Трансформатор тока постоянного тока: Принцип работы трансформаторов постоянного и переменного тока

alexxlab | 22.05.1999 | 0 | Разное

Содержание

Принцип работы трансформаторов постоянного и переменного тока

С целью преобразования электрической энергии высокого напряжения до значений, приемлемых при эксплуатации бытовых приборов в частных домах и квартирах, используются специальные устройства – трансформаторы. В этой статье мы дадим определение трансформаторам постоянного и переменного тока, рассмотрим принцип их работы и разновидности.

Определение трансформаторов тока

Трансформатором тока называют устройство, используемое для образования переменного тока на вторичной обмотке с напряжением, значение которого пропорционально измеряемой величине. Выпускаются разных мощность – 25, 100, 1000 кВА и т. д.

Но трансформатор необязательно понижает входное напряжение – он может работать и на повышение. Существуют приборы различного класса точности, что зависит от погрешности. В общей сложности есть пять классов точности – 0,2, 0,5, 1, 3 и 10. С ростом класса точности повышается и значение погрешностей. Это значит, что приборы классом точности 0,2 характеризуются минимальными погрешностями и используются преимущественно в лабораторных условиях.

Принцип действия трансформаторов тока

Конструктивно трансформатор ТМГСУ и любого другого типа состоит из магнитопровода (сердечника), изготавливаемого из электротехнической стали, и обмоток (в автотрансформаторах одна, срощенная) из меди.  Первичная обмотка бывает плоской или в форме ролика, и оборачивается вокруг сердечника или проводника. Это позволяет создать трехфазный трансформатор с первичной обмоткой, состоящей из минимального числа витков. Такой подход существенно повышает эффективность работы устройства и его коэффициент трансформации.

На вторичной обмотке обычно больше витков. Они наматываются на основу магнитопровода, характеризующегося малыми потерями и при поперечном рассмотрении большой площадью сечения. Величина плотности магнитного потока минимальна, низки и потери напряжения. Для вторичных обмоток обычно используют стандартные величины 1 или 5 А.

Разновидности трансформаторов тока

Трансформаторы делятся на три основных типа:

  • Сухие – устройства, в которых обмотка соединяется с проводником, а процесс охлаждения протекает за счет естественной циркуляции воздуха.
  • Масляные – первичная обмотка расположена на кабеле или шине. Периодичность устройств равна одному ходу обычного сухого трансформатора. Охлаждения происходит за счет трансформаторного масла, забирающего тепло с нагретых элементов и передающего его через стенки и крышки гофрированного бака в окружающую среду.
  • Тороидальные – отсутствует первичная обмотка.

Примеры использования трансформаторов тока в различных приложениях

Уважаемые господа разработчики, как Вы понимаете, можно приводить огромную массу примеров применения трансформаторов тока, но мы остановимся только на некоторых, не связанных с измерением параметров электрических сетей для функций коммерческого учета. Моя задача постараться донести общий подход к решению практических задач, переодически возникающих при разработке новых приборов или контроле за состоянием переферийных устройств. Все остальное — доделает полет мысли разработчика, а я никоем образом не хочу вводить ограничения и навязывать свое мнение в вопросах выбора. Со своей стороны я постараюсь продолжать публиковать интересные решения для общего обозрения, так что делитесь проблемами и решениями. Итак начнем:

1. Индикация включенной нагрузки

Достаточно часто, возникает необходимость дистанционного контроля за работой различных энергопотребляющих устройств. Например работа ТЭНов. Как правило, в силовую цепь нагревателей помещают спец. защитные отключатели (например биметаллические), которые срабатывают при достижении аварийной температуры. Как узнать — греет ТЭН или нет? Можно пощупать пальцем — вскочил волдырь, значит греет, холодный — либо перегорел, либо включилась защита. А есть более безопасный вариант? Конечно! В цепь питания такого ТЭНа включим трансформатор тока и будем внимательно наблюдать за его работой. Если по первичке трансформатора течет ток — он будет стараться выдать и вторичный ток, который можно использовать, например засветить светодиод или подключить стрелочный индикатор или вообще — передать в контроллер, который будет принимать решения.

1.1. Используем светодиод.

Как Вы знаете, для того, что-бы светодиод светился, на него надо подать ток, чем ток больше — тем ярче светится светодиод, но тем более короткую жизнь он проживает. Обычно величину этого тока принимаю равным 5-10мА, для ярких соответственно 2-5мА. При этом они живут очень долго и счастливо. С учетом того, что светодиод работает на постоянном токе, а трансформатор этого категорически не любит — выходной ток трансформатора мы будем выпрямлять. Можно конечно включить встречно 2 светодиода — один горит на одной полуволне, второй на другой. Это выход, но напряжение стабилизации светодиодов немного разнится от экземпляра к экземпляру, поэтому мы имеем несимметричную нагрузку, а это нехорошо для трансформатора. В принципе, некоторый перекос он прощает, но если просто повесить на выход тр-ра один светодиод, то придется наблюдать за его слабеньким свечением.

Почему слабеньким? Да потому, что работая на одну полуволну, сердечник трансформатора постепенно намагнитится до режима насыщения и трансформатор перестанет правильно работать. Идеальный выход — включить на выходе трансформатора диодный мостик, например на КД522 (LL4148), стоит копейки, а пользу для трансформатора приносит громадную. Если на выход моста включить еще и конденсатор — то и нагрузка начнет ощущать себя поспокойней. Итак мы имеем трансформатор, диодный мост и конденсатор. Включим на выход моста красный светодиод. А для того, что бы он светился правильно — займемся предварительным расчетом и выбором трансформатора.

Для того, чтобы в нагрузку потек ток, трансформатор в нашем примере должен развить на выходе некоторую ЭДС (для преодоления напряжения открывания диодов моста и светодиода). Считаем эту ЭДС: падение напряжения на диоде LL4148 можно принять за 0.9в ( они слабенькие, падение напряжения при хорошем токе побольше чем 0.6в.), их у нас работает по 2 в каждой полуволне, на красном светодиоде — 1.7в. Итого имеем 0.9*2+1,7=3.5в.

Т.е. трансформатор должен уметь развивать на выходе ЭДС значительно больше 3.5 в. Теперь считаем ток на входе: Если на выходе нам нужно 5 мА, то при коэфф. трансформации 1:3000, первичный ток должен быть 5мА*3000=15А. Смотрим сколько нам надо: например ТЭН имеет мощность 1 кВт, т.е. ток = 1000Вт/220в=4.8А. А нам надо 15А! Что делать? Все просто — 15А/4.8А=3, т.е., нам надо трижды просунуть через центральное отверстие токоведущий проводник и мы получим практически искомую величину — 15А, которая нам и нужна. (т.е. получить фактический коэфф. трансформации 3:3000). Итак, ищем трансформатор, который может выдать на выходе ЭДС не менее 3.5в, при этом не уйти в насыщение при 15А на входе, а не вдаваясь в подробности — ищите с запасом в 2-3 раза.

С учетом того, что нам надо просунуть аж 3 витка — ищем трансформатор с подходящим отверстием. Возьмем например Т10-110А-90-З/0 (см фото). Он имеет ЭДС не менее 10В, и что самое для нас главное — огромное отверстие (11мм), в которое легко просунем 3 витка сетевого провода (внимание-только один провод из двух, идущих на ТЭН!).

Проверим: сопр. обмотки у Т10-110А-90-З/0=190 Ом. При токе 5 мА, на обмотку придется 5мА*190 Ом=0,95в. Да еще 3.5в на нагрузке, итого имеем 3.5+0,95=4.45в. что меньше 10в. А это значит что все работает! Если отв. не нужно такое большое, например мотаем 3 витка проводом ПЭТВ2-1.05 и запаиваем его в плату (см примеры монтажа на печ. плату), то можно выбрать трансформатор поменьше и подешевле.

А что, если мы проверяем работу ТЭНа аж на 10 кВт? Коротко считаем: 10кВт/220в=48А. А надо всего 15А! Значит на сетодиод пойдет аж 16мА! Либо мы с этим миримся, либо надо отвести лишний ток от светодиода. Как это сделать? Поставим резистивный шунт параллельно светодиоду. Посчитаем шунт? Итак мы имеем 1.7в на нагрузке, и при этом лишний ток 11мА (5 мА съедает светодиод). Считаем 1.7в/11мА=0,15кОм. Ближайший 150 Ом. Считаем мощность = 1,7в*11мА=19мВт. Значит резистор ставим любой (берем обычный 0.125Вт). С учетом того, что особая точность нам не нужна (не измеряем, а просто светим), на этом расчет остановим.

1.2 Стрелочный индикатор

Ход рассуждений абсолютно такой-же как и при выборе светодиода, но считать надо поточнее и ввести элемент для калибровки (все-таки какой-никакой, а измеритель).

Итак мы имеем все тот-же мост на выходе трансформатора и стрелочный прибор. С учетом того, что стрелочный прибор обладает большой инерционностью, большой конденсатор ему не требуется, но, что-бы убрать всякие переходные процессы, лучше все-же небольшой конденсатор (0.1-0.22 мкФ) поставить. Итак, например, мы имеем полное отклонение стрелки на 100 мкА, сопротивление обмотки 1600 Ом. (первая цифра пишется у прибора на циферблате, вторую можно получить померив сопр. прибора омметром). Считаем падение напряжения на приборе при полном отклонении стрелки: 100мкА*1600ом=160мв. Добавим к этому падение напряжения на мосте 1.6в, итого трансформатор ищем с ЭДС более 1,8в. Например Т04-90А-110-К/0 (см фото) или Т04-90А-110-Т/0 (см фото)

Для случая ТЭНа=1кВт (см выше) имеем на выходе трансформатора 4.8А/3000=1,6мА. Стрелочный прибор зашкаливает на 0.1 мА. Значит лишние 1.5мА надо увести в шунт. Считаем 160мв/1.5мА=107 ом. Т.е. в теории, зашунтировав прибор резистором 107 ом мы получим полное отклонение стрелки при мощности нагрузки 1 кВт. А что будет, если мы поставим резистор 130 ом? А это значит, что ток через стрелочный прибор будет больше максимального и его зашкалит. Что-бы этого не случилось, мы включим последовательно с прибором (внимание не с шунтом!) подстроечный резистор, которым и ограничем ток. Расчет подстроечного резистора: Итак, если мы ставим шунт 130 ом, при прохождении через него тока 1.5 мА, падение напряжения составит 13ом*1.5мА=195 мВ. Считам нужное сопротивление в цепи стрелочного прибора: 195мв/0,1мА=1950ом. Сопротивление катушки 1600ом, 1950ом-1600ом=350ом. Значит, в теории, нам не хватает сопротивления 350ом для того, что бы все замечательно работало. Берем подстроечный резистор 470ом, которым мы легко сможем выставить показание стрелочного прибора в максимум при максимальной мощности (т.к. откалибровать стрелочный прибор по максимальному току в первичке). Что нам собственно и требовалось.

1.3 Передача информации в контроллер или исполнительное устройство.

Все абсолютно так-же как и выше. Единственно, надо решить — мы контролируем форму тока и принимаем решения, или нам не важно как этот ток течет, главное — поймать что его слишком много или слишком мало. В первом случае ставим АЦП, во втором — триггер шмитта, компаратор, или, если работать по принципу есть/нет, то просто логический вход. Наша задача — получиь напряжение заданной величины при заданном входном токе. Рассмотрим это на примере работы того-же ТЭНа 1кВт. Наша задача среагировать на защитное отключение ТЭНа при аварийном отключении ТЭНа внешним размыкателем, например биметаллическим при перегреве.

Используем PIC16F630 имеющий в своем составе компаратор (встроенное опорное по 24 уровням). С учетом того, что при включении нагрузки может проходить мощный пусковой ток, надо ограничить возможность трансформатора выдавать напряжение на м.сх. более напряж. питания м.сх., для этой цели достаточно защитить вход м.сх. стабилитроном. В данном примере предлагаю заменить стабилитрон копеечным диодом LL4148 с прямым включением и не переживать за сохранность микросхемы (весь ток диод заберет на себя и больше 1 в. ну никак не пропустит). С учетом того, что диод реально начнет влиять на измерительную цепь уже на 0.2-0.3в надо ограничиться этим уровнем при измерении, хотя для контроля до 0.6в все будет достаточно корректно.

Далее, по уже знакомому пути, считаем величину нагрузочного резистора: Считаем ток: 4.8А/3000=1.6мА. Примем величину опорного напряжения = 2/24 напр. питания или (при 5в) = 5/24*2=0,41в.Принимаем, что если напряж. на входе компаратора более 0,41в, считаем что ТЭН включен, менее — выключен. Примем, что при 1 кВт нагрузки, на входе компаратора должно быть не менее 0,5в.( т.е. больше 0.41в) Значит: 0.5в/1,6мА=0,3125 кОм. Выбираем ближайший резистор = 330 Ом. Рассуждения по поводу выбора трансформатора уже приводились выше, повторяться не будем.

Как это реализовано можно посмотреть на фото контроллера управления температурой сушильного шкафа (справа, между реле, виден трансформатор Т04-90А-25-Т/25К-18, слева сетевой трансформатор питания ТТН3):

Вид снизу на контроллер, трансформатор Т04-90А-25-Т/25К-18 впаян в разрыв токоведущей шины (широкая шина справа), под трансформатором расположен диодный мост, нагрузочный резистор и сглаживающий конденсатор (стабилитрон пока не установлен), слева PIC16F630.

Если взять резистор сопротивлением побольше расчетного, в этом случае можно снизить требования по емкости сглаживающего конденсатора. В данном примере совсем не обязательно проверять, что нагрузка именно 1 кВт. Она либо есть, либо ее нет. Так что, если контроллер увидит нагрузку не 1 кВт,а 100Вт, это никого не обидит, лишний ток заберет на себя защитный диод, в общем все довольны. Однако, если взять за основу данную схему, то можно обеспечить дистанционный контроль не только за состоянием нагрузки (включена/выключена), но и, например, за количеством перегоревших ламп в подъезде или складе и т.д., т.е. контролировать подключенную мощность.

2. Простейшие защиты электродвигателей

Защиты бывают разные, но мы остановимся на защите от холостого хода (актуально для погружных насосов и насосных станций) и защите от перегрузки (например эл. двигатель открывания ворот). Все остальные применения будут находится между этими вариантами.

2.1. Защита от холостого хода.

Наша задача отключить исполнительное устройство в том случае, если в процессе работы произошло снижение тока потребления ниже заданной величины. Рассмотрим как это сделать. Если мы поставим в разрыв токоведущей шины токовый трансформатор, то, при протекании тока, на его выходе будет создаваться ЭДС, пропорциональная протекающему току. Достаточно эту ЭДС выпрямить, сгладить и передать на исполнительное устройство. Как только ЭДС снизится ниже определенного порога — исполнительное устройство выключится, отключив эл. двигатель. Идея понятна? Идем дальше.

Раз мы имеем на выходе напряжение, что у нас работает от напряжения и не хочет при этом потреблять ток? Конечно полевой транзистор. Как его заставить коммутировать нагрузку при переменном токе? Тоже не проблема — включить его в диагональ моста. Транзистор открыт — мост закорочен, ток через мост идет. Транзистор закрыт — ток через мост не течет, нагрузка отключена. Если в качестве нагрузки включить обмотку реле магн. пускателя — можно управлять двигателем насоса. Ток течет через насос, транзистор открыт, пускатель под напряжением, ток снизился — напряжение снизилось, транзистор закрылся, пускатель выключился, ток упал до нуля, насос выключен. Запуск только вручную (кнопка параллельно мосту) шунтированием моста. Ток потек, транзистор открылся и шунтировал мост параллельно кнопке, бросил кнопку — все работает. ток снизился — все выключилось. Учитывая, что трансформатор электрически изолирован от силовой цепи, его можно смело включать непосредственно на вход полевого транзистора. Если ЭДС > 5.5в (1.2в падение при выпрямлении и 4в — пороговое напряжение полевого транзистора) — транзистор открыт, ниже — транзистор закрыт. Как посчитать нагрузочный резистор для нужного входного тока в п.1. не раз приводилось, так что опустим этот аспект. Как выбрать трансформатор по ЭДС также описано. Не забудьте защитить затвор полевого транзистора стабилитроном от возможного пробоя (обычно 10в.). Учтите, если поставить на затвор полевика управляемый напряжением ключ, да еще и с гистерезисом — можно коммутировать непосредственно саму нагрузку данным устройством. Самое приятное — для такого устройства не требуется внешнее питание, вполне хватает генерации напряжения от тока нагрузки.

2.2 Безконтактное пусковое реле

Здесь даже и писать особенно нечего — это задача п.2.1, с той лишь разницей, что нагрузкой является пусковая обмотка двигателя. При пуске потек значительный ток — подключим пусковую обмотку, двигатель раскрутился, ток снизился — пусковая обмотка сама выключилась. Самое приятное — никаких контактов.

2.3 Защита от перегрузки

Фактически это тоже задача п.2.1, с той лишь разницей, что нагрузку надо выключить если ток возрос, например автоматическое открывание ворот — двигатель довел ворота до упора, пошла перегрузка двигателя (он толкает, а толкать то некуда дальше) — исполнительное устройство отключило пускатель. Можно применить полевик во встроенным каналом (он открыт при нулевом напряжении, а закрывается подачей отрицательного напряжения), но их нет на большие токи и напряжения. Хотя как датчик края вполне хорош, нет контактов и питания, монтируется в любом месте силового кабеля. А вот если поставить инвертирующий каскад перед обычным полевиком, правда потребуется его запитывать (т.е. полностью автономное устройство не получится), то можно управлять магнитным пускателем на отключение. Так как ток потребления маленький, на схему надо подать небольшое напряжение с параметрического стабилизатора с конденсатором в качестве гасящего резистора. Получается также вполне жизнеспособно.

3. Работаем с постоянным током.

3.1 Контроль постоянного тока

Как сделать защиту от перегрузки в цепи постоянного тока? Попробуем оценить этот ток трансформаторм тока. Казалось-бы, как трансформатор будет работать с постоянным током? Как известно — трансформатор работает только в переменном магнитном поле, которое постоянный ток создать не может. Идея проста — создать такое переменное поле, чтобы он смог работать. Однако, если во вторичку давать ток, то и в первичке будет также создаваться ток и влиять на измеряемую цепь. А этого делать нельзя. Давайте возьмем два одинаковых трансформатора, оденем их на общий токоведущий провод, а вторичные обмотки включим последовательно встречно. Теперь, если мы будем подавать переменный ток во вторички, в первичках будут наводиться ЭДС, пропорциональные току, но направленные встречно друг другу, т.е. в сумме равные 0. Таким образов влияние на первичную цепь мы исключим.

Скажете — ну и что с этого? А вот что. Как известно, зависимость магнитной проницаемости ферромагнетиков сильно зависит от напряженности магнитного поля. Т.е., если в обмотку трансформатора подать переменный ток, он будет создавать определенное магнитное поле в сердечнике, равное для обоих полуволн и величина индуктивности обмотки трансформатора будет одинакова для обоих полуволн. А вот если на сердечник наложить постоянное поле, тогда, в одну полуволну поля будут складываться, а в другую — вычитаться. В результате поле в одной полуволне будет больше, чем в другой, и индуктивности не будут равны. Если смотреть на примеры, описанные выше — мы всячески пытались избежать этого варианта и клеймили его как плохой режим работы трансформатора тока, а здесь он придется как раз в пору.. А что создаст нам постоянное поле? А это поле создаст проводник, проходящий через оба трансформатора, в котором мы и собирались имерить постоянный ток.

Помните, мы включили обмотки трансформаторов встречно? В сумме, индуктивности обоих трансформаторов будут постоянны в обоих полуволнах, ток также постоянен, а вот напряжения на них различны для каждой полуволны (индуктивности же разные). Т.е., если проводить замер напряжения на одной из обмоток, оно будет разное для каждой полуволны. Момент можно усугубить, если взять соединенные последовательно 2 резистора, включить их параллельно обмоткам трансформаторов и снимать напряжение со средних точек. Получается измерительный мост и мы снимаем уже разницу напряжений для каждой полуволны. Если направление тока в первичке не представляет интерес, это напряжение с выхода моста можно выпрямить и работать с постоянным напряжением, пропорциональным постоянному току.

Следует учесть, что зависимость магнитной проницаемости от поля нелинейна, и мы не сможем получить линейный выходной сигнал с выхода этой схемы в широком диапазоне.

3.2 Измерение постоянного тока.

Как замерить ток мощного эл. двигателя, работающего от аккумулятора? А как померить ток в цепи под высоким напряжением? Да в принципе точно также как описано выше в небольшом диапазоне или так-же в широком, но с той лишь разницей, что ток надо дать такой, что-бы трансформаторы входили в режим насыщения. В этом случае мы можем уже оценивать не напряжение на выходе, а длительность нахождения трансформатора в режиме насыщения в каждой полуволне или же сам факт вхождения в режим насыщения. Посмотреть на искажения сигнала в режиме насыщения можно на фото:

Эти фото уже фигурировали в предыдущих заметках. Понятно, чем глубже трансформатор уходит в насыщение, тем больше горизонтальная полка. Берем диф. сигнал и работаем с ним. Я не предполагаю детально рассматривать схемотехнические решения, но очень неплохо ввести в обратную связь усилитель сигнала генератора, управляемый напряжением и контролировать уже не сам диф. сигнал, а управляющее напряжение этого усилителя. можно подать линейно изменяюшийся сигнал и ловить его длительность до момента насыщения трансформатора. Можно запустить подмагничивание постоянным током во вторичку (его величина меньше измеряемого тока в коэфф. трансформации раз!) и наложить на него переменный ток. Управляя током подмагничивания добиваться постоянства напряжения на катушке и замерять ток подмагничивания. В общем способов масса, а описание практической реализации займет уйму места и потребует столько-же времени для изучения. Так что на этом и ограничимся.


Что такое трансформатор тока?

Трансформатор тока – это устройство, используемое для измерения электричества. Как правило, электрический ток распределяется при высоких уровнях напряжения, которые опасны для человека. Трансформатор тока позволяет измерять ток без отвода тока в измерительный прибор, что может быть опасно как для устройства, так и для человека, который его держит. Обычно это достигается путем измерения магнитного поля, создаваемого током, а не самим током.

Существует два способа подачи постоянного электрического тока для питания устройства: переменный ток и постоянный ток, иногда сокращенно называемые переменным и постоянным током. Постоянный ток обычно используется в устройствах с батарейным питанием, включая большинство автомобилей. Электростанции используют переменный ток для доставки электричества в отдаленные места, поскольку электричество в этой форме можно передавать на большие расстояния без значительных потерь энергии. Высоковольтные линии постоянного тока достигают той же цели. Обе формы отличаются от статического электричества, которое является природным электричеством, которое слишком нерегулярно для использования в качестве источника энергии.

Высокое напряжение, используемое при подаче питания, опасно для всего, что не предназначено для проведения такого напряжения. Измерительные приборы, даже если они изолированы для защиты пользователей, могут быть легко повреждены колебаниями высоковольтного электрического тока. Трансформатор тока устраняет эти опасности, обеспечивая точное измерение без прямой связи с самим током. Трансформатор тока также позволяет проводить стандартные измерения от широкого спектра различных силовых устройств. Ток, используемый в системах доставки энергии, может варьироваться от устройства к устройству, поэтому стандартные измерения важны для эффективного управления сложными системами.

Большинство силовых трансформаторов подключены к системе подачи энергии, например, трансформаторы, которые снижают высокое напряжение от линий электропередачи до безопасных уровней для домашнего использования. Однако трансформатор тока не требует физического подключения к измеряемой линии. Все устройства, несущие электрический ток, создают магнитное поле. Трансформатор тока использует это магнитное поле для создания тока, прямо пропорционального измеряемому устройству или линии. Например, заряд 400 А может создать показание 4 А. Пользователь прибора, зная соотношение 1: 100, может определить фактический ток устройства.

Трансформатор тока является важным инструментом в электротехнике. Текущие уровни должны контролироваться в целях безопасности и эффективности. Измерительные устройства, подключенные к трансформаторам тока, позволяют осуществлять этот контроль в различных местах всей системы. Они также могут использоваться для измерения использования электроэнергии в зданиях для выставления счетов или проверки.

ДРУГИЕ ЯЗЫКИ

Трансформаторы постоянного напряжения и тока

В САУ тяговым генератором, помимо амплистата, используются еще два вида МУ: трансформатор постоянного тока и трансформатор постоянного напряжения. Трансформатор постоянного напряжения обеспечивает подачу на управляющую обмотку амплистата сигнала, пропорционального напряжению тягового генератора, а трансформатор постоянного тока – сигнала, пропорционального току нагрузки ТЭД или генератора. Другими словами, ТПН н ТПТ являются датчиками сигналов по напряжению и току в САУ тяговым генератором. Такие трансформаторы называют измерительными. Основное требование к ТПН и ТПТ – обеспечить с достаточно высокой точностью пропорциональность между м. д. с. управления и током выхода. ТПН и ТПТ представляют собой простейшие МУ без обратных связей. Коэффициенты усиления таких МУ невелики, но это не имеет значения, так как основное требование для измерительных трансформаторов – получить указанные выше зависимости.

Трансформаторы напряжения и тока имеют по два тороидальных сердечника из ленты железоникелевого сплава (пермаллоя) с высокой магнитной проницаемостью. В ТПН и ТПТ рабочие обмотки состоят из двух встречио включенных секций с равным числом витков, при этом каждая из секций расположена на своем сердечнике. Эти обмотки питаются переменным током от синхронного подвозбудителя через распределительный трансформатор. Нагрузка цепей рабочих обмоток ТПН

Рис. 29. Характеристика управления трансформаторов постоянного напряжения ТПН-ЗА, ТПН-61
Рис. 30. Характеристики управления трансформаторов постоянного тока ТПТ-21, ТПТ-22

н ТПТ – балластные резисторы СБТН и СБТТ и подключенная параллельно им через выпрямительные мосты В1 и В2 управляющая обмотка ОУ амплистата (см. рис. 27).

Обмотка управления ТПН через резистор СТН включена на напряжение тягового генератора так, что характеристика управления ТПН может быть представлена как зависимость тока выхода 1н от напряжения генератора V\ (рис. 29). Добавочный резистор СТН (из нихрома) имеет сопротивление во много раз большее, чем сопротивление обмотки управления. Это сделано для того, чтобы уменьшить погрешность системы управления при изменении температуры и сопротивления обмотки управления ТПН. На тепловозах типа ТЭ10 применяются трансформаторы постоянного напряжения марки ТПН-ЗА, а с 1984 г.-ТПН-61.

На тепловозах с динамической жесткой характеристикой генератора ТПТ подают сигнал, пропорциональный току в цепи одного или двух ТЭД. Для этого через окно сердечников ТПТ проходят шины от цепи соответственно одного или двух двигателей. Таким образом, обмоткой управления ТПТ является виток силовой цепи (от «плюса» генератора через ТЭД на «минус» генератора) .

На тепловозах типов ТЭ10М и ТЭ10У для контроля цепи одного двигателя устанавливаются трансформаторы ТПТ-21, а для контроля цепи двух двигателей-ТПТ-22, при этом первые имеют коэффициент трансформации в 2 раза выше, чем вторые, что обеспечивает равенство выходных сигналов при равных токах двигателей (рис. 30).

⇐Предыдущая Оглавление Следующая⇒

Типы измерительных трансформаторов – Группа СВЭЛ

В электросетях частотой до 60 Герц для измерения и снижения параметров тока или напряжения применяются измерительные трансформаторы. Они обеспечивают безопасность для рабочих, обслуживающих сети, а также позволяют подключить измерительные устройства и защитные приборы, системы автоматики.

 Критерии классификации измерительных трансформаторов

  • По виду измеряемого значения: напряжения, тока или постоянного тока.

  • По коэффициенту изменения параметров: одно- или много диапазонные.

  • По способу монтажа: внешние, внутренние, накладные, стационарные, мобильные.

  • По типу диэлектрика: масло, воздух, газ.

Классификация трансформаторов по измеряемому значению

Чаще всего их делят на трансформаторы напряжения, тока и постоянного тока.

В первом варианте устройства преобразуют первичное напряжение в электрический ток, защищая приборы от перегрузки и сбоев, обслуживающий персонал — от травм, а также поддерживая оперативные цепи.

По конструкции устройство напоминает понижающий силовой трансформатор. Оно может быть емкостным, заземляемым/незаземляемым, двух- и трехобмоточным, каскадным. Поскольку от трансформатора напряжения не требуется передавать мощность, он работает на холостом ходу.

Измерительные трансформаторы тока изменяют ток до необходимых значений. Обычно устройства применяются в защитных реле и первичных сетях электростанций. Специфика устройства в том, что ток принимает на себя первичная обмотка, тогда как вторичная замыкается на КИПиА. В частности, с помощью такого трансформатора обычно подключается счетчик электроэнергии. 

  • По типу первичной обмотки трансформаторы тока бывают катушечные, стержневые, шинные.

  • По рабочему напряжению устройства делятся на две группы: способные работать в диапазоне выше или ниже 1000 вольт.

Измерительные трансформаторы постоянного тока очень напоминают магнитные усилители. Они состоят из ферромагнитного сердечника и обмоток для переменного и постоянного тока. Устройства востребованы для контроля за показателями в высоковольтных электросетях.


Энергетическое образование

1. Сила тока

Амперметр — прибор для измерения силы тока в амперах. Шкалу амперметров градуируют в микроамперах, миллиамперах, амперах или килоамперах в соответствии с пределами измерения прибора. В электрическую цепь амперметр включается последовательно с тем участком электрической цепи, силу тока в котором измеряют. Поэтому, чем ниже внутреннее сопротивление амперметра (в идеале — 0), тем меньше будет влияние прибора на исследуемый объект, и тем выше будет точность измерения.

Для увеличения предела измерений амперметр снабжается шунтом (для цепей постоянного и переменного тока), трансформатором тока (только для цепей переменного тока) или магнитным усилителем (для цепей постоянного тока). Комплектное устройство из токоизмерительной головки и трансформатора тока специальной конструкции называется «токоизмерительные клещи».

Очень опасно пытаться использовать амперметр в качестве вольтметра (подключать его непосредственно к источнику питания), что может привести к коротким замыканиям!

По конструкции амперметры делятся:

  • со стрелочной измерительной головкой без электронных схем;
  • со стрелочной измерительной головкой с использованием электронных схем;
  • с цифровым индикатором.
Приборы со стрелочной головкой

Наиболее распространены амперметры, в которых движущаяся часть прибора со стрелкой поворачивается на угол крена, пропорциональный величине измеряемого тока.

Амперметры бывают магнитоэлектрическими, электромагнитными, электродинамическими, тепловыми, индукционными, детекторными, термоэлектрическими и фотоэлектрическими.

Магнитоэлектрическими амперметрами измеряют силу постоянного тока; индукционными и детекторными — силу переменного тока; амперметры других систем измеряют силу любого тока. Самыми точными и чувствительными являются магнитоэлектрические и электродинамические амперметры.

Приборы со стрелочной головкой могут снабжаться дополнительными электронными схемами для усиления сигнала, подаваемого на головку (для измерения токов, существенно меньших чем ток полного отклонения головки, который для большинства магнитоэлектрических приборов составляет 50 мкА и более), защиты головки от перегруза и прочее.

Приборы с цифровым индикатором

В последнее время приборы со стрелочной измерительной головкой стали вытесняться приборами с цифровым индикатором на основе жидких кристаллов и светодиодов.

Принцип действия самых распространённых в амперметрах систем измерения:

  • В магнитоэлектрической системе прибора крутящий момент стрелки создаётся благодаря взаимодействию между полем постоянного магнита и током, который проходит через обмотку рамки (вращающий момент). С рамкой соединена стрелка, которая перемещается по шкале. Угол поворота стрелки устанавливается при равенстве вращающего момента и момента пружины.
  • В электромагнитной системе прибора вращающий момент стрелки создаётся между катушкой и подвижным ферромагнитным сердечником, к которому прикрепляется указательная стрелка.
  • В электродинамической системе измерительная головка состоит из неподвижной и подвижной катушек, соединённых параллельно или последовательно. Взаимодействие между токами, которые проходят через катушки, вызывает отклонения подвижной катушки и соединённой с нею стрелки.

Во всех вышеуказанных системах угол поворота стрелки устанавливается при равенстве вращающего момента и момента сопротивления пружины.

В электрической цепи амперметр соединяется последовательно с нагрузкой, а при больших токах — через трансформатор тока, магнитный усилитель или шунт. Для измерения токов может также применяться милливольтметр и калиброванный шунт (первичные токи шунтов могут быть выбраны из стандартного ряда, вторичное напряжение стандартизировано – чаще всего 75 мВ). При высоких напряжениях (выше 1000В) – в цепях переменного тока для гальванической развязки амперметров также применяют трансформаторы тока, а цепях постоянного тока – магнитные усилители.

Что будет, если подать в электросеть постоянный ток / Хабр

Война токов

завершилась, и Тесла с Вестингаузом, похоже, победили. Сети постоянного тока сейчас используются кое-где на железной дороге, а также в виде свервысоковольтных линий передачи.

Подавляющее большинство энергосетей работают на переменном токе. Но давайте представим, что вместо переменного напряжения с действующим значением 220 вольт в ваш дом внезапно стали поступать те же 220 В, но постоянного тока.

Театр начинается с вешалки, а наш электрический цирк — с вводного щитка.

И сразу хорошие новости: защитные автоматы будут работать как положено. Автомат имеет два расцепителя: тепловой и электромагнитный. Тепловой служит для защиты от длительной перегрузки. Ток нагревает биметаллическую пластинку, она изгибается и размыкает цепь. Электромагнитный элемент срабатывает от кратковременного импульса тока при коротком замыкании. Он представляет собой соленоид, который втягивает в себя сердечник и, опять же, разрывает цепь. Обе эти системы прекрасно работают на постоянном токе.


источник картинки: выключатель-автоматический.рф

Дополнения от Bronx и AndrewN:
Магнитный расцепитель срабатывает по амплитудному значению тока, то есть в 1,4 раза больше действующего. На постоянном токе его ток срабатывания будет в 1,4 раза выше.

Дугу постоянного тока сложнее погасить, так что при коротком замыкании увеличится время разрыва цепи и ускорится износ автомата. Существуют специальные автоматы, рассчитанные на работу с постоянным током.

Помимо автоматов, в щитке есть устройство защитного отключения (УЗО). Его цель — обнаруживать утечку тока из сети на землю, например при касании человеком токоведущих частей. УЗО измеряет силу тока в двух проводниках, проходящих через него. Если в нагрузку втекает такой же ток, что и вытекает — всё в порядке, утечки нет. Если же токи не равны, УЗО бьёт тревогу и разрывает цепь.

Чувствительный элемент УЗО — дифференциальный трансформатор. У такого трансформатора две первичные обмотки, включенные в противоположных направлениях. Если токи равны, их магнитные поля компенсируют друг друга и на выходе сигнала нет. Если токи не скомпенсированы, на выходе сигнальной обмотки появляется напряжение, на которое реагирует схема УЗО. На постоянном токе трансформатор работать не будет, и УЗО окажется бесполезным.

Неважно, какой у вас электросчетчик — старый механический или новый электронный — работать он не будет. Механический счетчик представляет собой электродвигатель, где ротором служит металлический диск, а статор содержит две обмотки. Одна обмотка включена последовательно с нагрузкой и измеряет ток, вторая включена параллельно и измеряет напряжение. Таким образом, чем больше потребляемая мощность, тем быстрее крутится диск. Работа такого счетчика основана на явлении электромагнитной индукции, и при постоянном токе в обмотках диск останется неподвижен.

Электронный счетчик устроен по-другому. Он напрямую измеряет напряжение (через резистивный делитель) и ток (при помощи шунта или датчика Холла), оцифровывает их, а затем микропроцессор пересчитывает полученные данные в киловатт-часы. В принципе, ничто не мешает такой схеме работать с постоянным током, но во всех бытовых счетчиках постоянная составляющая программно отфильтровывается и на показания не влияет. Счетчики постоянного тока существуют в природе, их ставят, например, на электровозы, но в квартирном щитке вы такой не найдёте.

Ну и ладно, не хватало ещё платить за всё это безобразие! Идём дальше по цепи и смотрим, какие электроприборы могут нам встретиться.

Тут всё прекрасно. Электронагреватель — это чисто резистивная нагрузка, а тепловое действие тока не зависит от его формы и направления. Электроплиты, чайники, кипятильники, утюги и паяльники будут работать на постоянном токе точно так же, как и на переменном. Биметаллические терморегуляторы (как, например, в утюге) тоже будут функционировать правильно.

Старая добрая лампочка Ильича на постоянном токе чувствует себя не хуже, чем на переменном. Даже лучше: не будет пульсаций света, лампа не будет гудеть. На переменном токе лампочка может гудеть из-за того, что спираль (особенно, если она провисла) работает как электромагнит, сжимаясь и растягиваясь дважды за период. При питании постоянным током этого неприятного явления не будет.

Однако если у вас установлены регуляторы яркости (диммеры), то они работать перестанут. Ключевым элементом диммера является тиристор — полупроводниковый прибор, который открывается и начинает пропускать ток в момент подачи управляющего импульса. Закрывается тиристор, когда ток через него прекращает течь. При питании тиристора переменным током он будет закрываться при каждом переходе тока через ноль. Подавая управляющий импульс в разное время относительно этого перехода, можно менять время, в течение которого тиристор будет открыт, а значит, и мощность в нагрузке. Именно так и работает диммер.

При питании постоянным током тиристор не сможет закрыться, и лампа всегда будет гореть на 100% мощности. А возможно, управляющая схема не сможет «поймать» переход сетевого напряжения через ноль и не подаст импульс для открытия тиристора. Тогда лампа не загорится совсем. В любом случае, диммер будет бесполезен.

Люминесцентную лампу нельзя включать напрямую в сеть, для нормальной работы ей нужен пуско-регулирующий аппарат (ПРА). В простейшем случае он состоит из трёх деталей: стартёра, дросселя и конденсатора. Последний нужен не самой лампе, а остальным потребителям в сети, так как он улучшает

коэффициент мощности

и фильтрует помехи, создаваемые лампой. Стартёр — это неоновая лампочка, один из электродов которой при нагреве изгибается и касается второго электрода. Дроссель — большая катушка индуктивности, включенная последовательно с лампой:

Штатно всё это работает так: при включении зажигается разряд в стартёре, его контакты нагреваются и замыкаются между собой. Ток течёт через нити накала лампы, отчего те разогреваются и начинают испускать электроны. В это время стартёр остывает и размыкает цепь. Ток резко падает, и за счет самоиндукции на дросселе появляется импульс высокого напряжения. Этот импульс зажигает разряд в лампе, и дальше он горит самостоятельно. Дроссель теперь ограничивает ток разряда, работая как добавочное сопротивление.

Что же будет на постоянном токе? Стартёр сработает, лампа зажжётся как положено, но вот дальше всё пойдёт наперекосяк. В цепи постоянного тока у дросселя не будет индуктивного сопротивления (только активное сопротивление проводов, а оно мало), а значит, он больше не сможет ограничивать ток. Чем выше ток разряда, тем сильнее ионизируется газ в лампе, сопротивление падает, и ток растёт ещё сильнее. Процесс будет развиваться лавинообразно и закончится взрывом лампы.

Электромагнитные ПРА просты, но не лишены недостатков. У них низкий КПД, дроссель громоздкий и тяжелый, гудит и нагревается, лампа загорается с диким миганием, а потом мерцает с частотой 100 Гц. Всех этих недостатков лишен электронный пускорегулирующий аппарат (ЭПРА). Как он работает? Если посмотреть

схемы различных ЭПРА

, можно заметить общий принцип. Напряжение сети выпрямляется (преобразуется в постоянное), затем генератор на транзисторах или микросхеме вырабатывает переменное напряжение высокой частоты (десятки кГц), которое питает лампу. В дорогих ЭПРА есть схемы разогрева нитей и плавного запуска, которые продлевают срок службы лампы.


источник картинки: aliexpress.com

Схожую схемотехнику имеют как блоки для линейных ламп, так и компактные «энергосберегайки», которые вкручиваются в обычный патрон. Поскольку на входе ЭПРА стоит выпрямитель, можно питать всю схему постоянным напряжением.

Светодиод требует для работы небольшое постоянное напряжение (около 3.5 В, обычно соединяют несколько диодов последовательно) и ограничитель тока.

Схемы светодиодных ламп

весьма разнообразны, от простых до довольно сложных.

Самое простое — последовательно со светодиодами поставить гасящий резистор. На нём упадёт лишнее напряжение, он же будет ограничивать ток. Такая схема имеет чудовищно низкий КПД, поэтому на практике вместо резистора ставят гасящий конденсатор. Он также обладает сопротивлением (для переменного тока), но на нём не рассеивается тепловая мощность. По такой схеме собраны самые дешёвые лампы. Светодиоды в них мерцают с частотой 100 Гц. На постоянном токе такая лампа работать не будет, так как для постоянного тока конденсатор имеет бесконечное сопротивление.


источник картинки: bigclive.com

Более дорогие лампы устроены сложнее, очень похоже на ЭПРА для люминесцентных ламп. Источник питания в них содержит высокочастотный импульсный стабилизатор, который питается выпрямленным сетевым напряжением. Как и в случае с ЭПРА, схема будет нормально работать, если подать на неё постоянное напряжение.


источник картинки: powerelectronictips.com

Универсальный коллекторный двигатель (УКД) состоит из неподвижного статора и ротора, который вращается внутри. Статор имеет одну обмотку, а ротор сразу несколько. Роторные обмотки подключаются через коллектор — цилиндр с контактами, по которому скользят угольные щётки. Взаимодействие магнитных полей статора и ротора заставляет ротор поворачиваться. Коллектор устроен так, что всё время включает ту из обмоток, которая находится перпендикулярно обмотке статора — для неё вращающий момент будет максимальным.

Такой двигатель может работать при питании как переменным, так и постоянным током. Собственно, поэтому он и называется «универсальным». При смене полярности одновременно меняется направление магнитного поля и в статоре, и в роторе, в результате двигатель продолжает вращаться в ту же сторону. На постоянном токе УКД развивает даже больший момент, чем на переменном, за счет отсутствия индуктивного сопротивления обмоток. Универсальные коллекторные двигатели применяются там, где нужно получить большую мощность при малых габаритах. В бытовой технике УКД стоят в стиральных машинах, пылесосах, фенах, блендерах, миксерах, мясорубках, а также в электроинструментах. Все эти приборы продолжат работать, если напряжение в розетке внезапно «выпрямится».

У синхронного двигателя в статоре несколько обмоток, которые создают вращающееся магнитное поле. Ротор содержит постоянный магнит либо обмотку, питаемую постоянным током. Магнитное поле статора сцепляется с полем ротора и вращает его за собой. Особенностью такого двигателя является то, что частота его вращения зависит только от частоты питающего тока. На постоянном токе, очевидно, такой двигатель будет вращаться с нулевой частотой, то есть остановится.

В быту применяются маломощные синхронные двигатели там, где нужно поддерживать строго постоянную частоту вращения. В основном, это электромеханические часы и таймеры. Также синхронными являются двигатель вращения тарелки в СВЧ-печи и двигатель сливного насоса в стиральной машине.

Асинхронный двигатель похож своим устройством на синхронный. В нем также статор имеет несколько обмоток и создаёт вращающееся поле. Но обмотка ротора никуда не подключена и замкнута накоротко. Ток в ней создаётся за счет явления электромагнитной индукции в переменном поле статора. Этот ток создаёт своё магнитное поле, которое взаимодействует с вращающимся полем статора и заставляет ротор вращаться.

Асинхронные двигатели отличаются низким уровнем шума и большим ресурсом из-за отсутствия трущихся щёток. Их можно встретить в холодильниках, кондиционерах и вентиляторах. При питании постоянным током магнитное поле статора вращаться не будет. Также не возникнет ток в короткозамкнутом роторе. Двигатель останется неподвижен, а обмотка будет просто нагреваться, как обычный кусок провода.

Строго говоря, это не отдельный тип двигателя, а способ управления им. Сам двигатель может быть синхронным или асинхронным. Главная особенность в том, что напряжения на обмотках формируются управляющей схемой по сигналу с датчика положения ротора. Это позволяет регулировать скорость и крутящий момент в широких диапазонах, ограничивать пусковые токи и даёт кучу возможностей, вроде стабилизации частоты вращения. Вот пара хороших статей, объясняющих всю эту магию:

Раз
Два

Вентильные двигатели всё шире используются в бытовой технике: в стиральных машинах, холодильниках, кондиционерах, пылесосах. Обычно такую технику можно узнать по прилагательному «инверторный» в рекламе. Вентильный двигатель безразличен к форме питающего напряжения. Напряжение сети первым делом выпрямляется, а затем управляющий блок «лепит» из него несколько разных синусоид (обычно три) для питания обмоток мотора. Естественно, такая система будет спокойно работать на постоянном токе.

Трансформатор состоит из нескольких обмоток, связанных общим магнитопроводом. Переменный ток в одной обмотке (первичной) порождает индукционные токи во всех остальных обмотках (вторичных). Ключевая особенность трансформатора, ради которой его обычно и используют, в том, что напряжения на обмотках соотносятся так же, как количество витков в этих обмотках. Если в первичной обмотке намотать 1000 витков, а во вторичной — 100, такой трансформатор будет понижать напряжение в 10 раз. Если включить его наоборот — в 10 раз повышать. Очень просто и удобно.


В линейном блоке питания напряжение сети понижается (или повышается, если надо) до необходимого уровня при помощи трансформатора. Далее стоит выпрямитель, который преобразует переменное напряжение в постоянное, и фильтр, сглаживающий пульсации. Затем может идти стабилизатор, который поддерживает неизменным выходное напряжение.

Линейные блоки питания постепенно вытесняются импульсными, но первые работают ещё много где. В микроволновке, если она не «инверторная», есть мощный трансформатор, который повшает сетевые 220 В до нескольких киловольт, необходимых для работы магнетрона. От трансформаторов питается управляющая электроника в стиральных машинах, кухонных плитах и кондиционерах. Трансформаторные блоки питания используются в аудиоаппаратуре и дешёвых зарядных устройствах.

Что случится с трансформатором, если его включить в сеть постоянного тока? Во-первых, на вторичных обмотках напряжение не появится, так как электромагнитная индукция возникает лишь при изменении тока. Во-вторых, обмотка не будет обладать индуктивным сопротивлением, а значит, через неё потечёт гораздо больший ток, чем рассчитано. Трансформатор будет перегреваться и довольно быстро сгорит.

Чем выше частота переменного тока, тем эффективнее работает трансформатор (в разумных пределах, конечно). Если использовать частоту в несколько десятков килогерц вместо сетевых 50 Гц, можно прилично уменьшить габариты трансформаторов при той же передаваемой мощности. Эта идея лежит в основе импульсных блоков питания. Работает такой блок следующим образом: напряжение сети выпрямляется, полученное постоянное напряжение питает транзисторный генератор, который даёт снова переменное напряжение, но уже высокой частоты. Его теперь можно понижать или повышать трансформатором, выпрямлять и подавать в нагрузку.


По такой схеме сейчас питается подавляющее большинство электроники: компьютеры, мониторы, телевизоры, зарядные устройства для ноутбуков, телефонов и прочих гаджетов. Поскольку входное напряжение первым делом выпрямляется, импульсный блок питания должен без проблем работать на постоянном токе. Но есть пара моментов, которые могут всё испортить.

Во-первых, напряжение после выпрямителя равно почти амплитудному значению переменного напряжения. То есть для ~220 В на входе выпрямитель даст 311 B. Мы же по условию подаём постоянное напряжение 220 В, что на 30% ниже. Это скорее всего не вызовет проблем, потому что современные блоки питания могут работать в широком диапазоне напряжений, обычно от 100 до 250 В.

Во-вторых, выпрямитель состоит из четырёх диодов, которые работают парами: одна пара на положительной полуволне тока, другая — на отрицательной. Таким образом, каждый диод пропускает ток лишь половину времени. Если мы подадим на выпрямитель постоянное напряжение, одна пара диодов будет открыта всегда, и на них будет рессеиваться двойная мощность. Если диоды не имеют двойного запаса по току, они могут сгореть. Но это не слишком большая беда: можно просто выкинуть выпрямитель и подавать постоянное напряжение сразу после него.

После того, как вы потушили несколько возгораний и сгребли в кучу испорченные приборы, настало время подвести итоги. Переход на постоянный ток переживёт либо старая и простая техника (лампы накаливания, нагреватели, коллекторные моторы с механическим управлением) либо, наоборот, самая современная (с импульсными блоками питания и инверторными моторами).

К счастью, описанный сценарий вряд ли осуществится на практике, если не рассматривать возможность специально организованной диверсии. Ни при какой возможной аварии в энергосети переменное напряжение не станет вдруг постоянным. Правда, при возможных авариях случаются иные нехорошие вещи, но это уже совсем другая история. Берегите себя и делайте бэкапы.

Трансформатор постоянного тока Magnelab

Magnelab предлагает широкий спектр продуктов для мониторинга электропитания. Они предлагают датчики переменного тока или датчики постоянного тока нескольких типов, включая модели с поясом Роговского, с разъемным сердечником и со сплошным сердечником. У Magnelab есть датчики тока, подходящие практически для любых нужд.

Наша компания, основанная в 1968 году Карлом Форсбергом в Боулдере, штат Колорадо, сначала называлась Magnetek. Затем мы производили простые продукты, такие как антенные катушки, но быстро расширились до более сложных продуктов, включая коммутационные компоненты военного назначения.В 1995 году наша компания была поглощена корпорацией Соломон. Соломан был ведущим разработчиком для электротехнической промышленности и коммунального хозяйства, создавая регуляторы, корпуса и трансформаторы. Когда они купили Magnelab, мы переехали в Лонгмонт, штат Колорадо, к северу от Денвера. В настоящее время мы являемся собственностью компании Manutech, расположенной в Майами, штат Флорида. Они занимаются проектированием и производством магнитных компонентов уже почти полвека, и около 350 человек гордятся тем, что работают на их морском предприятии.Сегодня мы создаем продукты, которые обслуживают отрасль мониторинга энергии, поставляя ряд продуктов, включая наши прецизионные трансформаторы тока. Эта линейка продуктов включает в себя варианты гибких трансформаторов тока Роговского, датчики тока с разъемным сердечником (размыкающего типа), тороидальные датчики тока (неразмыкающего типа) и различные прецизионные трансформаторы напряжения.

Наша цель – как можно быстрее предложить нашим клиентам продукцию самого высокого качества, независимо от объема их заказа, и мы всегда следим за тем, чтобы наши цены были очень конкурентоспособными.Поскольку мы работаем вместе с оффшорной компанией, у нас очень низкие затраты на выбросы углерода. На самом деле, это самые низкие показатели во всем западном полушарии. В результате ни один другой поставщик не может конкурировать с нашими ценами.

Наша компания полностью сертифицирована по стандарту ISO 9001:2008. Это доказывает качество нашей продукции и тот факт, что мы стремимся к совершенствованию. Вся наша продукция, от электрического трансформатора до обратноходового трансформатора и от понижающего трансформатора до управляющего трансформатора, соответствует одним и тем же сертификатам ISO.

Наша производственная и инженерная организация полностью укомплектована персоналом. Это позволяет нам разрабатывать инновационные конструкции, такие как изолирующий трансформатор и трансформатор на 24 В. Мы также можем создавать из распечатанных материалов или разрабатывать совершенно новые устройства в соответствии со спецификациями. Так, например, мы разработали наши трансформаторы низкого напряжения и трансформаторы высокого напряжения, которые оказались очень популярными. Наша цель – построить долгосрочные профессиональные отношения с нашими клиентами, а это означает, что если у них есть особые потребности, которые они хотят применить, например, к стандартному силовому трансформатору или к гибкому датчику переменного тока RCT-350T, мы сделаем все возможное. чтобы добиться этого.

Мы предлагаем огромный выбор датчиков тока, трансформаторов тока, катушек с гибким сердечником (по Роговскому), трансформаторов тока с разъемным сердечником и многого другого. Что бы вам ни понадобилось для правильной работы, у нас есть то, что вам нужно, и мы всегда приложим все усилия. Показать меньше

В Magnelab вы сможете найти огромный ассортимент трансформаторов тока, датчиков тока, трансформаторов тока с разъемным сердечником, катушек Роговского с гибким сердечником и многого другого. Особое значение для датчиков имеет их линия трансформатора постоянного тока.Мы хотим убедиться, что у вас есть все инструменты, которые могут вам понадобиться для правильной работы с электричеством. Благодаря этому наш каталог товаров предлагает несколько вариантов. Тем не менее, можно сузить результаты, чтобы найти нужный продукт, включая типы, продукты или спецификации. Если после этого вы так и не нашли искомый товар, то свяжитесь с нами и мы постараемся определить нужный вам товар. Кроме того, мы рады персонализировать многие из предлагаемых нами продуктов.Например, вы можете запросить установку нестандартного разъема, большую длину провода или уникальное выходное напряжение, и это лишь некоторые из них.
Трансформатор постоянного тока может использовать принцип эффекта Холла. Это означает, что выходное напряжение изменяется в зависимости от магнитного поля, с которым контактирует датчик. Эти датчики используются для позиционирования, бесконтактного переключения, измерения тока и определения скорости. Сам эффект Холла был открыт в 1879 году Эдвином Холлом. Эффект описывает «напряжение Холла», когда через любой тип электрического проводника создается различное напряжение.Это напряжение поперечно самому электрическому току, а также имеет перпендикулярное магнитное поле по отношению к току.
Преобразователь тока использует коэффициент Холла, который представляет собой отношение индуцированного электрического поля к произведению плотности тока и приложенного магнитного поля. Материал, который используется при создании проводника, имеет определенные применимые к этому характеристики. Однако из-за этого значение варьируется в зависимости от количества, типа и других свойств того, что когда-либо несет заряд, составляющий ток.Если известно магнитное поле, то расстояние можно определить по пластинке Холла. Используя несколько датчиков вместе, можно определить относительное положение магнита.
Это отличается от устройства, которое принимает переменный ток и преобразует его в постоянное напряжение, например, датчик тока DCT-0016-100.
Трансформатор постоянного тока часто используется вместе со схемой, которая позволяет машине действовать в цифровом виде (включаться или выключаться). Поэтому его часто называют переключателем.Мы видим это в различных промышленных приложениях, а также в бытовом оборудовании. Поскольку они настолько точны и надежны, они становятся все более и более распространенными.
Трансформатор постоянного тока часто используется для измерения скорости вращения вала или колеса. Это может быть тахометр, двигатель внутреннего сгорания или антиблокировочная система торможения. Их также можно использовать в электродвигателях, чтобы определить, где находится постоянный магнит. Если магниты расположены на одинаковом расстоянии друг от друга, напряжение датчика будет достигать пика дважды за каждый отдельный оборот.Мы часто видим это, чтобы убедиться, что диски имеют правильную скорость.

Объяснение новой технологии преобразователя тока DC-CT

Недавно представленный анализатор мощности нового поколения SIRIUS XHS — это гигантский скачок в технологии сбора данных и АЦП. В нем используется новая технология HybridADC (аналогово-цифровой преобразователь), разработанная специально для новых систем сбора данных SIRIUS XHS.

Технология HybridADC

HybridADC обеспечивает частоту дискретизации 15 Мвыб/с с широкой полосой пропускания 5 МГц , а также высокодинамичный сбор данных без наложения спектров с частотой дискретизации до 1 Мвыб/с.Все объединено в одном устройстве. Это прорыв в мире сбора данных. Одно устройство заменяет то, что традиционно требовало двух полностью разделенных устройств сбора данных.

Новая технология HybridADC от Dewesoft

Устройство сбора данных SIRIUS XHS-PWR для тестирования электромобилей со встроенным высокоточным широкополосным преобразователем постоянного тока на основе датчика потока Platiše

В линейку

SIRIUS XHS также входит устройство, предназначенное для тестирования электромобилей E-Mobile, которое называется SIRIUS XHS-PWR .Устройство сбора данных предназначено для непосредственного измерения тока, напряжения и мощности в автомобиле.

Он объединяет инновационную технологию измерения тока DC-CT® (датчик постоянного тока) от ISOTEL для точных измерений тока в самых требовательных приложениях, таких как очень высокие пики тока, а также измерение тока утечки.

SIRIUS XHS-PWR со встроенным преобразователем тока DC-CT

В преобразователе тока используется запатентованная технология DC-CT® , основанная на датчике потока Platiše.DC-CT является зарегистрированной торговой маркой ISOTEL. Он представляет собой новейшую технологию измерения тока с диапазонами 100 А, 500 А, и 1000 А, широкой полосой пропускания 1 МГц и максимальной производительностью. Превосходная линейность, точность, точность, устойчивость к внешним магнитным полям, малые смещения, чрезвычайно низкотемпературный дрейф достигаются при работе с малой мощностью.

Устройство также может напрямую измерять напряжение до Пиковое значение 2000 В (CAT II 1000 В)  с полосой пропускания до 5 МГц .

Ознакомьтесь с полными техническими характеристиками SIRIUS XHS-PWR.

Устройство чрезвычайно компактно и идеально подходит для непосредственной установки в транспортное средство, где через устройство проходят линии электропередач. Он имеет степень защиты от окружающей среды IP65 , что позволяет использовать его в суровых условиях и во время тяжелых поездок.

Давайте более подробно рассмотрим, как работает новая технология DC-CT.

Что такое технология DC-CT® и как она работает?

DC-CT представляет собой инновационный принцип изолированного измерения постоянного и переменного тока.В магнитном сердечнике магнитный поток может быть измерен только в том случае, если он непостоянный, переменный или переменный. Поскольку постоянный ток создает постоянный магнитный поток, инновационный принцип периодически перераспределяет этот поток между двумя или более путями в одном сердечнике. Если мы наблюдаем этот магнитный поток только с одного пути, он кажется переменным и поэтому легко измеряется простой обмоткой, напряжение которой пропорционально измеряемому току.

Это было достигнуто за счет изобретения управляемого током переменного сопротивления – жизненно важного компонента, состоящего из своего рода бесконечной обмотки, встроенной в беззазорный сердечник, сохраняющий все хорошие свойства материалов с высокой проницаемостью.Этот новый тип датчика потока назван в честь изобретателя: Platiše Flux Sensor , а изобретение зарегистрировано под зарегистрированным товарным знаком DC-CT® под номером ISOTEL .

По сравнению с широко используемыми датчиками Холла, вставленными в магнитный сердечник, решение DC-CT не создает никакого воздушного зазора, сохраняя очень высокую чувствительность и устойчивость к внешним магнитным полям. Кроме того, новый принцип измерения DC-CT не зависит от температуры.

Сравнивая этот принцип с наиболее широко используемыми феррозондовыми преобразователями высокого класса , феррозондовый метод добавляет энергию в сердечник, чтобы чередовать поток между максимальным и минимальным рабочими пределами сердечника, потребляя значительное количество энергии. Значение измерительного тока может быть извлечено из 2-й гармоники , широтно-импульсной модуляции в автоколебательных решениях или другими методами.

Высококачественные феррозондовые решения требуют трех сердечников вместо одного, как в случае преобразователя тока DC-CT.Два из них необходимы для обнаружения, работающих в противоположных направлениях, чтобы уменьшить вносимый шум, а третий используется для расширения полосы пропускания переменного тока. Феррозонд повторно сбрасывает сердечник, в то время как DC-CT по запросу только размагничивает сердечник.

Сравнительная таблица DC-CT с другими типами датчиков тока:

  Тип Изолированный Диапазон Полоса пропускания Линейность Точность Темп.дрифт Расход
DC-CT DC/AC Да Высокий Высокий Отлично Очень высокий Очень низкий уровень Средний
Феррозонд DC/AC Да Высокий Высокий Отлично Отлично Низкий Высокий
Холл DC/AC Да Высокий Средний Средний Средний Высокий Низко-средний
Шунт DC/AC Средний Средний Хорошо Высокий Средний Высокий
Роговский АС Да Высокий Высокий Хорошо Средний Низкий Низкий
КТ АС Да Высокий Средний Средний Средний Низкий Низкий

DC-CT является энергоэффективным, компактным, малошумным и экономичным.Существующие продукты варьируются от 2 А до 2000 А, с полосой пропускания до 1 МГц и заданной точностью от 0,1% до 0,01%. Другие потенциальные области применения включают датчики дифференциального тока постоянного/переменного тока класса B+.

Устройство сбора данных SIRIUS XHS-PWR компании Dewesoft для испытаний электромобилей

Связанные документы

Transformer — Energy Education

Рис. 1. Трансформатор, установленный на подушке для распределения электроэнергии. [1]

Трансформатор представляет собой электрическое устройство, использующее электромагнитную индукцию для передачи сигнала переменного тока (AC) из одной электрической цепи в другую, часто изменяя (или «трансформируя») напряжение и электрический ток.Трансформаторы не пропускают постоянный ток (DC) и могут использоваться для извлечения постоянного напряжения (постоянного напряжения) из сигнала, сохраняя при этом изменяющуюся часть (переменное напряжение). В электрической сети трансформаторы играют ключевую роль в изменении напряжения, чтобы уменьшить потери энергии при передаче электроэнергии.

Трансформаторы изменяют напряжение электрического сигнала, выходящего из электростанции, обычно повышая (также известное как «повышение») напряжения. Трансформаторы также снижают («понижают») напряжение на подстанциях и в качестве распределительных трансформаторов. [2] Трансформаторы также используются в составе устройств, как и трансформаторы тока.

Как работают трансформаторы

Часто кажется удивительным, что трансформатор сохраняет общую мощность неизменной при повышении или понижении напряжения. Следует иметь в виду, что при повышении напряжения ток падает:

[математика]P=I_1 V_1 = I_2 V_2 [/math]

Трансформаторы используют электромагнитную индукцию для изменения напряжения и тока.Это изменение называется действием трансформатора и описывает, как трансформатор изменяет сигнал переменного тока с его первичной на вторичную составляющую (как в приведенном выше уравнении). Когда сигнал переменного тока подается на первичную катушку, изменяющийся ток вызывает изменение магнитного поля (становится больше или меньше). Это изменяющееся магнитное поле (и связанный с ним магнитный поток) будет проходить через вторичную катушку, индуцируя напряжение на вторичной катушке, тем самым эффективно соединяя вход переменного тока с первичного компонента на вторичный трансформатор.Напряжение, приложенное к первичному компоненту, также будет присутствовать во вторичном компоненте.

Как упоминалось ранее, трансформаторы не пропускают вход постоянного тока. Это известно как изоляция постоянного тока. [2] Это связано с тем, что изменение тока не может быть вызвано постоянным током; это означает, что нет изменяющегося магнитного поля, индуцирующего напряжение на вторичном компоненте.

Рисунок 1. Простой работающий трансформатор. [3] Ток [math]I_p[/math] приходит вместе с напряжением [math]V_p[/math].Ток проходит через [math]N_p[/math] обмотки, создавая магнитный поток в железном сердечнике. Этот поток проходит через [math]N_s[/math] петель провода в другой цепи. Это создает ток [math]I_s[/math] и разность напряжений во второй цепи [math]V_s[/math]. Электрическая мощность ([math]V\times I[/math]) остается прежней.

Основополагающим принципом, позволяющим трансформаторам изменять напряжение переменного тока, является прямая зависимость между отношением витков провода в первичной обмотке ко вторичной обмотке и отношением первичного напряжения к выходному напряжению.Отношение числа витков (или петель) в первичной обмотке к числу витков во вторичной обмотке известно как отношение витков . Соотношение витков устанавливает следующую зависимость от напряжения:

[math]\frac{N_p}{N_s} = \frac{V_p}{V_s}=\frac{I_s}{I_p}[/math]
  • [math]N_p[/math] = количество витков в первичной обмотке
  • [math]N_s[/math] = количество витков во вторичной обмотке
  • [math]V_p[/math] = напряжение на первичной обмотке
  • [math]V_s[/math] = Напряжение на вторичной обмотке
  • [math]I_p[/math] = Ток через первичную обмотку
  • [math]I_s[/math] = Ток во вторичной обмотке

Из этого уравнения, если количество витков в первичной обмотке больше, чем количество витков во вторичной обмотке ([math]N_p \gt N_s [/math]), то напряжение на вторичной обмотке будет на меньше, чем на , чем в первичной обмотке.Это известно как «понижающий» трансформатор, потому что он снижает или понижает напряжение. В таблице ниже показаны распространенные типы трансформаторов, используемых в электрической сети.

Тип трансформатора Напряжение Передаточное отношение Текущий Мощность
Шаг вниз входное (первичное) напряжение > выходное (вторичное) напряжение [математика]N[/математика] p >[математика]N[/математика] s [математика]I[/math] p <[math]I[/math] s [math]P[/math] p =[math]P[/math] s
Шаг вверх входное (первичное) напряжение < выходное (вторичное) напряжение [математика]N[/math] p <[math]N[/math] s [математика]I[/математика] p >[математика]I[/math] s [математика]P[/math] p =[math]P[/math] s
Один к одному входное (первичное) напряжение = выходное (вторичное) напряжение [математика]N[/математика] p =[математика]N[/математика] с [математика]I[/математика] p =[математика]I[/math] s [math]P[/math] p =[math]P[/math] s

Преобразователь один к одному будет иметь одинаковых значений для всего и используется в основном для целью обеспечения изоляции постоянного тока.

Понижающий трансформатор будет иметь более высокое первичное напряжение , чем вторичное напряжение, но более низкое значение первичного тока , чем его вторичный компонент.

В случае повышающего трансформатора первичное напряжение будет ниже вторичного напряжения, что означает больший первичный ток , чем вторичный компонент.

Эффективность

В идеальных условиях напряжение и ток изменяются на один и тот же коэффициент для любого трансформатора, что объясняет, почему значение первичной мощности равно значению вторичной мощности для каждого случая в приведенной выше таблице.Когда одно значение уменьшается, другое увеличивается, чтобы поддерживать постоянный равновесный уровень мощности. [2]

Трансформаторы могут быть очень эффективными. Трансформаторы большой мощности могут достигать отметки эффективности 99% в результате успехов в минимизации потерь трансформатора. Однако мощность трансформатора всегда будет несколько ниже, чем на входе, так как полностью исключить потери невозможно. Есть некоторое сопротивление трансформатора.

Чтобы узнать больше о трансформерах, см. гиперфизику.

Для дальнейшего чтения

Для получения дополнительной информации см. соответствующие страницы ниже:

Каталожные номера

Трансформатор тока с компенсацией постоянного тока — датчики PMC

(Базель). 2016 янв; 16(1): 114.

Павел Рипка

1 Факультет электротехники Чешского технического университета, Technicka 2, 166 27 Praha 6, Чешская Республика; [email protected]

Карел Дракслер

1 Факультет электротехники, Чешский технический университет, Technicka 2, 166 27 Praha 6, Чешская Республика; зк[email protected]

Renata Styblíková

2 Чешский институт метрологии, V Botanice 4, 150 72 Praha 5, Чешская Республика; [email protected]

Андреас Хюттен, академический редактор

1 Факультет электротехники, Чешский технический университет, Technicka 2, 166 27 Praha 6, Чешская Республика; [email protected] 2 Чешский институт метрологии, V Botanice 4, 150 72 Praha 5, Чешская Республика; [email protected]

Эта статья является расширенной версией нашей статьи, опубликованной в «Трансформаторе тока с компенсацией постоянного тока».В материалах Международной конференции IEEE по приборостроению и измерительным технологиям (I2MTC) 2014 г., Монтевидео, Уругвай, 12–15 мая 2014 г.

Поступила в редакцию 15 ноября 2015 г .; Принято 12 января 2016 г.

Авторские права © 2016 принадлежат авторам; лицензиат MDPI, Базель, Швейцария. Эта статья цитировалась другими статьями в PMC.

Abstract

Измерительные трансформаторы тока (ТТ) измеряют переменный ток. Постоянная составляющая измеряемого тока может насытить трансформатор и вызвать грубую ошибку.Мы используем обнаружение феррозонда и цифровую компенсацию обратной связи потока постоянного тока, чтобы подавить общую ошибку до 0,15%. Эта концепция может быть использована не только для высокопроизводительных ТТ с нанокристаллическим сердечником, но и для недорогих ТТ с сердечниками FeSi. Описанный здесь метод позволяет одновременно измерять составляющую постоянного тока.

Ключевые слова: трансформатор тока , датчик тока, допуск по постоянному току

1. Введение

На измерительные трансформаторы тока (ТТ) может сильно влиять постоянная составляющая измеряемого тока [1,2,3].Это стало серьезной проблемой, поскольку в электросети очень распространены постоянные токи. Исторически они были созданы геомагнитными бурями. Однако в последнее десятилетие все чаще их создают бестрансформаторные силовые инверторы, ставшие стандартными в солнечных и ветровых электростанциях [4]. Составляющая постоянного тока этих инверторов обычно компенсируется контуром обратной связи, управляемым датчиком постоянного тока. Большинство этих датчиков представляют собой устройства на эффекте Холла, которые имеют большой дрейф в зависимости от температуры и времени, что приводит к сбою компенсации постоянного тока.Значительная составляющая постоянного тока также вызвана промежуточными выпрямителями, которые используются обманщиками клиентов для снижения их счетов за электроэнергию. В этом случае составляющая постоянного тока составляет 60 % от I (50 Гц).

Биполярное насыщение ТТ может быть обнаружено численно [5], а первичная информация о токе может быть восстановлена ​​с помощью различных программных методов [6,7] и аппаратных методов [8,9]. Только небольшое число авторов применили подобные методы для случая униполярного насыщения [10].

В этой статье мы обсуждаем существующие методы увеличения сопротивления постоянного тока трансформаторов тока и представляем метод подавления постоянного намагничивания с помощью аппаратной обратной связи.

Допустимое отклонение постоянного тока является хорошо известной проблемой бытовых счетчиков электроэнергии, которая может быть изменена путем частичного выпрямления на стороне потребителя. ТТ, устойчивые к постоянному току, используют две технологии:

  1. Композитный сердечник трансформатора, состоящий из сердечника с высокой проницаемостью и сердечника с высоким насыщением. В [11] показано, что эти сердечники могут выйти из строя, если коэффициент мощности значительно меньше 1. Этот эффект можно лишь частично компенсировать численной коррекцией фазовой задержки [12].

  2. Сердечники с высоким насыщением, изготовленные путем отжига нанокристаллических лент под напряжением. Отжиг под напряжением можно проводить на намотанных сердечниках [13] или непрерывно на ленте перед намоткой [14], несмотря на хрупкость нанокристаллических материалов. Отжиг под напряжением вводит анизотропию с легкой осью, перпендикулярной длине ленты. Это снижает коэрцитивную и магнитную проницаемость, делает характеристики намагничивания линейными и увеличивает поле насыщения. Из-за низкой проницаемости эти керны имеют большую фазовую ошибку порядка 5°.Однако из-за большой линейности сердечников проницаемость постоянна, и поэтому фазовая ошибка постоянна в широком диапазоне измеряемых токов. Постоянная фазовая ошибка может быть легко компенсирована до конечной точности 0,05°.

Однако упомянутые здесь методы не используются для построения больших трансформаторов тока. Влияние составляющей постоянного тока на точность больших ТТ обычно не документируется производителями, и по этой теме опубликовано лишь небольшое количество статей.

Мы показали эффективный способ измерения постоянного тока в электросети с помощью защиты трансформаторов тока, которые уже установлены во всей сети [15]. Это в ряде случаев является предпочтительным решением с учетом затрат и трудностей, связанных с установкой новых магнитных или оптических датчиков постоянного тока на высоковольтных линиях и распределительных станциях [16,17,18]. Недавно мы также показали, что, используя трансформатор возбуждения с низким импедансом и ручную компенсацию, можно удерживать 0.1% точность измерения переменного тока этих трансформаторов тока [19]. Однако цель компенсации составляющей постоянного тока с обратной связью сталкивается с проблемами стабильности. Основные проблемы здесь следующие:

  1. Большая нелинейность и гистерезис ТТ при наличии постоянного тока.

  2. Частоты измеряемого тока и тока возбуждения находятся в непосредственной близости, поэтому их трудно разделить с помощью аналогового фильтра — фильтр должен быть крутым, что сдвигает фазу и ухудшает стабильность.

В этой статье мы показываем, что автоматическая компенсация потока постоянного тока возможна с использованием цифровой петли обратной связи. Мы также показываем, что ТТ с компенсацией постоянного тока может быть изготовлен с одной обмоткой и без трансформатора возбуждения. Таким образом, конструкция нашего устройства проще, чем двухъядерное решение, описанное в [20, 21].

Измерения в этой статье выполнены на двух трансформаторах тока:

  1. Широко распространен измерительный КТ с сердечником из ориентированной кремнистой стали — эти измерения уже описаны в [22].

  2. КТ с нанокристаллическим ядром с низкой остаточной намагниченностью.

Сначала мы проверяем устойчивость обоих трансформаторов к постоянному току и их работу в феррозондовом режиме. На основе этого бенчмаркинга мы выбираем один из них для конечного устройства.

2. Измеряемые трансформаторы

Обычный трансформатор тока CT1 типа CLA 2.2 (MT Brno, Чехия) имеет коэффициент трансформации 500 A/5 A и номинальную выходную нагрузку 5 ВА, что соответствует номинальной нагрузке 0 .2 Ом. Для этой нагрузки погрешность составляет менее 0,1 % от 5 % до 120 % номинального первичного тока (ПТ) 500 А [15]. В наших измерениях мы нагружаем этот ТТ чувствительным резистором 0,1 Ом, чтобы компенсировать дополнительные импедансы в измерительной цепи. Этот ТТ представляет собой класс недорогих устройств средней производительности. Основным недостатком является высокая остаточная намагниченность, приводящая к фатальной ошибке после намагничивания ТТ постоянным током [3,23].

Второй трансформатор CT2 с сердечником из нанокристаллического материала является представителем высокопроизводительных устройств.Сердечник размером 140/100 × 20 мм производства NPAY обладает высокой проницаемостью, низкой коэрцитивной силой и низкой остаточной намагниченностью. Благодаря этому он легко восстанавливается после намагничивания постоянным током даже при низком измеряемом переменном токе. Этот трансформатор имеет коэффициент тока 500 А/1 А и номинальную выходную нагрузку 1 ВА, что соответствует номинальной нагрузке 1 Ом. Более низкая выходная нагрузка этого трансформатора соответствует тенденции использования устройств в качестве электронных счетчиков мощности и энергии.

3. Допуск по постоянному току стандартного трансформатора тока

Чтобы сравнить оба измеряемых трансформатора, мы сначала измерили влияние постоянного тока на их точность.Точность проверялась путем сравнения ТТ с компаратором тока Tettex 4764 (Tettex Instruments, Haefely Test AG, Базель, Швейцария) с использованием дифференциального метода. Измерение погрешности проводилось с помощью цифрового синхронного усилителя SRS 830 (Stanford Research Systems, Inc., Саннивейл, Калифорния, США). Точность этого метода была подтверждена независимыми измерениями с использованием испытательного набора с автоматическим трансформатором Tettex 2767 (Tettex Instruments, Haefely Test AG, Базель, Швейцария). Постоянный ток моделировался внешней 15-витковой обмоткой.Чтобы предотвратить нагрузку трансформатора из-за малого импеданса источника постоянного тока, источник постоянного тока был развязан по переменному току дросселем с большой индуктивностью.

Результаты этого измерения показаны для CT1 и для CT2. Влияние большого постоянного тока разрушительно: постоянный ток 50 А в CT1 может вызвать погрешность от 10 до 40 % при измерении тока и мощности. Ошибка амплитуды для данного I DC уменьшается с увеличением измеряемого переменного тока. Это вызвано уменьшением относительной асимметрии процесса намагничивания.При переменном токе около 100 А погрешность достигает минимума, а при больших токах снова возрастает. Вероятно, это вызвано ограничениями мощности нашего усилителя.

Ошибка отношения ε I и ошибка фазы δ I трансформатора тока 500 A/5 A CT1 как функция паразитного постоянного тока I 1DC . Измеренный переменный ток I 1AC — это параметр.

Ошибка отношения ε I и ошибка фазы δ I трансформатора тока 500 A/1 A CT2 для нулевого постоянного тока и I DC = 5 A в зависимости от измеренного тока I 1 .

Влияние угловой ошибки на погрешность измерения мощности зависит от коэффициента мощности cos φ измеряемой нагрузки. Для резистивной нагрузки активная мощность равна полной мощности S, а влияние δ мало. При малых значениях cos φ измеренная активная мощность P = S cos(φ + δ) очень чувствительна к фазовой ошибке δ.

Ошибка для ТТ2 аналогична как по амплитуде, так и по фазе. В этом аспекте более дорогой нанокристаллический материал не имеет преимуществ перед ядром из SiFe.

4. Феррозондовый режим для обнаружения постоянного тока (измерения без обратной связи)

Постоянная составляющая потока в сердечнике ТТ может быть обнаружена дополнительным датчиком, вставленным в воздушный зазор сердечника, например, пластиной Холла или магнитострикционным элементом [24]. Основным недостатком воздушного зазора является то, что он искажает симметрию магнитопровода, что приводит к зависимости от положения проводника тока в кольце датчика и повышенным утечкам внешних магнитных полей в чувствительный сердечник, вызывающим чувствительность к внешним воздействиям. электрические токи [25].Поэтому мы используем сердечник без воздушного зазора и обнаруживаем поток с помощью феррозондового эффекта [26,27]. Нелинейная кривая намагничивания ТТ смещается потоком постоянного тока, создаваемым измеряемым постоянным током, и становится несимметричной. В нашем случае ТТ возбуждается током f exc = 370 Гц I exc , подаваемым во вторичную обмотку усилителем мощности Kepco BOP 50–8 M. Усилитель мощности имеет очень маленькое выходное сопротивление (R из = 50 мОм), что создает синусоидальный поток B.Несимметричная характеристика намагничивания вызывает четные гармонические составляющие напряженности магнитного поля H внутри сердечника ТТ. Поскольку H пропорционально I, мы обнаруживаем вторую гармоническую составляющую f ex в токе возбуждения I ex с помощью цифрового синхронного усилителя 1 SR 830, который измеряет падение напряжения на нагрузке 0,1 Ом. Осциллограммы I и для нескольких значений I DC показаны на . Без составляющей постоянного тока I и близки к синусоиде, но сердечник находится в начале насыщения (верхняя кривая).Такая малая амплитуда возбуждения нетипична для феррозонда, который обычно требует глубокого насыщения сердцевины датчика. В нашем случае для экономии энергии использовался малый ток возбуждения. Даже небольшая составляющая постоянного тока в первичной обмотке вызывает несимметричное намагничивание сердечника. Поскольку источник возбуждения имеет низкий импеданс, напряжение по-прежнему вынуждено быть синусоидальным, и во вторичном токе появляется асимметрия. Измеряемым параметром является составляющая тока второй гармоники. Большие значения вторичного постоянного тока приводят к видимой асимметрии, вызванной униполярным насыщением.Форма тока аналогична форме короткозамкнутого (токового выхода) феррозондового датчика магнитного поля [28], но теоретическое описание характеристик датчика тока должно быть изменено, чтобы соответствовать количественным экспериментальным результатам.

I вместо для нескольких значений I DC ; масштаб по вертикали 1 А/дел. Измерено на CT2.

Следует отметить, что усилитель мощности формирует напряжение возбуждения и одновременно должен поглощать вторичный ток частотой 50 Гц без перегрузки.В существующих компараторах тока эти две функции выполняются с помощью отдельных обмоток возбуждения и считывания. В нашем устройстве мы используем только одинарную обмотку, что создает много трудностей с приборами, но позволяет использовать стандартные трансформаторы, которые уже установлены в сети.

показывает передаточную характеристику постоянного тока, измеренную на ТТ2: зависимость второй гармоники во вторичном токе как функцию постоянной составляющей в первичном токе, измеренную в разомкнутом контуре.В первых экспериментах использовались отдельные обмотки возбуждения и измерения. Мы использовали возбуждение синусоидальным током и обнаружение второй гармоники в наведенном напряжении. При токовом возбуждении мы наблюдали большое влияние первичного импеданса на чувствительность по постоянному току. Здесь мы представляем результаты, полученные для возбуждения синусоидального напряжения и обнаружения второй гармоники в измеренном токе. График подтверждает, что стабилизация синусоидального напряжения возбуждения является эффективной стратегией снижения зависимости чувствительности от импеданса сетки, который в реальных условиях изменяется во времени.R 1 = 5 Ом — реалистичное минимальное значение импеданса сетки.

Напряжение второй гармоники В 2 как функция постоянного тока I DC для R 1 = 0 (штриховая линия) и R 1 = 5 Ом (сплошная линия).

Ток возбуждения, вводимый во вторичную обмотку, преобразуется в первичную цепь. Это нежелательно, но инжектируемый первичный ток переменного тока I inj быстро падает с увеличением импеданса первичной обмотки: от 6,5 А для R 1 = 0 до 100 мА для R 1 = 5 Ом.

5. Принцип и конструкция трансформатора тока с компенсацией постоянного тока

В этой статье мы представляем трансформатор постоянного/переменного тока с обратной связью на основе трансформатора тока CT1, чтобы продемонстрировать потенциал нашего решения для повышения производительности трансформатора. недорогая КТ. Структура нашего устройства показана на . Измеряемый ток I 1 протекает через одновитковую первичную обмотку. Этот ток имеет постоянную составляющую, вызывающую постоянный магнитный поток в сердечнике. Мы измеряем этот постоянный поток, используя принцип феррозонда с помощью синхронного усилителя 1, как описано в предыдущем разделе.Трансформатор возбуждается усилителем мощности Kepco BOP 50-8M (KEPCO, INC. Флашинг, Нью-Йорк, США). Этот усилитель мощности связан по постоянному току и служит также для компенсации постоянной составляющей потока.

Трансформатор тока с компенсацией постоянного тока.

Аналоговый выходной сигнал синхронного усилителя 1 подается обратно через усилитель мощности для компенсации потока постоянного тока компенсационным током постоянного тока во вторичной обмотке ТТ. Цифровая природа синхронного усилителя 1 позволяет независимо задавать усиление, частотную характеристику и фазовую задержку в контуре обратной связи.Это помогает добиться стабильной работы даже при сильно нелинейных характеристиках.

6. Отклик постоянного тока

Ток компенсации обратной связи как функция измеренного постоянного тока I 1DC показан на . Характеристика довольно линейная, но чувствительность значительно падает при измерении переменного тока более 100 А. Мы определили, что этот эффект сильно зависит от импеданса в первичной цепи. В стандартной испытательной установке импеданс на частоте 370 Гц в первичной цепи тестируемого ТТ составляет всего 9 мОм.Этот импеданс был рассчитан как отношение первичного напряжения 0,408 В/370 Гц и первичного тока 43,9 А/370 Гц). В этом случае ТТ работает практически в режиме трансформатора тока и в обратном направлении, так что ток возбуждения, вводимый во вторичную обмотку, преобразуется в очень большой ток (обычно от 50 до 100 А) в первичной цепи. Результирующий поток возбуждения очень мал, а чувствительность по постоянному току сильно зависит от рабочей точки, заданной измеренным переменным током.Как только импеданс первичной обмотки увеличивается, ТТ больше не работает в режиме трансформатора тока для тока возбуждения, ток возбуждения, подаваемый в первичную цепь, падает ниже 1 А, а результирующий поток возбуждения становится намного выше. Трансформатор периодически насыщается током возбуждения даже при отсутствии измеряемого переменного тока. В этом случае ТТ работает в правильном феррозондовом режиме. Это делает реакцию на постоянный ток более стабильной и менее зависимой от значения переменного тока.

Реакция замкнутого контура на постоянный ток I 1DC; Измеренный переменный ток I 1AC — параметр. Испытан на низкий импеданс в первичной цепи. Единицами для обеих осей являются ампер-витки (магнитное напряжение).

К счастью, реальная сеть имеет импеданс от 0,2 до 40 Ом, что делает эту проблему менее серьезной.

Полное сопротивление сети переменного тока необходимо было смоделировать для переменного тока 500 А, что было выше пределов нашего экспериментального оборудования.Мы импровизировали, используя силовой индуктор («дроссель»), образованный вторичной обмоткой трансформатора мощностью 60 кВт производства Agea Kull (Дерендинген, Швейцария) (первичная обмотка осталась разомкнутой). Полное сопротивление этой катушки индуктивности при частоте возбуждения 370 Гц составляло 0,08 Ом, что достаточно для уменьшения утечки возбуждения в первичную цепь до 5 А. Полученные характеристики показаны на рис. В настоящее время мы можем стабилизировать контур обратной связи только для переменного тока до 200 А.

Реакция замкнутого контура на постоянный ток при высоком импедансе в первичной цепи. Параметр представляет собой измеренный переменный ток I 1 .

7. AC Precision

ТТ с компенсацией постоянного тока был протестирован с использованием установки, показанной на рис. Для простоты наш ТТ с компенсацией постоянного тока показан только в виде упрощенной схемы. Воздействие постоянной составляющей тока имитируется вспомогательной 15-витковой обмоткой, питаемой от источника постоянного тока. Последовательная катушка индуктивности используется для предотвращения короткого замыкания сигнала переменного тока этой цепью постоянного тока.Измеряемый переменный ток протекает через одновитковую первичную обмотку этого ТТ, а также через компаратор тока. Текущий компаратор является эталоном коэффициента текущей ликвидности с точностью 10 −7 [29]. В то время как блокирующий усилитель 1 является частью электроники ТТ, синхронный усилитель 2 служит для измерения разницы между вторичными токами тестируемого ТТ и токового компаратора. В то время как задание синхронизации 1 получается из сигнала возбуждения, а фаза регулируется для максимальной чувствительности, задание синхронизации 2 получается из источника тока с частотой 50 Гц, а опорная фаза регулируется при измерении полного напряжение на нагрузке компаратора.В нашей установке вычитаются два одинаковых напряжения на нагрузочных резисторах тестируемого ТТ и компаратора тока. Таким образом, АЦП цифрового синхронного усилителя измеряет только текущую ошибку, а не текущее значение. Это дает гораздо лучшую точность, чем когда оба тока измеряются отдельно и вычитается только цифровое значение, как это было реализовано в [30]. Также можно использовать аналогичную схему с одним нагрузочным резистором.

Измерительная установка для проверки точности трансформатора тока с компенсацией постоянного тока с помощью синхронного усилителя.

Измеренные погрешности показаны в . При экстремальных значениях постоянного тока в сочетании с большими переменными токами трансформатор работал в нелинейном режиме, а петля обратной связи находилась на границе устойчивости. На это указывает резко возрастающая ошибка, как показано на кривых для 50 А и 100 А переменного тока. Для 200 А переменного тока контур обратной связи может быть стабилизирован только для постоянного тока ниже 90 А.

Амплитудные и фазовые ошибки трансформатора тока с компенсацией постоянного тока в зависимости от первичного постоянного тока.

8. Выводы

В этой статье мы впервые показали, что автоматическая компенсация постоянного тока в трансформаторе тока возможна с использованием цифровой петли обратной связи. Мы смогли использовать один и тот же усилитель мощности со связью по постоянному току для компенсации обратной связи и для возбуждения. ТТ с компенсацией постоянного тока может быть выполнен с одной обмоткой и без трансформатора возбуждения. Этот принцип работает и для высокотехнологичных КТ с нанокристаллическим ядром. Однако мы продемонстрировали, что для этого устройства можно успешно использовать и недорогой ТТ с сердечником FeSi.В крайнем случае мы уменьшили погрешность амплитуды КТ за счет компенсации постоянного тока с 60% до 0,15%. Даже при наличии измеряемого переменного тока полной шкалы амплитуда паразитного постоянного тока может быть указана с достаточной точностью без необходимости установки новых датчиков.

Предлагаемый метод позволяет повысить точность счетчиков электроэнергии и одновременно контролировать постоянный ток в целях защиты. Мы проверили осуществимость нашего метода лабораторными испытаниями с использованием дорогих и больших инструментов, таких как синхронный усилитель и усилитель мощности.Для промышленного применения эти приборы следует заменить схемами, изготовленными по индивидуальному заказу, чтобы снизить стоимость, размер и энергопотребление.

Благодарности

Эта работа была частично поддержана грантом Чешского научного фонда P102-12-2177.

Вклад авторов

Все авторы проводили эксперименты и анализ данных. Павел Рипка написал статью на основе отзывов Карела Дракслера и Ренаты Стыбликовой.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Ссылки

1. Каппенман Дж.Г., Альбертсон В.Д., Мохан Н. Характеристики трансформатора тока и реле в присутствии геомагнитно-индуцированных токов. IEEE транс. Энергетический аппар. Сист. 1961; 100: 1078–1088. [Google Академия]2. Бахингер Ф., Хакл А., Хамбергер П., Лейкермозер А., Лебер Г., Пассат Х., Штёссл М. Постоянный ток в трансформаторах: эффекты и компенсация. Электротех. Сообщить. 2013 г.: 10.1007/s00502-012-0114-0. [Перекрестная ссылка] [Академия Google]3. Дракслер К., Стыбликова Р. Влияние намагничивания на погрешности измерительных трансформаторов.Дж. Электр. англ. 2010;61:50–53. [Google Академия]4. Бутичи Г., Лоренцани Э., Франческини Г. Стратегия компенсации смещения постоянного тока в бестрансформаторных силовых преобразователях, подключенных к сети. IEEE транс. Мощность Делив. 2011;26:2743–2751. doi: 10.1109/TPWRD.2011.2167160. [Перекрестная ссылка] [Академия Google]5. Скеттино Б.М., Дуке К.А., Сильвейра П.М., Рибейро П.Ф. и Серкейра А.С. Новый метод обнаружения насыщения трансформатора тока в присутствии шума. IEEE транс. Мощность Делив. 2014;29:1760–1767. дои: 10.1109/TPWRD.2013.2294079. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 6. Хорашади-Заде Х., Санайе-Пасанд М. Коррекция вторичного тока трансформаторов тока насыщения с использованием ИНС. IEEE транс. Мощность Делив. 2006; 21:73–79. doi: 10.1109/TPWRD.2005.858799. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 7. Ребизант В., Беймерт Д. Обнаружение насыщения трансформатора тока с помощью генетически оптимизированных нейронных сетей. IEEE транс. Мощность Делив. 2007; 22: 820–827. doi: 10.1109/TPWRD.2007.893363. [Перекрестная ссылка] [Академия Google]8. Даварпанах М., Санайе-Пасанд М., Иравани Р. Подход к подавлению насыщения для трансформатора тока — Часть I: Основные концепции и конструкция. IEEE транс. Мощность Делив. 2013; 28:1928–1935. doi: 10.1109/TPWRD.2013.2253496. [Перекрестная ссылка] [Академия Google]9. Даварпанах М., Санайе-Пасанд М., Иравани Р. Подход к подавлению насыщения для трансформатора тока — Часть II: Оценка производительности. IEEE транс. Мощность Делив. 2013; 28:1936–1943. doi: 10.1109/TPWRD.2013.2253497. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 10. Кан Ю.С., Лим Ю.Дж., Кан С.Х., Кроссли П.A. Компенсация искажения вторичного тока, вызванного насыщением и остаточной намагниченностью в ТТ. IEEE транс. Мощность Делив. 2004;19:1642–1649. doi: 10.1109/TPWRD.2004.835266. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 11. Млейнек П., Кашпар П. Слабые места датчиков тока в счетчиках статической энергии. Дж. Электр. англ. 2010;61:17–20. [Google Академия] 12. Макнил Н., Даймонд Х., Меллор П.Х. Недорогой электронный датчик тока с высокой точностью для измерения электроэнергии. IEEE транс. Мощность Делив. 2011;26:2309–2317. дои: 10.1109/TPWRD.2011.2159998. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 13. Гюнтер В. Процесс отжига под напряжением, подходящий для производства низкопроницаемых нанокристаллических ленточных сердечников. Дж. Маг. Маг. Матер. 2005; 290–291:1483–1486. doi: 10.1016/j.jmmm.2004.11.555. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 14. Варга Л.К. Материалы высокочастотных индукторов. Дж. Электрон. Матер. 2014;43:117–120. doi: 10.1007/s11664-013-2787-5. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 15. Рипка П., Дракслер К., Стыбликова Р. Измерение постоянного тока в энергосистеме с помощью трансформатора тока.IEEE транс. Маг. 2013;49:73–76. doi: 10.1109/TMAG.2012.2216862. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 16. Оуян Ю., Хе Дж., Ху Дж., Ван С.Х. Датчик тока, основанный на эффекте гигантского магнитосопротивления: дизайн и возможные приложения для интеллектуальных сетей. Датчики. 2012;1211:15520–15541. doi: 10.3390/s121115520. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]17. Млейнек П., Вопаленски М., Рипка П. Устройство измерения тока AMR. Сенсорные приводы A Phys. 2008; 141: 649–653. doi: 10.1016/j.sna.2007.10.016. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 18.Зубиа Дж., Касадо Л., Алдабалдетреку Г., Монтеро А., Зубиа Э., Дурана Г. Проектирование и разработка недорогого оптического датчика тока. Датчики. 2013;1310:13584–13595. doi: 10.3390/s131013584. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]19. Рипка П., Дракслер К., Стыбликова Р. Трансформатор переменного/постоянного тока с одной обмоткой. IEEE транс. Магн. 2014;50:1–4. doi: 10.1109/TMAG.2013.2285878. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 20. Веласко-Кесада Г., Роман-Лумбрерас М., Конеса-Рока А., Херес Ф. Проектирование феррозондового преобразователя с низким потреблением для сильноточных измерительных приложений.IEEE Sen. J. 2010; 11: 280–287. doi: 10.1109/JSEN.2010.2054831. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 21. Yang X., Zhang B., Wang Y. Оптимизация технологии двухъядерного феррозонда с обратной связью в прецизионном датчике тока. Дж. Приложение. физ. 2012;111:07E722. дои: 10.1063/1.3677200. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 22. Рипка П., Дракслер К., Стыбликова Р. Трансформатор тока с компенсацией постоянного тока; Материалы конференции IM2TC 2014; Миннеаполис, Миннесота, США. 6–9 мая 2014 г. [Google Scholar]23. Бауэр Дж., Рипка П., Дракслер К., Стыбликова Р.Размагничивание трансформаторов тока с использованием нагрузки PWM. IEEE транс. Магн. 2015;51:1–4. doi: 10.1109/TMAG.2014.2356574. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 24. Шриттвизер Л., Мауэрер М., Бортис Д., Ортис Г., Колар Дж.В. Новый принцип измерения потока в приложении датчика постоянного и переменного тока. IEEE транс. 2015; 51:4100–4110. doi: 10.1109/TIA.2015.2434875. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 26. Калуца ​​Ф., Грюгер А., Грюгер Х. Новые и будущие применения феррозондовых датчиков. Сенсорные приводы A Phys.2006; 106:48–51. doi: 10.1016/S0924-4247(03)00131-6. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 27. Рипка П., Кубик Дж., Даффи М., Херли В.Г., О’Рейли С. Датчик тока в технологии печатных плат. IEEE Sens. J. 2005; 5:433–438. doi: 10.1109/JSEN.2005.845187. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 28. Примдал Ф., Рипка П., Петерсен Дж.Р., Нильсен О.В. Параметры чувствительности короткозамкнутого феррозонда. Изм. науч. Технол. 1991; 2: 1039–1045. doi: 10.1088/0957-0233/2/11/007. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 29. Мур У.Дж.М., Миляник П.N. Текущий компаратор. Питер Перегрин; Лондон, Великобритания: 1988. [Google Scholar]

Почему трансформатор не работает от источника постоянного тока вместо переменного?

Что происходит, когда первичная обмотка трансформатора подключена к источнику постоянного тока?

Трансформатор — это устройство, которое повышает или понижает уровень переменного тока или напряжения без изменения первичной частоты (т. е. источника входного сигнала).

Трансформатор работает только на переменном токе и не может работать на постоянном токе, т.е. он предназначен для работы только и только на переменном токе и напряжении.Чтобы узнать, что произойдет, если мы подключим источник постоянного тока к первичной обмотке трансформатора, см. следующие примеры, в которых мы сначала подключаем трансформатор к сети переменного тока, а затем к постоянному току.

Похожие сообщения:

Трансформатор, подключенный к сети переменного тока

Предположим, мы подключаем трансформатор к сети переменного тока со следующими данными.

  • Первичное напряжение =  В 1 = 230 В
  • Сопротивление = R 1 = 10 Ом
  • Индуктивность = L = 0.4 Ч
  • Исходная частота = 50 Гц

Давайте посмотрим, какой ток будет течь через первичную обмотку трансформатора в случае переменного тока.

Мы знаем, что сопротивление в переменном токе = Импеданс

Полное сопротивление = Z = В / I  в Ом

Где Z = √ (R 2 + X L ) 2 в случае индуктивной цепи.

X Д = 2π f Д

X L = 2 x 3,1415 x 50 Гц x 0,4H

Х Д = 125.67 Ом

Теперь об импедансе

Z = √ (R 2 + X L ) 2

Ввод значений

Z = √ (10 2 Ом + 125,67 2 Ом)

Z = 126,1 Ом

Текущий ток в первичном

I = V/Z

I = 230 В / 126,1 Ом = 1,82 А

Первичный ток при переменном токе = 1,82 А

Похожие сообщения:

Трансформатор, подключенный к источнику постоянного тока

Теперь подключите тот же трансформатор к постоянному напряжению и посмотрите, что произойдет.

Мы знаем, что в постоянном токе нет частоты, то есть f = 0. Следовательно, индуктивное сопротивление X L было бы равно нулю, если мы положили f = 0 в X L = 2π f L.

Таким образом, ток в первичной обмотке трансформатора в случае источника постоянного тока.

И = В / Р

I = 230 В / 10 Ом

Я = 23А.

Первичный ток при постоянном токе = 23 А

Связанные сообщения: 

Приведенный выше расчет показывает, что в первичной обмотке трансформатора будет протекать чрезмерный ток в случае подачи постоянного тока, который сожжет первичные обмотки трансформатора.Это не единственная причина, поскольку ток будет постоянным, теперь давайте посмотрим, что произойдет в случае стационарного тока в трансформаторе.

Если первичная обмотка трансформатора подключена к источнику постоянного тока, первичная обмотка будет потреблять постоянный ток и, следовательно, создавать постоянный поток. Следовательно, обратной ЭДС не будет. Их первичная обмотка будет потреблять чрезмерный ток из-за низкого сопротивления первичной обмотки, потому что мы знаем, что индуктивное сопротивление (X L ) равно нулю из-за формулы индуктивного сопротивления (X L = 2π f L), где частота Источник постоянного тока равен нулю.Таким образом, происходит перегрев и перегорание первичной обмотки или перегорание предохранителя и автоматического выключателя. Необходимо соблюдать осторожность, чтобы не подключить первичную обмотку трансформатора к источнику постоянного тока.

Похожие сообщения:

Почему трансформатор не может работать от постоянного тока вместо переменного?

Если мы приложим постоянное напряжение или ток к первичной обмотке трансформатора, получим следующие результаты

Мы знаем, что

v = L (di/dt)

Где:

  • v = Мгновенное напряжение на первичных обмотках
  • L = индуктивность катушки индуктивности
  • di/dt = Мгновенная скорость изменения тока в А/с

В этом случае напряжение постоянное, т.е.е. DC, Теперь ток (i) будет быстро увеличиваться до насыщения железного сердечника трансформатора.

На этом этапе ток (i) увеличится до опасного уровня и перестанет изменяться. При отсутствии изменения тока (i) наведенное напряжение в первичной обмотке будет равно нулю, поскольку di/dt = 0, что приведет к короткому замыканию обмотки трансформатора с источником постоянного тока.

Когда ток превысит безопасный уровень, произойдет большая потеря мощности, как P = I 2 R .что приведет к повышению температуры до опасного уровня и может привести к взрыву трансформатора, а также может загореться трансформаторное масло.

Или посмотрим по Второй закон Фарадея

e = N dΦ / dt

Где

  • e = ЭДС индукции
  • Н = количество витков
  • dΦ = изменение потока
  • dt = Изменение во времени

В случае подачи постоянного напряжения на трансформатор в первичной обмотке возникнет постоянный поток (Φ) из-за постоянного тока.

Теперь индуцированная ЭДС в первичной обмотке будет равна нулю, поскольку (dΦ/dt = 0), т. е. e = N dϕ/dt = 0 из-за постоянного потока, индуцированного постоянным током.

Мы также знаем, что в источнике постоянного тока нет частоты, а поток обратно пропорционален частоте ( Φ = V / f ), которая насыщает сердечник трансформатора.

Это означает, что первичная обмотка трансформатора образует путь короткого замыкания на дополнительный постоянный ток, который может вывести из строя трансформатор в целом.Именно по этой причине мы не должны подключать трансформатор к источнику постоянного тока вместо переменного тока .

Похожие сообщения:

При каких условиях безопасно подается постоянный ток на первичную обмотку трансформатора?

В большинстве случаев это вопрос типа собеседования по электротехнике и электронике, поэтому давайте посмотрим, как подключить трансформатор к источнику постоянного тока.

Есть два условия, при которых мы можем подключить трансформатор к постоянному току.

  • Пульсирующий постоянный ток в качестве входа
  • Высокое сопротивление последовательно с первичной обмоткой

Пульсирующий постоянный ток в трансформаторе

В этом методе пульсирующий постоянный ток (который содержит пульсации, а не чистую форму установившегося тока) подается на первичную сторону трансформатора.В этом случае отрицательный цикл сбрасывает поток, а временной интеграл напряжения равен нулю в одном полном цикле, что снова способствует сбросу потока в обмотке. Эта концепция используется в SMPS (Switched-Mode Power Supply.

).

Высокий резистор последовательно с трансформатором

Как мы знаем, трансформатор работает только от сети переменного тока. в случае питания постоянным током первичная обмотка трансформатора может начать дымить и гореть. Но есть способ, с помощью которого мы можем управлять трансформатором на постоянном токе (хотя схема бесполезна без выхода), добавив резистор высокого номинала последовательно с первичной обмоткой трансформатора.

Когда первичная обмотка трансформатора должна быть подключена к источнику постоянного тока. последовательно с первичкой подключено большое сопротивление. Это последовательное сопротивление ограничивает первичный ток до безопасного значения постоянного тока и, таким образом, предотвращает перегорание первичной обмотки.

Обратите внимание, что не подключайте трансформатор к источнику постоянного тока без высокого сопротивления последовательно с первичной обмоткой. Потому что в постоянном токе нет частоты, а импеданс (Z) индуктора равен нулю. Если вы поместите Z = 0 в I = V / Z, ток будет слишком высоким i.е. индуктор действует как короткое замыкание на постоянное напряжение и токи.

Похожие сообщения:

SET-Что такое преобразователь тока

Преобразователь тока представляет собой устройство, преобразующее ток в пропорциональный электрический сигнал промышленного стандарта.

В основном преобразователь тока состоит из четырех частей: чувствительного компонента, преобразователя, преобразователя и силовой цепи.

Как работает преобразователь тока?

Входит ток, обычно это ток, напряжение, частота, мощность и т. д. Затем чувствительный компонент определяет электрический параметр и подает сигнал.
После этого сигнал будет передан компоненту преобразования, который может преобразовать сигнал в сигнал слабого тока. Затем он будет передан в схему преобразования, которая обрабатывает слабый сигнал тока и обеспечивает электрический сигнал промышленного стандарта, обычно 0-5 В, 4-20 мА, RS485.
В конце выходной сигнал поступает на оконечное оборудование, такое как дисплей, ПЛК, блок сигнализации, управление автоматикой и т. д.
Преобразователь тока обычно имеет цепь питания, которая обеспечивает питание компонента преобразования и схемы преобразования.

Почему преобразователь тока важен во многих различных промышленных системах?

1. Изолированная функция.

В конструкции преобразователя тока входной ток абсолютно изолирован от выходного тока.Как и в промышленной среде, существует множество помех, которые приводят к неточным сигналам измерений. Использование преобразователя тока позволяет избавиться от помех, поэтому выходной сигнал может полностью представлять измеренный сигнал.

2. Функция преобразования.

Преобразователь тока может преобразовывать любой нестандартный электрический ток в электрический сигнал промышленного стандарта, что значительно упрощает использование оконечного оборудования.

3. Улучшите сигнал для передачи на большие расстояния.

Преобразователь тока может усилить недельный ток до легко принимаемого стандартного сигнала, поэтому выходной сигнал может передаваться на большие расстояния, например, сигнал 4-20 мА может передаваться на расстояние до 1000 метров.

4. Функция безопасности.

Когда преобразователь тока подвергается воздействию высокого напряжения или тока, он переходит в режим защиты, прерывает процесс преобразования, полностью изолирует вход и выход.Так что это сохранит безопасность терминального оборудования, сохранит безопасность всей системы.

Энергетическая система требует некоторых инструментов для контроля и управления ее работой. Раньше эту функцию выполняли электромеханические устройства. С этими устройствами их использование было ограничено близостью к точке измерения. Замена этих механических устройств их электронными эквивалентами позволила системе мониторинга стать более универсальной.Современная система обычно предполагает передачу информации от точки измерения к другим точкам, где эти данные обрабатываются, записываются и используются для контроля параметров системы. Преобразование и передача физических параметров в систему требует использования преобразователей в точках измерения.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.