Трансформаторы тока

Прецизионные измерительные трансформаторы тока для электронных электрических счётчиков

В последние годы в промышленности электромеханические счётчики типа Феррарис всё чаще заменяются электронными . Поскольку электронные счётчики имеют ряд преимуществ ( возможность применения в связанных системах , отсутствие механического износа , меньшие размеры , высокая точность ), они всё больше находят применение в быту . При этом они могут использоваться в различных областях . от локальных приборов до региональных сетевых систем с дистанционным управлением и контролем .

Рис. 1. Принципиальная схема однофазного электронного электрического счетчика

Рис. 2. Бытовой электронный счетчик электроэнергии построен согласно стандарту IEC 1036 (с разрешения фирмы АББ)

Одним из важнейших элементов многофазных и в ряде случаев однофазных счётчиков является измерительный трансформатор тока . Основным требованием к нему является обеспечение точного , стабильного и независимого от внешних условий коэффициента трансформации и гальванической развязки от сети . Необходимые точность и стабильность устанавливаетются по стандарт y ( например , в Европе : IEC 1 036 - для счётчиков непосредственного включения и IEC 687 - для счётчиков посредственного включения ; в США - стандарты ряда ANSI C 1 2.xx).

На сегодняшний день разработаны трансформаторы тока различных конструкций . Однако , наиболее перспективными являются трансформаторы , содержащие кольцевой магнитопровод с низким сопротивлением нагрузки . Они имеют ряд преимуществ : ( 1 ) замкнутая магнитная цепь защищает его от мешающих полей , поэтому в большинстве случаев дополнительное экранирование не требуется , (2) используемый магнитный принцип работы не требует применения полупроводниковых элементов , (3) из - за простой конструкции , содержащей малое количество элементов ( магнитопровод с обмоткой , соединительный шнур и защитный контейнер ) их относительно легко монтировать и они достаточно компактны . Указанные преимущества существенно снижают стоимость электронных счётчиков электроэнергии . Следующие параметры определяют токовую и угловую погрешность , их линейность и предельное значение по току в первичной обмотке кольцевого магнитопровода : - частота f и напряжение , возникающее на входном сопротивлении (R B ) аналого - цифрового преобразователя ( рис . 1 ) при протекании тока I в первичной обмотке трансформатора ; - свойства материала магнитопровода ( магнитная индукция насыщения B sat , относительная магнитная проницаемость µ. и угол потерь a как функции намагничивания ); - число витков вторичной обмотки N sec , сопротивление вторичной обмотки R Cu , площадь поперечного сечения магнитопровода A Fe и средняя длина магнитопровода l Fe . Из принципов теоретической электротехники можно вывести формулы определяющие электрически e характеристики трансформатора тока , в которых некоторые упрощения не существенно влияют на точность результата :

Новый алгоритм , разработанный компанией VACUUMSCHMELZE GmbH & Co. KG, позволяет легко и быстро устанавливать оптимальные значения для требуемого способа применения . Для трёх стандартов ( Европы и США ) существуют различные требования к материалам : Для счётчиков по стандартам IEC 687 и ANSI C 1 2.xx требуются материалы с высокой магнитной проницаемостью , высокой индукцией и нечувствительностью к температуре . Трансформаторы тока , изготовленные из традиционных материалов ( высококачественные кристаллические Ni-Fe- сплавы (ULTRAPERM )) хорошо зарекомендовали себя на рынке . Однако , последние разработки в этой области - трансформаторы тока из аморфных (VITROVAC ) или нанокристаллических (VITROPERM ) сплавов , производимые компанией VACUUMSCHMELZE GmbH & Co. KG, г . Ганауе ( Германия ), имеют улучшенные эксплуатационныехарактеристики . Из - за высокой и практически постоянной магнитной проницаемости независимой от намагничивания , эти сплавы имеют очень малую угловую погрешность , которую можно легко компенсировать . Благодаря применению тонких лент ( толщина порядка 22 µm), можно достичь очень малой токовой погрешности . Аморфные и нанокристаллические сплавы имеют малую коэрцитивную силу и их магнитные свойства слабо зависят от температуры . Поэтому зависимость этих погрешностей от температуры определяется медной обмоткой .

Рис. 3. Измерительный трансформатор тока с кольцевым магнитопроводом, изготовленным из нанокристаллического сплава VITRORERM*. Зависимость токовой F и угловой w погрешностей от значений первичного тока и температуры. Этот трансформатор рассчитан на промышленные счетчики посредственного включения по стандарту IEC687 с первичным током 6 А при 50 Гц

Следует отметить , что в примере , приведенном на рис . 3, токовая погрешность не превышает 0. 1 %, а диапазон изменений угловой погрешности при комнатной температуре составляет только 0.03°. Указанная точность , определяемая материалом и конструкцией , позволяет компенсировать погрешности даже в прецизионных счётчиках достаточно простыми средствами . В том случае , если в счётчиках используются трансформаторы тока изготовленные из традиционных материалов (Ni-Fe сплавы или ферриты ), либо с датчиками Холла , то необходимы дополнительные дорогостоящие преобразователи .

Счётчики по стандарту IEC 1 036 должны обладать нечувствительностью к постоянному току , который может насыщать обычные трансформаторы тока . Для этого пользуются магнитопроводы , произведенные из аморфных сплавов (VITROVAC _ ) компанией VACUUMSCHMELZE GmbH & Co. KG и обладающи e линейными характеристиками с увеличенным динамическим диапазоном токов первичной обмотки , позволяющих уменьшить эффекты насыщения . Отметим , что в этом случае снижение эффектов насыщения от постоянной составляющей тока можно достигнуть без применения воздушного зазора , что позволяет уменьшить влияние помех . Эти трансформаторы имеют очень малую токовую погрешностьна уровне 1 0 -3 - 1 0 -2 % и очень низкую , но линейную зависимость от температуры ( ри c. 4). Из - за низкой проницаемости наблюдается угловая погрешность от 4° до 5°, которую , однако , можно легко компенсировать , поскольку она очень стабильная (± 0.05°). Термокомпенсацию можно легко осуществить аналоговым или цифровым способом .

Рис. 4. Измерительный трансформатор тока с кольцевым магнитопроводом, изготовленным из аморфного сплава VITROVAC*. Зависимость токовой F и угловой w погрешностей от значений первичного тока и температуры. Этот трансформатор рассчитан на промышленные счетчики посредственного включения по стандарту IEC1036 с первичным током 6 А

---

---

Главная - Микросхемы - DOC - ЖКИ - Источники питания - Электромеханика - Интерфейсы - Программы - Применения - Статьи