регистрация /  вход

Пассивные линейные измерительные преобразователи синусоидальных напряжений и токов (стр. 1 из 6)

Курсовая работа

на тему:

"Пассивные линейные измерительные преобразователи синусоидальных напряжений и токов"


1. Первичные измерительные преобразователи тока

К измерительным органам воздействующая величина — ток — обычно подводится от первичных измерительных преобразователей тока. Они обеспечивают изоляцию цепей тока измерительных органов от высокого напряжения и позволяют независимо от номинального первичного тока получить стандартное значение вторичного тока. Наиболее распространенными первичными преобразователями тока являются измерительные трансформаторы тока ТА. В системах электроснабжения применяют также измерительные преобразователи тока, названные магнитными трансформаторами тока. На их основе разработаны так называемые дискретные трансформаторы тока.

Измерительные трансформаторы тока. Они имеют стандартный номинальный вторичный ток lном = 1; 5 А при любых значениях номинального первичного тока lном ; допускается изготовление трансформаторов тока с номинальным вторичным током l2иом = 2; 2,5 А. Трансформаторы тока используют и в сетях напряжением до 1 кВ.

Для правильного действия особенно релейной защиты требуется точная работа трансформаторов тока при токах перегрузки электроустановки и токах КЗ, которые во много раз могут превышать их номинальные первичные токи, особенно в сетях напряжением до 1 кВ. Правильная работа быстродействующих устройств защиты и автоматики должна обеспечиться при переходных процессах в трансформаторах тока. Особенностью измерительных трансформаторов тока является режим короткого замыкания его вторичной цепи. Первичная обмотка трансформатора ТА с числом витков w, включается в цепь первичного тока L, сети, а ко вторичной обмотке с числом витков >2 подключаются цепи тока измерительных органов, например измерительных реле тока КА1, КА2 с относительно малым сопротивлением. Начала и концы обмоток трансформатора тока указываются на их выводах. Выводы первичной обмотки Лх и Л2 , маркируются произвольно, а выводы вторичной обмотки — с учетом принятого обозначения выводов первичной обмотки. При этом за начало вторичной обмотки Я, принимается вывод, из которого мгновенный ток l2 направляется в цепь нагрузки, когда в первичной обмотке ток /, направлен от начала Лх к концу Л2 . При такой маркировке мгновенное значение тока в обмотке реле имеет то же направление, что и при включении его непосредственно в защищаемую цепь.

На рис. 1, о показаны направления токов /,, /2 для некоторого момента времени и принятой намотки витков. Направление магнитного потока Ф, при заданном направлении тока /, определяется по правилу буравчика.

Ток i2 всегда направлен так, что размагничивает магнитопровод. При этом результирующий магнитный поток Ф, согласно закону полного тока, создается совместным действием магнитодвижущих сил и i2 w2 обеих обмоток. Соотношение синусоидальных токов изображается обычно векторной диаграммой. Векторная диаграмма может быть изображена и имеет определенный смысл только при условии, что для каждой из величин выбрано условное положительное направление. Так, из диаграммы следует, что ток l2 отстает по фазе от тока l', на угол у. Это означает, что ток i2 достигает, например, положительного максимального мгновенного значения позже, чем ток ц на время

Однако указанный момент времени становится неопределенным, если неизвестно, какое из двух возможных направлений тока l2 считается положительным. Если для одного положительного направления ток hотстает по фазе от тока l', на угол
, для другого направления тока l2 угол сдвига фаз равен
. Поэтому при построении векторной диаграммы первичного и вторичного токов трансформатора тока ТА необходимо задаться их условными положительными направлениями. Если для первичного тока l, принять положительное направление от начала к концу обмотки, а для вторичного l2 — от конца к началу обмотки, как показано стрелками на рис. 1, о, то векторы МДС первичной и вторичной обмоток оказываются направленными противоположно. При этом, согласно закону полного тока,

Результирующая МДС Епш создается частью тока /,, которая называется током намагничивания, т. е.

В идеальном трансформатЪре результирующая МДС £иам = 0. При этом

или

Токи 12 и L1 равны и совпадают по фазе. Если положительное направление токов /, и /2 принято от начала обмоток к их концам, то МДС обеих обмоток направлены одинаково; а токи /2 и /', изображаются векторами, сдвинутыми по фазе на угол л. В дальнейшем при построении векторных диаграмм условное положительное направление тока /, принимается от начала к концу обмотки, а тока /2 — от конца.к началу. Для реального трансформатора и принятых условных положительных направлениях токов

, откуда
или


Этому соответствует электрическая схема замещения трансформатора тока. Здесь ко вторичной обмотке приведены также сопротивления первичной обмотки Z\ и ветви намагничивания Z'HaM . Эта схема принципиально не отличается от схемы замещения, например, силового трансформатора. В отличие от него трансформатор тока питается от источника тока. Поэтому первичный ток /, и МДС не зависят от режима работы трансформатора тока.

Из схемы замещения видно, что сопротивление первичной обмотки Z\ не влияет на распределение тока между ветвью намагничивания Z'H 2 M и ветвью нагрузки, поэтому из схемы, изображенной на рис. 1.2, б, в соответствии с которой построена векторная диаграмма, оно исключено.

За исходный при построении диаграммы принят ток намагничивания 1'^. Магнитный поток Ф отстает от тока на некоторый угол у, определяемый потерями в стали. Положительное направление ЭДС £2 принято совпадающим с положительным направлением тока £2 , т. е. от конца к началу вторичной обмотки. В связи с этим ЭДС Е2 > наводимая потоком Ф_ во вторичной обмотке, опережает его на угол л/2.

В замкнутой вторичной обмотке проходит ток ^, отстающий от ЭДС £2 на некоторый угол, определяемый соотношением составляющих RujXсопротивлений Z2 и ZH .

По схеме замещения и выражению определяют ток 1\. Из векторной диаграммы видно, что вторичный ток /2 отличается от приведенного первично-' го /| по значению на Д/ и по фазе на угол 8. Ток 1'иш значительно меньше тока 1\, поэтому результирующая МДС FKiM , определяющая рабочий магнитный Поток ф_ и ЭДС £2 , во много раз меньше МДС первичной обмотки Очевидно, что чем меньше сопротивление нагрузки ZH , т. е. чем ближе режим цепи вторичной обмотки к режиму короткого замыкания, тем большая часть тока /.

2. Первичные измерительные преобразователи напряжения

К измерительным органам воздействующая величина — напряжение — обычно подводится от первичных измерительных преобразователей напряжения. Они, как и первичные измерительные преобразователи тока, обеспечивают изоляцию цепей напряжения измерительных органов от высокого напряжения и позволяют независимо от номинального первичного напряжения получить стандартное значение номинального вторичного напряжения U2 n 0 M = 100 В. Распространенной разновидностью первичного измерительного преобразователя напряжения является измерительный трансформатор напряжения ТУ.

Особенностью измерительного трансформатора напряжения является режим холостого хода его вторичной цепи. Первичная обмотка трансформатора ТУ с числом витков щ включается на напряжение сети М\- Под действием напряжения по обмотке w, проходит ток намагничивания /„щ, создающий в магнитопроводе магнитный поток Ф. Магнитный поток, в свою очередь, наводит в первичной w, и вторичной w2 обмотках ЭДС с действующими значениями соответственно £, = 4,44/w,Ф, Е2 = 4,44/й'2 Ф. Отсюда


Отношение называется коэффициентом трансформации и обозначается Ки . В режиме холостого хода ток /2 = 0, а ток в первичной обмотке L\ — £«м- При этом £/> = Е2 и напряжение £/, незначительно отличается от ЭДС £,.

Поэтому

Работа трансформатора с нагрузкой ZH сопровождается прохождением тока 12 и увеличением тока /',. Эти токи создают падение напряжения AUв первичной и вторичной обмотках, вследствие чего U2 = U\ — AU. Из векторной диаграммы следует, что вторичное напряжение U2 отличается от приведенного первичного Щ_х по значению на AUи по фазе на угол" 8. Поэтому трансформатор имеет две погрешности: погрешность напряжения fv = • 100 или вследствие незначительного угла 8