Основные характеристики итт

По назначению и исполнению ИТТ делятся на лабораторные (переносные) и стационарные.

Важнейшими техническими характеристиками ИТТ являются: номи-

нальный коэффициент трансформации; нагрузка вторичной цепи в омах; погрешности трансформатора (токовая и угловая).

Пределы допустимых погрешностей определяются классом точности ИТТ.

Номинальным коэффициентом трансформации K_Iном называется отношение номинального первичного тока I_1ном к номинальному вторичному току I_2ном, т.е. K_Iном = I_1ном / I_2ном. Номинальными первичным и вторичным токами называются значения соответственно первичного и вторичного токов, указанные на щитке ИТТ. Номинальный коэффициент трансформации указывается в виде несокращённого отношения номинальных токов.

Значение измеряемого тока I_1изм, протекающего в первичной обмотке ИТТ, находится умножением значения измеренного тока во вторичной обмотке I_2изм на номинальный коэффициент трансформации K_Iном, т.е. I_1изм = =K_IномI_2изм.

Лабораторные ИТТ предназначены для работы в цепях переменного тока с частотой от 25 Гц до 10 кГц. Номинальные значения первичных и вторичных токов нормированы. Диапазон I_1ном составляет от 0,1 А до 60 кА. Для вторичных токов установлены номинальные значения 5, 2 и 1 А. Последние два значения используются редко. Стационарные ИТТ рассчитаны для работы в цепях с частотой 50 Гц, а по диапазону токов близки к лабораторным.

Отношение действительного значения первичного тока I_1д к действительному значению вторичного тока I_2д называется действительным коэффициентом трансформации K_Iд = I_1д / I_2д.

Рис. 2

В идеальных трансформаторах вектор w1I1 и повернутый на 180о вектор w2I2, т.е. – w2I2, равны по модулю и совпадают по фазе. В реальных трансформаторах (как об этом было сказано выше) эти векторы не равны друг другу, а их неравенство приводит к возникновению погрешностей ИТТ. В результате вектор – KIномI2 и вектор I1 не равны по модулю и сдвинуты на угол  (рис. 2).

Погрешность ИТТ принято выражать в комплексной форме в следующем виде (вывод приведен в приложении):

_I = = (f_I + j) ,

где f_I - токовая погрешность, выраженная в относительных единицах;

 - угловая погрешность, выраженная в радианах.

Угловая погрешность характеризует угол фазового сдвига вторичного тока относительно первичного. Она положительна, если повернутый на 180⁰ вектор тока вторичной обмотки опережает вектор тока первичной обмотки, и отрицательна, если он отстает. Погрешности измерительных трансформаторов зависят от значений первичного тока и от сопротивления нагрузки во вторичной цепи. Пределы допустимых погрешностей определяются классом точности ИТТ.

Поверка трансформаторов тока

Поверку ИТТ классов 0,2; 0.5; 1,0 проводят дифференциальным методом. Этот метод заключается в сравнении поверяемого трансформатора с эталонным ИТТ, пределы погрешностей которого известны и меньше в 3 –5 раз погрешностей поверяемого трансформатора.

Сущность дифференциального мeтодa поверки можно пояснить с помощью сxeмы, приведенной на рис.3a. При поверке необходимо, чтобы поверяемый трансформатор ИТТ_п и эталонный ИТТ_э имели равные номинальные коэффициенты трaнсформации.

Рис. 3

Первичные обмотки сравниваемых трансформаторов соединяются последовательно и согласно. Ветвь «аб», образуемая сопротивлением R_о, называют дифференциальной. В этой ветви протекает разность вторичных токов поверяемого и эталонного трансформаторов I =I_2д.п  I_2д.э._.

На рис.3б приведена векторная диаграмма токов. Процедура поверки сводится к измерению составляющей разностного тока I_f , совпадающей или противоположной по фазе с током I_2д.э, и составляющей разностного тока I_ , сдвинутой по отношению к току I_2д.э на 90^о. Первая составляющая I_f определяет токовую погрешность, а вторая составляющая I_ - угловую погрешность.

Действительно, в силу малости угла  модуль I_f равен разности модулей векторов I_2д.э и _2д.п, т.е. I_f = I_2д.п - I_2д.э, и, следовательно,

f_I%= = 100I_f %  I_2д.э.

Угол , т.е. токовая погрешность, находится через tg. В соответствии с рис.3б tg = I_ / I_2д.э  .

В приведенных соотношениях для расчета погрешностей ток I_2д.э может быть заменен на ток I_2д.п , так как I_2д.п  I_2д.э.

Необходимо заметить, что при погрешностях поверяемого ИТТ, сравнимых с погрешностями эталонного ИТТ, погрешности поверяемого ИТТ должны определяться суммой собственных погрешностей и погрешностей эталонного ИТТ.

В лабораторной работе дифференциальный метод используется для поверки испытуемого ИТТ_п с применением эталонного ИТТ_э типа МТТ-1 класса 0,2 . Оба ИТТ имеют K_Iном = I_1ном / I_2ном =3 А /5 А.

Обычно ИТТ высокого класса точности имеет тороидальный сердечник из пермаллоя, на который равномерно намотана вторичная обмотка. На вторичную обмотку намотана секционированная первичная обмотка. Концы секций выведены к пластинам штепсельного коммутатора или клеммам, при помощи которых в первичную цепь тока можно включать различное количество секций в зависимости от требуемой номинальной величины первичного тока. Конструктивно трансформатор выполнен так, что при всех номинальных значениях первичного тока витки первичной обмотки располагаются по тороидальному сердечнику равномерно, а число номинальных первичных ампер-витков постоянно.

Погрешности ИТТ такой конструкции практически остаются неизменными при любом коэффициенте трансформации. Поэтому достаточно определить погрешности для одного коэффициента трансформации. Особенно удобно проводить поверку для коэффициента трансформации К_Iном=1 (т.е. 5А /5А), так как в этом случае не требуется использовать эталонный дополнительный трансформатор.

Схема поверки приведена на рис. 4а. При таком включении осуществляется самоповерка ИТТ, так как ток вторичной обмотки сравнивается с током, протекающим по первичной обмотке.

I₁

I₂

Рис. 4

В соответствии с векторной диаграммой токов имеем (рис. 4б):

f_I% = 100%; рад

В лабораторной работе этот метод используется для поверки ИИТ типа И54 класса 0,2 с K_Iном = I_1ном / I_2ном =5 А /5 А.

Таким образом, определение погрешностей f_I, и  сводится к измере-

нию напряжения на резисторе R_o. Для измерения составляющих этого напряжения (R_о I _f и R_оI_) в работе используется фазочувствительный выпрямитель и вольтметр постоянного напряжения. Схема фазочувствительного выпрямителя (ФВ) приведена на рис. 5а. На вход ФВ подается измеряемое напряжение. Состояние ключей S₁ и S₂ задается управляющим напряжением U_у той же частоты. В один из полупериодов U_у ключ S₁ замкнут, а S₂ - разомкнут. В другой полупериод U_у состояние ключей обратное.

Рассмотрим работу ФВ.

1. Пусть u_вх(t)=U_m sin(t) и u_у(t)=U_уsint (рис.5б). Тогда среднее значение выходного напряжения ФВ определяется как

U_вых.ср =U_m cos / =U cos / ,

т.е. оно пропорционально составляющей вектора U_вх , совпадающей по фазе с вектором U_у (U_1вх - рис. 5в).

2. Пусть u_вх(t)=U_m sin(t ) и u_у(t)=U_у sin(t /2). Тогда,

U_ср.вых =U_m sin / =U sin / ,

т.е. оно пропорционально квадратурной составляющей вектора U_вх (U_2вх –рис. 5в). В схемах поверки ИИТ для формирования управляющих сигналов ФВ используется ток, с которым сравнивается вторичный ток поверяемого трансформатора. Цепи формирования управляющего сигнала условно обозначены штриховыми линиями (рис. 6 и рис. 7).