Вимірювальні трансформатори

Вимірювальними називають трансформатори, призначені для масштабного перетворення із заданою точністю електричного струму чи напруги.

Вимірювальні трансформатори складаються з двох ізольованих одна від іншої обмоток: первинної з кількістю витків ω₁ та вторинної – ω_2, що розташовані на феромагнітному осерді (рис. 2). За схемами включення та умовам роботи трансформатори струму та напруги відрізняються. Первинну обмотку трансформаторів струму включають у вимірювальний ланцюг послідовно, а трансформаторів напруги – паралельно. Вимірювальні прилади підключають до вторинної обмотки.

Вимірювальні трансформатори струму. Основними технічними та метрологічними характеристиками вимірювальних трансформаторів струму є номінальний первинний струм І_1ном, номінальний вторинний струм І_2ном, номінальний коефіцієнт трансформації К_1ном = І_1ном/І_2ном, клас точності. У трансформаторах струму, як правило, первинний струм І_1ном більше вторинного І_2ном, тому ω₁ < ω₂.

Трансформатор струму працює в режимі близькому до короткого замикання, тому що в його вторинну обмотку підключаються прилади з малим опором.

Рисунок 4.11. Схема підключення вимірювальних трансформаторів струму (а) та напруги (б)

Залежно від призначення вимірювальні трансформатори струму бувають стаціонарними та переносними (лабораторними). Переносні лабораторні трансформатори здебільшого багатограничні.

Основні метрологічні характеристики вимірювальних трансформаторів струму нормуються міждержавним стандартом ГОСТ 23624-89, згідно з яким лабораторні трансформатори можуть мати клас точності від 0,01 до 0,2, а стаціонарні – від 0,2 до 10. Граничні значення похибок коефіцієнта трансформації вимірювальних трансформаторів нормуються за формулою:

.

Показник класу точності – с – вказує на гранично можливе відхилення (у відсотках) дійсного коефіцієнта трансформації від номінального при номінальному значенні первинного струму. Стандарт нормує також член d і кутові похибки.

Номінальне значення первинних струмів вимірювальних трансформаторів струму здебільшого знаходяться в границях від 0,2 до 3000 А, а вторинний номінальний струм – 5 А.

Вимірювальні трансформатори напруги. Конструктивно аналогічні до вимірювальних трансформаторів струму, але вони працюють в режимі неробочого ходу, оскільки до їх вторинних обмоток під'єднуються засоби вимірювальної техніки з порівняно великим електричним опором (вольтметри, кола напруги вольтметрів, лічильників електричної енергії, фазометрів).

Вимірювальні трансформатори напруги бувають також стаціонарними або лабораторними. Лабораторні трансформатори бувають класів точності 0,1; 0,2 та 0,5. номінальні значення первинних напруг для однофазних трансформаторів: від 220 В до 35 кВ, номінальні вторинні напруги – 150, 100, 100/√3В, номінальна частота 50 Гц.

Вимірювальні трансформатори (трансформаторні перетворювачі) постійного току та напруги. Знайшли застосування при вимірюванні струмів та напруг у високовольтних установках передачі енергії постійним током, а також у тих випадках, коли використання шунтів неможливо або недоцільно, наприклад при вимірюванні дуже великих постійних токів – 10000 А.

Принцип дії вимірювальних трансформаторів постійного струму та напруги значно відрізняється від принципу дії трансформаторів змінного струму та напруги, але виконують ту ж задачу. Схема перетворювача наведена на рис. 4.12.

На два ідентичні осердя із феромагнітного матеріалу намотані первинні і вторинні обмотки, кількість яких дорівнює ω₁ і ω₂. Через первинні обмотки, намотані на обидвох осердях в однакових напрямках і з’єднаних послідовно, протікає вимірювальний постійний струм. Вторинні обмотки також з’єднані послідовно, але намотані в протилежних напрямках, живляться від джерела змінної напруги. Завдяки такому виконанню і способу з'єднання первинних і вторинних обмоток намагнічу вальні ампервитки і₁ω₁ та і₂ω₂ протягом одного півперіода напруги U в в одному з осердь будуть збігатися за напрямом, а їх значення будуть додаватись, а в іншому – протилежні за напрямом і відніматись. У наступний півперіод осердя ніби міняються місцями.

Індуктивні подільники напруги та струму. Індуктивний подільник напруги є масштабним електромагнітним перетворювачем, який служить для поділу із заданою точністю вхідної (вимірюваної) напруги. Індуктивний подільник струму можна вважати оберненим індуктивним подільником напруги.

Рисунок 4.13. Схема індуктивного подільника напруги та струму

За принципом дії індуктивні подільники аналогічні до вимірювальних трансформаторів, але відрізняються деякими конструктивними особливостями, і можуть виконуватись за трансформаторною або автотрансформаторною схемами. Особливість індуктивних подільників полягає в тому, що між витками обмоток є тісний індуктивний зв'язок (в ідеальному випадку всі витки мають однакове потокозчеплення, відсутні потоки розсіяння). За цієї умови відношення напруг на окремих обмотках подільника дуже точно визначається відношенням кількості витків відповідних обмоток, а номінальний коефіцієнт ділення індуктивного подільника напруги:

,

а подільника струму:

.

Індуктивні подільники мають ряд переваг: висока точність, широкий частотний діапазон (20 Гц…200 кГц) з постійною тенденцією до розширення у бік високих частот, стабільність коефіцієнта ділення та ін..

Індуктивні подільники напруги широко застосовуються у пристроях та системах метрологічного забезпечення засобів вимірювальної техніки та автоматики, зокрема, як перетворювальні елементи засобів перевірки цифрових вольтметрів змінного струму, калібраторів напруги. Індуктивні подільники струму застосовуються у пристроях для перевірки вимірювальних трансформаторів струму та магнітних компараторів.

Дата добавления: 2014-01-07