Strona główna

Przekładniki Budowa i zasada działania przekładnika prądowego


Pobieranie 33.22 Kb.
Data19.06.2016
Rozmiar33.22 Kb.
  1. Przekładniki

Budowa i zasada działania przekładnika prądowego


Obok przedstawiono budowę i symbol przekładnika prądowego. Niestety na rysunkach znajdują tylko stare oznaczenia zacisków. Obecnie częściej podaje się nowe, które odpowiadają w następujący sposób starym:

Rys 8.1 Schemat włączenia przekładnika prądowego.





K

L

k

l

Oznaczenia poprzednie

P1

P2

S1

S2

Oznaczenia wg nowych przepisów

Dużymi literami (lub P) oznacza się uzwojenie pierwotne, a małymi literami (lub S) oznacza się uzwojenie wtórne.

Przekładniki prądowe są to urządzenia zbliżone do transformatorów mocy lecz w odróżnieniu od nich są przystosowane do pracy w stanie bliskim stanowi zwarcia. Posiadają dwa uzwojenia starannie od siebie odizolowane nawinięte na rdzeniu z blach ferromagnetycznych.

Ich zasada działania jest identyczna jak transformatora tzn. pod wpływem zmiennego prądu w uzwojeniu pierwotnym powstaje strumień magnetyczny (zmienny), który powoduje indukowanie się siły elektromotorycznej po stronie wtórnej, dzięki czemu w obwodzie zamykanym przez amperomierz popłynie prąd.

Ze względu na fakt, że w stanie bliskim stanowi zwarcia można pominąć magnesowania  możemy zapisać przybliżoną zależność:

(8.1)

gdzie: I1,I2 – są wartościami skutecznymi prądów odpowiednio w uzwojeniu pierwotnym i wtórnym

z1,z2 – są ilościami zwojów odpowiednio po stronie pierwotnej i wtórnej

Z tej zależności z pewnym błędem jesteśmy w stanie wyznaczyć prąd płynący przez uzwojenie pierwotne:



(8.2)

gdzie stosunek z2/z1 nosi nazwę przekładni zwojowej przekładnika.

Stosunek rzeczywistych wartości I1 oraz I2 jest nazywany rzeczywistą przekładnią prądową. Zależy ona od wartości prądu pierwotnego (I1) oraz impedancji obciążenia. Wpływ prądu pierwotnego na przekładnię jest spowodowany nieliniowością charakterystyki magnesowania rdzenia. Dlatego w praktyce operuje się przekładnią prądową znamionową – równą stosunkowi wartości znamionowych prądów pierwotnego i wtórnego:

(8.3)

Różnica między przekładnią znamionową (stałą) a przekładnią rzeczywistą jest określona poprzez błąd prądowy.



(8.4)

Równanie jest wyrażeniem na błąd prądowy przekładnika prądowego gdzie KIn jest przekładnią znamionową a I1 i I2 wartości skuteczne prądów odpowiednio w uzwojeniu pierwotnym i wtórnym

Klasa przekładnika jest równa procentowemu błędowi prądowemu przy 100% prądu znamionowego.

Błąd kątowy przekładnika prądowego jest to kąt mierzony w minutach między wektorem prądu pierwotnego I1, a odwróconym wektorem prądu wtórnego I2.


Rys 8.2 Błąd kątowy przekładnika prądowego

Błąd kątowy ma wpływ przy pomiarach mocy i energii. Błąd ten wynika ze strat energii w rdzeniu.

Skutki rozwarcia obwodu wtórnego przekładnika prądowego.

Równanie amperozwojów dla przekładnika wygląda następująco

(8.5)

w czasie rozwarcia I2 = 0 więc



czyli (8.6)

Prąd magnesujący I0 rośnie kilkunastokrotnie. Powoduje to znaczne zwiększenie strumienia magnetycznego, co jest przyczyną indukowania dużego napięcia (nawet rzędu kilowoltów!) po stronie wtórnej. Następuje przesunięcie punktu pracy – magnesowanie a także ujemne skutki cieplne mogące spowodować uszkodzenie izolacji. Dlatego należy zapamiętać:



Nie wolno podczas przepływu prądu w obwodzie pierwotnym
rozwierać obwodu wtórnego przekładnika prądowego.

W razie potrzeby wykonania przełączenia w obwodzie wtórnym, należy zawsze zewrzeć zaciski k-l (S1-S2).

Do dorywczych pomiarów prądu przemiennego bez potrzeby przerywania obwodu pomiarowego służą amperomierze cęgowe. Działają one na zasadzie przekładnika prądowego. Rdzeń przekładnika stanowią otwierane cęgi amperomierza, a jego uzwojenie pierwotne stanowi obejmowany przewód, w którym mierzymy prąd. Do uzwojenia wtórnego (wewnątrz obudowy) jest przyłączony miliamperomierz magnetoelektryczny z diodami półprzewodnikowymi. Miliamperomierz jest wywzorcowany w amperach i wskazuje prąd płynący w obwodzie pierwotnym. Miernik typu ACME (czyli Amperomierz Cęgowy Magneto-Elektryczny) ma 6 zakresów pomiarowych: 10A, 25A, 50A, 100A, 500A. Widok miernika przedstawia rys 8.3

Rys 8.3 Amperomierz cęgowy

Niezależnie od przekładników prądowych obecnie do pomiarów prądów zarówno stałych jak i przemiennych wykorzystywane są przetworniki elektryczne. Wiodącą w tej dziedzinie jest międzynarodowa korporacja LEM SA. Podstawą działania tego typu przetworników jest pomiar pola magnetycznego wytwarzanego wokół przewodnika z mierzonym prądem, bez obciążania obwodu pierwotnego i powstawania strat mocy w tym obwodzie. Zasada działania tych przetworników polega na bezpośrednim wykorzystaniu efektu Halla. Źródło napięcia Halla( płytka

Rys 8.4 Przetwornik elektryczny LEM typu O/L

z prądem IC)umieszczona jest w szczelinie poprzecznej rdzenia. Przewód z mierzonym prądem IP, wytwarza pole magnetyczne o indukcji proporcjonalnej do wartości chwilowej prądu. Wynikiem pomiaru jest niewielki sygnał napięciowy wymagający wzmocnienia do poziomu użytecznego. W zakresie liniowym charakterystyki magnesowania rdzenia wartość indukcji jest proporcjonalna do prądu mierzonego IP. Napięcie Halla wyrażone jest następująco

Przetworniki typu O/L wykonywane są na wartości znamionowe mierzonych prądów od kilku amperów do kilku dziesiątków kiloamperów. Niepewność całkowita pomiaru jest lepsza od 1%.

Pomiar prądów w zakresie 0÷15kA oraz napięć w zakresie 0÷9500V umożliwiają przetworniki elektryczne z płytką Halla w zamkniętej pętli sprzężenia zwrotnego typu C/L.

Przedstawiony na rys 8.5 przetwornik składa się z generatora Halla 1), rdzenia magnetycznego 2), wzmacniacza operacyjnego 3), wzmacniacza wyjściowego 4) i cewki o rezystancji RS nawiniętej na rdzeniu. Określenie zamkniętej pętli sprzężenia zwrotnego pochodzi stąd, że



Rys 8.5 Przetwornik typu C/L

pole magnetyczne wytwarzane w rdzeniu magnetycznym przez przewód z prądem mierzonym jest kompensowane polem wytwarzanym przez cewkę, tak że w rdzeniu, jak również w jego szczelinie , gdzie jest umieszczona płytka Halla, pozostaje tylko strumień różnicowy, bliski zeru, sterujący całym układem elektronicznym. Przetworniki te są odporne na zwarcia i przetężenia w obwodzie pierwotnym. Dokładność ich wynosi 0,5%.

Przekładnik napięciowy


Obok przedstawiono budowę, sposób podłączania oraz symbol przekładnika napięciowego. Przekładnik napięciowy jest transformatorem pomiarowym pracującym w stanie bliskim stanowi jałowemu. Rysunki zawierają tylko oznaczenia stare. Tabelka pokazuje także oznaczenia nowe:

Rys 8.6 Schemat budowy i włączenia do pomiaru przekładnika napięciowego.



M

N

m

n

Oznaczenia poprzednie

A

B

a

b

Oznaczenia wg nowych przepisów

Zaciski oznaczane dużymi literami są zaciskami uzwojenia pierwotnego.

Ze względu na znikomy prąd płynący w uzwojeniu wtórnym możemy zapisać przybliżoną zależność:



(8.6)

gdzie: U1,U2 – napięcia odpowiednio po stronie pierwotnej i wtórnej

z1, z2 – są ilościami zwojów odpowiednio po stronie pierwotnej i wtórnej

Z tej zależności z pewnym błędem jesteśmy w stanie wyznaczyć:



(8.7)

Pojęcia definiuje się podobnie jak dla przekładnika prądowego.



Przekładnią napięciową (zwojową) nazywamy stosunek liczby zwojów uzwojenia pierwotnego i wtórnego przekładnika. Podobnie jak dla przekładników prądowych definiowana jest przekładnia rzeczywista niestety nie jest ona stała w całym zakresie pracy (zależy od napięcia pierwotnego i obciążenia), dlatego też do wyznaczenia napięcia pierwotnego wykorzystuje się przekładnię znamionową będącą ilorazem wartości znamionowych napięć przekładnika.

(8.8)

Mierzoną wartość można określić z zależności



U1=KUn U2.

(8.9)

Z błędem napięciowym w przekładniku napięciowym związane jest pojęcie poprawki zwojowej. Jeśli znamionowa przekładnia napięciowa jest równa zwojowej to błąd napięciowy jest zawsze ujemny na skutek występujących spadków napięcia na przekładniku. W produkowanych przekładnikach uzwojenie wtórne ma często nieco większą liczbę zwojów z2 (uzwojenie wtórne) niż wynikałoby to z ostatniego wyrażenia. Uzyskany w ten sposób przyrost napięcia U2 może skorygować spadki napięcia na uzwojeniach przekładnika i doprowadzić błąd napięciowy do zera lub nawet do wartości dodatnich. Dobierając, więc stosunek z1/z2 można błąd napięciowy sprowadzić do odpowiednio małych wartości; mówi się wtedy o wprowadzeniu poprawki zwojowej.

Dla przekładnika napięciowego błąd kątowy  definiuje się jako kąt mierzony w minutach między wektorem napięcia pierwotnego a odwróconym wektorem napięcia wtórnego.



Rys 8.5 Błąd kątowy przekładnika napięciowego.


Błąd kątowy ma wpływ przy pomiarach mocy i energii. Błąd ten wynika ze strat energii w rdzeniu.


©snauka.pl 2016
wyślij wiadomość