R/n²; I¢₂ = I₂n;

U¢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- I¢₂w₁, откуда I₁= I¢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 К_U 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 К_U – номинальный коэф-т трансформации тр-ра напряж-я. К_U = U_1НОМ / U_2НОМ

Рассеяние магнитного потока и потери в сердечнике приводят к погрешности измерения

DU% = (К_UU₂ – 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 U¢₂, направленный вертикально. Вектор вторичного тока I¢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 I¢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 U¢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= К_U 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 j_К из выражения

tgj_К = (Х₁ +Х¢₂)/( R₁ +R¢₂)

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

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

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