Лекция 17,18. Измерения сильных токов на основе магнитных эффектов. Пояс Роговского

Для измерения импульсных токов часто используют воздушные трансформаторы тока называемые поясом Роговского. Первичной цепью этого трансформатора является небольшой прямолинейный участок разрядной цепи, а вторичной обмоткой служит специальная индуктивная катушка с большим числом витков, которые пронизываются магнитным потоком, возникающим под влиянием тока I ₁ (рис. 11). В этой катушке наводится ЭДС , которая при наличии замкнутой вторичной цепи вызовет в ней ток I ₂. Поскольку влиянием вторичной цепи на первичную цепь можно пренебречь (величина мала) можно считать ток в первичной цепи заданным и рассматривать процессы только во вторичной цепи. По второму закону Кирхгофа сумма падений напряжений во вторичной цепи равна сумме ЭДС, наводимой в ней первичным током. В общем случае справедливо соотношение

, (25)

где R ₂ – активное сопротивление вторичной цепи, включая как сопротивление катушки (R _к) так и подключённое к её концам сопротивление нагрузки (R _н); L ₂ – индуктивность катушки вторичной цепи; С ₂ – ёмкость нагрузки. Для правильного воспроизведения на осциллографе, который подключается во вторичную цепь, изменения первичного тока нужно, чтобы напряжение было пропорционально первичному току U ~ I ₁.

Известны, в основном, два режима работы пояса Роговского:

1. режим, близкий к режиму короткого замыкания вторичной цепи (рис. 12);

Рис.12. Пояс Роговского с шунтом тока и его схема замещения

В этом режиме R ₂ = R _Т + R _ш =, где R _Т – сопротивление провода катушки вторичной обмотки, а R _ш – сопротивление шунта.

При таком способе подключения третьим членом в правой части (25) можно пренебречь (добавочной ёмкости к поясу не подключается, а собственная ёмкость витков пояса мала). Для правильной передачи формы первичного тока второй член в правой части должен значительно превышать первый

, (26)

Условием существования данного режима является условие

, (27)

где Т ₁ – длительность фронта импульса, а для периодических колебаний с частотой f – период колебаний, равный 1/ f.

В этом случае напряжение на осциллографе определяется

(28)

2. Режим, близкий к режиму холостого хода (рис.13)

Рис.13. Пояс Роговского с интегрируюшей цепочкой и схемой замещения

В этом режиме R ₂ = R _Т + R _д =, где R _Т – сопротивление провода катушки вторичной обмотки, а R _д – добавочное сопротивление.

В этом режиме должны одновременно выполняться следующие условия

(29)

(30)

В этом случае напряжение на осциллографе определяется

(31)

Расчет индуктивности пояса Роговского производится по формуле

(32)

где d_t – средний диаметр измерительного тора, d_k - диаметр измерительной катушки с проводом, d_pr – диаметр провода катушки.

Коэффициент взаимоиндукции , где F - поток магнитной индукции через пояс: , где В - средняя индукция магнитного поля, создаваемая током I ₁ в измерительной катушке, S - площадь одного витка катушки.

, (33)

где - средний радиус измерительного тора, а углы обозначены на рис.14.

Рис.14. К расчету магнитной индукции проводника с током

Тогда коэффициент взаимоиндукции можно рассчитать по формуле:

. (34)

Дата добавления: 2014-01-07