Измерительные преобразователи тока и напряжения

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 12 Декабря 2013 в 03:43, лекция

Краткое описание

Простейшим измерительным преобразователем тока в напряжение является шунт, который представляет собой четырехзажимный резистор. Два входных зажима ,к которым подводится ток I ,называются токовыми, а два выходных зажима с которых снимается напряжение U ,называются потенциальными (Рис.1). К потенциальным зажимам подключается измерительный механизм ИМ. Параметрами, характеризующими шунт, являются номинальное значение входного тока I и номинальное значение выходного напряжения U. Их отношение определяет номинальное сопротивление шунта RШ,НОМ=UНОМ/IНОМ .

Прикрепленные файлы: 1 файл

4 Изм. преобр..doc

— 272.00 Кб (Скачать документ)

ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕИ ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ

Шунты. Простейшим измерительным преобразователем тока в напряжение является шунт, который представляет собой четырехзажимный резистор. Два входных зажима ,к которым подводится ток I ,называются токовыми, а два выходных зажима с которых снимается напряжение U ,называются потенциальными (Рис.1). К потенциальным зажимам подключается измерительный механизм ИМ. Параметрами, характеризующими шунт, являются номинальное значение входного тока I  и номинальное значение выходного напряжения U. Их отношение определяет номинальное сопротивление шунта RШ,НОМ=UНОМ/IНОМ . Шунт также можно

 

Рис. 1   Шунт

 рассматривать  как делитель тока с коэффициентом  деления (шунтирования)

n= I /I0 = (Rш.ном + R0)/Rш,ном

где Iо — ток в измерительном механизме; R0 — сопротивление измерительного механизма, поэтому шунты применяются для расширения пределов измерения механизмов по току. При этом большая часть измеряемого тока проходит через шунт, а меньшая — через измерительный механизм. Шунты имеют малое сопротивление и применяются главным образом в цепях постоянного тока с магнитоэлектрическими измерительными механизмами. Применять шунты с измерительными механизмами других систем нерационально, так как эти измерительные механизмы потребляют большую мощность, что приводит к существенному увеличению сопротивления шунтов и, следовательно, к увеличению их габаритов и потребляемой мощности.

При применении шунтов с измерительными механизмами  на переменном токе возникает дополнительная частотная погрешность вследствие разных зависимостей сопротивлений шунта и измерительного механизма от частоты.

Если необходимо расширить предел измерения в n раз, т. е. чтобы ток Iо был в n раз меньше тока I, то сопротивление шунта должно быть равно

Rш = Rо/(n-1)- 

Шунты изготовляют из манганина. В соответствии с ГОСТ 8042—78 шунты разделяют на- типы: ШС — шунт взаимозаменяемый стационарный; ШП — шунт взаимозаменяемый переносный. Если шунт рассчитан на небольшой ток (до 30 А), то его обычно встраивают в корпус прибора. Для измерения больших токов (до 6000 А) используют приборы с наружными шунтами. В этом случае мощность, рассеиваемая в шунте, не нагревает прибор.

Наружные  шунты имеют массивные Т-образные наконечники из красной меди, Наконечники  служат для отвода теплоты от манганиновых пластин, которые впаяны между ними. Ток подводится к наконечникам с помощью массивных болтов — токовых зажимов. Потенциальные зажимы выполняются в виде двух болтов меньшего размера, расположенных на медных наконечниках. Сопротивление шунта, заключенное между потенциальными зажимами, подгоняется с помощью поперечных пропилов в манганиновых пластинах. Такое устройство шунта устраняет погрешности от контактных сопротивлений.

Рис. 2. Схемы многопредельных шунтов с рычажным переключателем (а), с отдельными выводами (б)

Шунты делаются взаимозаменяемыми, т. е. они рассчитываются на определенные токи и падения напряжения. В соответствии с ГОСТ шунты должны иметь номинальное падение напряжения на потенциальных зажимах: 10, !5, 30, 50, 60, 75, 300 мВ.

В переносных магнитоэлектрических приборах на токи до 30А применяются шунты, изготовленные на несколько пределов измерения I1 ном, I2 ном, I3 ном. На рис. 2 изображены схемы многопредельных шунтов. Такой шунт состоит из нескольких резисторов, переключаемых в зависимости от предела измерения рычажным переключателем (рис. 2, а) или переносом провода с одного зажима на другой (рис. 2, б), т. е. с отдельными зажимами.

По точности шунты  разделяются на классы точности: 0,05, 0,1; 0,2; 0,5 — стационарные; 0,02; 0,05; 0,2 — переносные. Число класса точности обозначает допустимое отклонение сопротивления в процентах его номинального значения.

Добавочные  резисторы. Добавочные резисторы являются измерительными преобразователями напряжения в ток. Поэтому добавочный резистор, включенный последовательно с измерительным механизмом, вращающий момент которого зависит от тока, может служить для расширения пределов измерения по напряжению аналоговых вольтметров различных систем (кроме электростатической и электронной). Добавочные резисторы, называемые по ГОСТ 8023—78 добавочными сопротивлениями, также служат для расширения пределов измерения по напряжению других приборов, имеющих параллельные цепи, подключаемые к источнику напряжения. Сюда относятся, например, ваттметры, счетчики энергии, фазометры и т. д.

Добавочный  резистор включают последовательно  с измерительным механизмом ИМ (рис. 3. ). Ток в цепи измерительного механизма I0) имеющего сопротивление Ro и включенного последовательно с добавочным резистором Rд, равен:

I0 = U/(R0 + Rд). где U — измеряемое

напряжение-

 

 

 

 

 

    75мВ U1ном U2ном   U3ном

       Рис.3                                                 Рис.4

Если при помощи добавочного  резистора Rд надо расширить в m раз предел измерения вольтметра, имеющего номинальный предел измерения Uном и сопротивление R0, то, предполагая постоянство тока вольтметра Iо, можно записать: Uном/R0= mUном/(R0+Rд), тогда Rд=R0(m-1)

Изготовляются добавочные резисторы, как правило, из манганиновой изолированной проволоки, намотанной на пластины или каркасы из изоляционного материала. Применяются также добавочные резисторы из литого микропровода в стеклянной изоляции. Добавочные резисторы, предназначенные для работы на переменном токе, имеют бифилярную намотку для получения безреактивного сопротивления.

Наряду с расширением  пределов измерения вольтметров  добавочные резисторы уменьшают их температурную погрешность. Если принять, что обмотка измерительного механизма имеет температурный коэффициент сопротивления bо. а добавочный резистор — температурный коэффициент   bд, то температурный коэффициент всего вольтметра b (Рис. 3) составит:

Обычно bд«0. Тогда

b = b0R0(R0 + Rд)

В переносных приборах добавочные резисторы изготовляются  секционными на несколько пределов измерения U1ном, U2ном, U3ном (рис. 4).,

Добавочные резисторы  бывают внутренние, встраиваемые в  корпус прибора, и наружные. Последние выполняются в виде отдельных блоков и в соответствии с ГОСТ 8023—78 подразделяются на щитовые и переносные взаимозаменяемые и ограниченно взаимозаменяемые. Взаимозаменяемый добавочный резистор может применяться с любым прибором, номинальный ток которого равен номинальному току добавочного резистора.

Добавочные  резисторы, так же как и шунты, делятся на классы точности: 0,01; 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5 и 1,0. Класс точности определяется по относительной погрешности, %, равной

d=±(D/Rном)100%,

где D — абсолютная погрешность; Rном — номинальное сопротивление добавочного резистора. Добавочные резисторы изготовляют на номинальные токи от 0,01 до 60 мА. Добавочные резисторы используются для преобразования напряжений до 30 кВ.

Измерительные трансформаторы тока и напряжения

Измерения больших  переменных напряжений и токов обычными аналоговыми электромеханическими приборами становится возможным при включении их в цепь через измерительные трансформаторы переменного тока и напряжения. Использование делителей напряжения и шунтов для этих целей нецелесообразно я даже опасно для обслуживающего персонала.

Измерительные трансформаторы состоят из двух изолированных обмоток, помещенных на ферромагнитный сердечник.

Принцип действия ИТ совпадает с принципом действия обычных трансформаторов. Во вторичную цепь трансформаторов тока включаются амперметры, последовательные обмотки счетчиков ваттметров, цепи релейной защиты и управления; к вторичной обмотке трансформаторов напряжения подключаются вольтметры, параллельные цепи ваттметров, счетчиков и других приборов.

Стационарные  измерительные трансформаторы переменного тока имеют следующие эксплуатационные характеристики: частота 50 Гц; номинальное напряжение U1ном трансформаторов напряжения — от 0,38 до 750 кВ, вторичное напряжение U2ном

150; 100; 100/ 3 В; классы точности трансформаторов напряжения — 0,05; 0,01 ;0,2; 0, 5; 1,0; 3,0; номинальный первичный ток I1ном трансформаторов тока — 1 А... 40 кА, номинальный вторичный ток I2ном — 1; 2; 2,5; 5 А; номинальная нагрузка вторичной цепи — 2,5; 5; 10; 25; 30; 40; 60; 75; 100 Вт; классы точности трансформаторов тока — 0,2; 0,5; 1,0; 3,0; 5,0; 10,0.

Измерительные трансформаторы переменного тока. Для удобства и безопасности измерения тока установок высокого напряжения ток вторичной цепи с помощью трансформатора тока изменяется до стандартного значения 5А или 1А.

Измерительные приборы и реле выполняются на эти токи и включаются в цепь вторичной обмотки трансформатора тока (контакты И1, И2), один вывод которой обязательно заземляется (И1).



Рис. 5

В случае повреждения трансформатора приборы и реле остаются под потенциалом земли. Отличительной особенностью режима работы трансформатора тока является то, что первичный ток не зависит от режима работы его вторичной цепи и остается неизменным при замыкании накоротко или размыкании вторичной цепи. Это связано с тем, что ток в первичной обмотке определяется сопротивлением нагрузки Z2 которое на несколько порядков выше, чем входное сопротивление трансформатора со стороны первичной обмотки при любом значении сопротивления Z2. Поэтому предохранитель во вторичной цепи не ставится, так как разрыв этой цепи является аварийным режимом для трансформатора тока. Контакты первичной цепи ИТТ (Л1, Л2). Основными параметрами трансформаторов тока являются: номинальное напряжение — линейное напряжение системы, в которой трансформатор тока должен работать. Это напряжение определяет сопротивление изоляции между первичной обмоткой, находящейся под высоким потенциалом, и вторичной, один конец которой заземлен;

номинальный первичный и вторичный токи — токи, на которые расчитан трансформатор. Трансформаторы тока обычно имеют запaс по нагреву и позволяют длительно пропускать токи, которые примерно на 20 % выше номинального значения; номинальный коэффициент трансформации — отношение номинального первичного тока I1ном к номинальному вторичному току I2ном

На практике действительный коэффициент трансформации не равен номинальному вследствие потерь в трансформаторе. Различают погрешности: токовую, угловую и полную; токовая погрешность, %, определяемая выражением

I2 — вторичный ток; I1 — первичный ток.

В реальном трансформаторе вторичный ток сдвинут по фазе относительно первичного на угол, отличный от 180°. Для отсчета этой погрешности вектор вторичного тока поворачивают на 180°. Угол между этим вектором и вектором первичного тока называют угловой погрешностью. Если перевернутый вектор вторичного тока опережает первичный ток, то погрешность положительная, если отстает, то погрешность отрицательная. Погрешность по углу измеряется в минутах.

Класс точности говорит о допустимой погрешности по току в процентах при номинальных условиях Z2 = Z2h.

Наряду с  токовой и угловой погрешностью вводится понятие полной погрешности, %, характеризующей относительный намагничивающий ток

где I1— действующее значение первичного тока; i2 — мгновенном значение вторичного тока; i1, — мгновенное значение первичного тока; Т — период частоты переменного тока (0,02 с);

номинальная нагрузка трансформатора тока — сопротивление нагрузки Ом, при котором трансформатор работает в своем классе точности при cos j = 0,8 Иногда применяется понятие номинальной мощности

Р2ном=I2номZ2ном

Поскольку ток I2ном стандартизован, то номинальное сопротивление нагрузки однозначно определяет и номинальную мощность трансформатора;

номинальная предельная кратность — кратность первичного тока по отношению к его номинальному значению, при которой погрешность по току достигает 10%. Нагрузка и ее коэффициент мощности должны быть номинальными;

максимальная  кратность вторичного тока — отношение наибольшего значения вторичного тока к его номинальному при номинальной вторичной нагрузке. Максимальная кратность вторичного тока определяется насыщением магнитопровода, когда дальнейшее возрастание первичного тока не ведет к возрастанию потока.

Трансформаторы  тока обтекаются током короткого  замыкания, и его обмотки подвергаются воздействию больших токов;

динамическая  стойкость {кратность) — отношение допустимого ударного тока к амплитуде номинального первичного тока;

термическая стойкость {кратность) — отношение допустимого в течение 1с тока короткого замыкания к номинальному значению первичного тока.

Так как ток  первичной обмотки задается сетью, то наибольшим термическим и динамическим воздействиям подвергается первичная обмотка. Вторичный ток часто ограничивается насыщением магнитопровода, и поэтому вторичная обмотка работает в облегченных условиях.

Режим работы трансформатора тока является, по существу, режимом короткого замыкания.

Трансформатор тока не должен давать больших погрешностей при номинальном токе и коротком замыкании.

Для того чтобы  трансформатор удовлетворял определенному  классу точности, погрешность должна находиться в допустимых пределах. Класс точности трансформатора определяется его погрешностью в процентах при первичном токе (100... 120)I1ном.

В зависимости  от числа витков первичной обмотки  различают одновитковые и многовитковые трансформаторы тока.

В одновитковом трансформаторе первичная обмотка может быть выполнена в виде стержня или пакета шин. Примером такого исполнения

Информация о работе Измерительные преобразователи тока и напряжения