|
| |
|
Слаботочка Книги 1 2 3 4 5 6 [7] 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28  Нанокристаллические сплавы характеризуются практически постоянной высокой магнитной проницаемостью в слабых полях (до 0.1 А/м) составляющей в среднем 40 ООО - 60 ООО (для электротехнической стали всего 400). Кроме того, эти сплавы обладают высокой остаточной магнитной индукцией и низкой коэрцитивной силой, т.е. очень узкой петлей гистерезиса, малыми потерями на вихревые токи (менее 5 Вт/кг); близкой к нулю магнитострикцией. В зависимости от термообработки сердечники могут обладать прямоугольной, линейной или округлой петлей гистерезиса. Магнитопроводы обеспечивают высокую линейность кривой намагниченности в слабых полях. Полное перемагничивание сердечника при подаче переменного тока происходит при малой напряженности магнитного поля за счет узкой петли гистерезиса. Магнитопроводы выпускаются в защитных пластмассовых контейнерах, обеспечивающих их защиту от механических воздействий
Static hjstereais loop of вгКЗХСР after diff-rent annealing treatmentE ( strips wound cores with round bysteresis loop }. Static hysteresis loop of 5BTM after diff~ rent annealing treatments ( strip-wound cores with round hysteresis loop ). Амплитудная характеристика датчика, в общем случае, нелинейная, что обусловлено нелинейностью кривой магнитной индукции сердечника. Нелинейность особенно ярко выражена в области начала насыщения и определяется материалом магнитопровода. Однако в области слабых магнитных полей (чистый синусоидальный сигнал и Rh=0) она практически линейна. Эта область и является рабочей при расчете трансформатора. В недорогих трансформаторах тока для диапазона 5 (50)А, изготавливаемых на нанокристаллические сплавах 5БДСР (рисунок слева) или ГМ414 типоразмера ОЛ25х15х10 нелинейность характеристики не превышает 0.3%, что вполне достаточно для построения счетчиков 1 и 2 классов. Для трансформаторов более высокой точности применяют более дорогие аморфные сплавы, например 82В (рисунок справа). Одним из недостатков трансформаторов тока является намагничивание сердечника постоянной составляющей тока, возникающей в контролируемой электрической цепи из-за асимметрии потребления нагрузки (например однополупериодный выпрямитель) в разных полуволнах. Нивелировать данный недостаток можно правильным выбором габаритов или материала магнитопровода трансформаторов тока. Постоянный магнитный поток, обусловленный разностью токов в первичной обмотке в разные полуволны, не компенсируется. В результате, в сердечнике трансформатора тока на переменный магнитный поток накладывается постоянный поток, который приводит к смещению реальной кривой намагничивания сердечника в область больших полей при той же потребляемой мощности в нагрузке. Однако следует заметить, что искажение образуются в области перехода тока через О, при этом искажения в одной полуволне приводят к компенсационному искажению в другой, поэтому фактическая погрешность измерения потребляемой мощности в счетчике изменяется не столь радикально.  Для борьбы с постоянным подмагничиванием можно применять трансформаторы тока с магнитопроводом из кобальтовых сплавов типа 86Т, которые начинают насыщаться при напряженности свыше 400А/м (для размера ОЛ25-15-10 это где-то в районе 25А постоянного тока в измеряемой цепи) или трансформаторы с сердечником, выполненным с немагнитным зазором. Что касается изготовления сердечника с зазором, то выполнить на сердечнике достаточно маленький немагнитный зазор (в районе 0,05-0,1 мм) достаточно сложно. Как альтернатива может применяться заполнение зазора порошком, при этом требования к величине зазора снижаются, но в конечном итоге себестоимость таких магнитопроводов все-таки значительна. Запас по постоянному потоку можно достигнуть также уменьшением напряженности магнитного поля в сердечнике (для того же тока в первичной обмотке) за счет увеличения длины магнитопровода (величина напряженности магнитного потока прямо пропорциональна произведению кол-ва витков на ток и обратно пропорциональна средней длине магнитопровода и выражается формулой H=N1*I1/L). Однако увеличение длины магнитопровода вызывает снижение ЭДС самоиндукции, которая прямо пропорциональна площади сечения магнитопровода и обратно пропорциональна длине магнитопровода. Поэтому увеличение длины должно сопровождаться увеличением площади сечения - для сохранения прежнего значения индуктивности. Как известно, чем выше индуктивность вторичной обмотки, тем ниже скорость изменения тока и тем ниже наводимая ЭДС в первичной обмотке. Кроме того, большая индуктивность совместно с сопротивлением вторичной обмотки работает как НЧ фильтр в измерительной цепи (причем не вносящий фазовые искажения!) и, кроме того, снижает воздействие АЦП измерителя на измерительную цепь. В связи с этим требования к RC цепи в измерительном канале снижаются (его можно не ставить вовсе!), а, следовательно снижается фазовый сдвиг, вносимый этим фильтром между каналами измерения тока и напряжения. Расчет измерительной цени для конкретного трансформатора тока относительно несложен. Как было сказано выше, во вторичной обмотке трансформатора тока нагруженной на резистор Rb, протекает ток, трансформируемый из первичной обмотки и обусловленный явлением электромагнитной индукции. Активное сопротивление цепи вторичной обмотки равно Rb + R2 , где R2 - собственное сопротивление вторичной обмотки трансформатора тока, а Rb - сопротивление нагрузочного резистора. Ток вторичной обмотки 12 - I1/N, где N - коэффициент трансформации (обычно 1000...3000). Выходное напряжение датчика тока, определяемое падением напряжения на Rb: U2=I2*Rb=Il*Rb/N. Эквивалентное напряжение на входе трансформатора Ul=U2/N=Il*Rb/N2 Таким образом, напряжение на первичной обмотке трансформатора тока пропорционально Il*Rb/N2. т.е. в N2 раз меньше, чем для шунта при одном и том же выходном напряжении для измерения. Поэтому влияние трансформаторного датчика тока на контролируемую цепь меньше чем в случае применения шунта. Например для трансформатора тока с N = 3000; U2 = 20мВ, И = 50 А (см. расчет для шунта выше по тексту) рассчитаем эквивалентное входное активное сопротивление. 12=50/3000=0.01667А. Rb=20MB/16.67MA=1.2 Ом. Входное сопротивление идеального трансформатора равно Rb/N2 = 1,2/30002=0,1333мкОм. Однако, с учетом собственного активного сопротивления вторичной обмотки (для трансформатора на магнитопроводе ОЛ25х15х10 примерно 400 Ом), эквивалентное активное входное сопротивление равно (Rb+R2)/N2 = (1,2+400)/30002=44,6мкОм (сравните с 400 мкОм на шунте!). Оценивая величину Rb, можно увидеть, что оно ничтожно по сравнению с внутренним сопротивлением обмотки трансформатора. Таким образом можно увеличивать Rb для получения больших напряжений для последующего измерения, а следовательно повысить точность при замере малых токов, снизить влияние электрических шумов на измеряемую цепь и при этом практически не вносить дополнительных потерь в измеряемую цепь. www.radiodvd.iino-net.ru 1 2 3 4 5 6 [7] 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 |