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 l_ном; допускается изготовление трансформаторов тока с номинальным вторичным током l_2иом = 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 Л_хи 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 Л_хк 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 i₂всегда направлен так, что размагничивает магнитопровод. При этом результирующий магнитный поток Ф, согласно закону полного тока, создается совместным действием магнитодвижущих сил и i₂w₂ 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 i₂достигает, 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 Е_пшсоздается частью тока /,, которая называется током намагничивания, т. е.

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

или

Токи 1₂и 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'_H2M 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 Z_H.

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'_ишзначительно меньше тока 1\, поэтому результирующая МДС F_KiM, определяющая рабочий магнитный Поток ф_ и ЭДС £₂, во много раз меньше МДС первичной обмотки Очевидно, что чем меньше сопротивление нагрузки Z_H, 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 U_2n0M= 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 w₂обмотках ЭДС с действующими значениями соответственно £, = 4,44/w,Ф, Е₂= 4,44/й'₂Ф. Отсюда

Отношение называется коэффициентом трансформации и обозначается К_и. В режиме холостого хода ток /₂ = 0, а ток в первичной обмотке L\ — £«м- При этом £/> = Е₂и напряжение £/, незначительно отличается от ЭДС £,.

Поэтому

Работа трансформатора с нагрузкой Z_H сопровождается прохождением тока 1₂и увеличением тока /',. Эти токи создают падение напряжения AUв первичной и вторичной обмотках, вследствие чего U₂ = U\ — AU. Из векторной диаграммы следует, что вторичное напряжение U₂отличается от приведенного первичного Щ__х по значению на AUи по фазе на угол" 8. Поэтому трансформатор имеет две погрешности: погрешность напряжения f_v= • 100 или вследствие незначительного угла 8