УЭ 3.1-6 Измерительные трансформаторы

Измерительные трансформаторы применяются:

для расширения пределов измерения (по току и напряже­нию) измерительных механизмов и приборов при работе на пере­менном токе;

в случае проведения измерений в цепях высокого напряже­ния — для электрической изоляции измерительной аппаратуры от высокого напряжения, что, в частности, обязательно с точки зрения безопасности обслуживания приборов. В зависимости от назначения измерительные трансформаторы выполняются в ка­честве трансформаторов тока и трансформаторов напряжения.

Измерительные трансформаторы, как и силовые трансформа­торы, представляют собой замкнутый сердечник из листовой элек­тротехнической стали (или из специальных сплавов) с двумя об­мотками: первичной и вторичной.

На рис. 4.8 показана схема включения измерительных транс­форматоров тока и напряжения в цепь переменного тока.

Рис. 3.8. Схема включения измери­тельных трансформаторов тока и напряжения в цепях переменного тока

На схе­ме X— А — зажимы обмотки трансформатора напряжения, под­ключенные к сети; х — а — зажимы обмотки трансформатора на­пряжения, подключенные к вольтметру; Л₁—Л₂ — зажимы транс­форматора тока, подключенные в цепь измерения; И₁ —И₂ — за­жимы трансформатора тока, подключенные к амперметру; Z — нагрузка в измеряемой цепи; U_и — измеряемое напряжение; I_и — измеряемый ток.

Согласно ГОСТу номинальное значение вторичного тока для всех трансформаторов тока равно 5 А, а номинальное значение вторичного напряжения для всех трансформаторов напряжения составляет 100 В. Это значит, что; амперметры, работающие с из! мерительными трансформатора­ми тока, выполняются только на 5 А. Однако эти амперметры мо­гут градуироваться на значение измеряемого тока I₁, в первич­ной цепи, с учетом номиналь­ного коэффициента трансфор­мации К_та:

Таким образом, для измере­ния переменного тока, номи­нальное значение которого рав­но, например, 1000 А, приме­няется трансформатор тока с номинальным коэффициентом транс­формации, равным K _тu = 1000/5 = 200, и все цифровые отметки амперметра на 5 А умножаются на К _тu = 200, а на шкале прибора ставится обозначение: «С трансформатором тока — 1000/5».

Аналогично для измерительного трансформатора напряжения номинальный коэффициент трансформации

Конструкции измеритель­ных трансформаторов тока весь­ма разнообразны. В качестве примера на рис. 3.9 показана схема устройства трансформа­тора тока.

Рис. 3.9. Устройство трансформато­ра тока

Этот трансформатор состоит из кольцевого сердеч­ника, выполненного из пермал­лоя, секционированной пер­вичной обмотки (зажим Л₁ и зажимы, обозначенные 15 А и 50 А) и вторичной обмотки (за­жимы И₁ и И₂).

Другим примером является трансформатор тока с разъем­ным сердечником, позволяю­щий измерять ток без разрыва цепи.

Первичной обмоткой транс­форматора является сам про­вод, по которому протекает из­меряемый ток. Амперметр (на 5 А) встроен в корпус трансформатора. Вторичная обмотка транс­форматора секционирована, что позволяет иметь несколько пределов измерения. Погрешность коэффициента трансформации по­добного трансформатора — порядка 2%.

УЭ 3.1-7 Измерительные трансформаторы напряжения. В них вторичный ток определяется потреблением тока вольтметром (или параллель­ными обмотками ваттметра, счетчика и т.д.), обычно не превы­шающим 20... 30 мА. Поэтому трансформатор напряжения работа­ет в условиях, близких к режиму холостого хода.

Значение допустимой мощности приборов (в вольт-амперах), подключаемых ко вторичной обмотке, всегда обозначено на щитке трансформатора. Поэтому прежде чем подключить несколько при­боров к трансформатору напряжения необходимо проверить, не будет ли мощность всех параллельно включенных приборов

или

больше, чем допустимая мощность для данного трансформатора. И формуле под I₂ понимается сумма токов всех приборов, вклю­ченных во вторичную обмотку трансформатора напряжения; U₂ — измеряемое напряжение; R₂ — сумма сопротивлений, включен­ных во вторичную обмотку.

УЭ 3.1-8 Разделительные и согласующие трансформаторы.

Разделительные трансформаторы применяются для устранения токов утечек от источника питания переменного тока через эле­менты измерительной цепи прибора. Эти токи утечки могут ока­заться сравнимыми с измеряемыми токами. Поэтому измеритель­ную цепь в подобных случаях подключают к источнику питания через разделительный трансформатор, изолирующий измеритель­ную цепь от источника питания. Особенно необходимо примене­ние разделительных трансформаторов при питании прибора от силовой сети, так как такие сети, как правило, либо заземлены, либо имеют плохую изоляцию относительно земли.

При измерениях на переменном токе необходимо считаться не только с утечками тока через плохую изоляцию на землю, но и с утечками тока через емкостные связи между отдельными элемен­тами измерительной цепи и прибора в целом. В частности, подоб­ная емкость существует и между обмотками разделительного транс­форматора.

Для того чтобы гальванические и емкостные связи между об­мотками были возможно меньше, обмотки в разделительных транс­форматорах тщательно изолируются друг от друга и разделяются металлическим экраном.

Коэффициент трансформации разделительных трансформаторов чаще всего равен единице. Лишь в тех случаях, когда такой трансформатор также выполняет функции согласующего транс­форматора, его коэффициент трансформации выбирается отличным от единицы.

Согласующие трансформаторы обеспечивают передачу мощно­сти от одного звена прибора к другому с наименьшими потерями мощности, т.е. с наибольшим коэффициентом полезного действия.

В теоретических основах электротехники доказывается, что наи­большая мощность, получаемая нагрузкой, имеет место при равенстве внутреннего сопротивления источника питания и сопротивления нагрузки. В приборах со сложной структурой, т.е. с большим числом различных преобразователей между измеряемой величиной и отсчетным устройством, это положение можно распространить на связь между двумя любыми соседними преобразователями, ибо всегда эквивалентную схему прибора можно изобразить таким образом, чтобы один преобразователь отображал источник питания, а следующий за ним преобразователь — нагрузку.

Однако далеко не всегда можно так выбрать и рассчитать пара­метры отдельных преобразователей, чтобы они имели одинаковое сопротивление. В подобных случаях и применяются согласующие трансформаторы. Если, например, передача мощности поступает от высокоомного преобразователя к низкоомному, то между ними следует включить понижающий трансформатор, первичная обмотка которого по сопротивлению согласуется с сопротивлением высокоомного преобразователя, а вторичная обмотка (с малым числом витков) — с низкоомным преобразователем.

Потеря мощности при использовании согласующих трансфор­маторов определяется только коэффициентом полезного действия самого трансформатора. Следует отметить, что небольшие транс­форматоры, применяемые в качестве согласующих, обычно имеют коэффициент полезного действия в пределах 70... 75 %. Однако без согласующего трансформатора потеря мощности была бы зна­чительно больше.

Дата добавления: 2014-01-20