6.2.1. Векторна діаграма

Первинний струм трансформатора струму в більшості випадків у багато разів більший ніж вторинний, тому кількість витків вторинної обмотки ω₂ — велика, в декілька разів більша, ніж у первинної обмотки ω₁ (провід у первинній обмотці має більший діаметр перерізу).

На рис. 6.2 зображена векторна діаграма трансформатора струму. Магнітний потік Ф створює у вторинній обмотці ЕРС - Е₂, під дією якої виникає струм І₂. Через наявність індуктивних опорів у вторинному колі струм І₂ відстає по фазі від Е₂ на кут Ψ₂. На діаграмі замість векторів струму подано вектори ампер-витків, що створюються кожним із струмів, тобто вектори величин, які пропорційні відповідним струмам і співпадають з ними по фазі. Згідно до правила Ленца, струм І₂ має розмагнічуючу дію, яка пропорційна кіль­кості ампер-витків І₂ ·ω₂. Тому ампер-витки струму первин­ної обмотки І₁ ·ω₂ повинні мати не тільки складову І₂ ·ω, яка повністю компенсує роз­магнічуючу дію ампер-витків вторинної обмотки, але ще й складову І₀·ω₁, що зумов­люється намагнічуючою си­лою, яка необхідна для під­тримання потоку Ф. Вектор ампер витків І₀·ω₁ через наяв­ність втрат у сердечнику маг-нітопровода випереджує по фазі вектор потоку Ф на деякий кут α.

Розглядаючи побудова­ну діаграму, можна встано­вити основні властивості

трансформатора струму. Трансформатор струму працює в умовах короткого замикання, тому для встановлення у вторинному колі струму І₂ потрібна незначна ЕРС І₂(переважно 1—12 В). Опір у вторинній обмотці менший ніж 2 Ом. Відповідно потік Ф і магнітна індукція в сердечнику мають малі значення. З цієї причини вектор І₀ω₀ практично складає 2—3% від вектора І_{1 ·}ω₁ і можна записати І₂ω₂≈ І_1·ω₁. Оскільки повне рівняння І_{1 ·}ω₁= І₂ω_{2 +} І₀ω_1, ладовою І₀ω₁ - нехтуємо, через те, що вона дуже мала.

Відношення І₁ / І₂ називають дійсним коефіцієнтом трансформації.

Позначимо його через k_ІД отримаємо:

(6.2 – 6.3)

Висновок: в ідеального трансформатора струму (при І_оω₁ = 0) коефіцієнт трансформації буде постійною величиною, що дорівнює відношенню кількості витків обмоток.

З рівняння (6.2) отримуємо І₁ = k_1Д І₂ .

Звідси бачимо, що значення вимірюваного струму І₁ можна отримати шляхом помноження показів амперметра, що включений у вторинну обмотку, на дійсний коефіцієнт трансформації. Формула (6.3) показує, що дійсний коефіцієнт трансформації тільки приблизно дорівнює відношення кількості витків обмоток, крім цього, він не залишається постійним при змінах наван­таження. При збільшенні, наприклад, струму І₁ збільшується струм І₂ , але це можливо тільки при відповідному збільшенні величин Е₂, Ф і І_оω₁. Зміна вектору І₀ω₁ через нелінійність кривої намагнічення сталі магнітопроводу не пропорційна змінам векторів І₁ω₁ і І₂ω_2, тому із зміною навантаження відношення І₁/І₂ змінюєть­ся, тобто дійсний коефіцієнт трансформації не залишається постійним. Таким чином, наявність складової частини і₀ω₁ вектору І₁ ω₁, що необхідна для створення магнітного потоку, призводить до того, що дійсний коефіцієнт трансформації k_1Д є трохи відмінним від відношення чисел витків обмоток і значення k_1Д змінюється зі зміною навантаження.