Измерительный трансформатор тока – трансформатор, предназначенный для преобразования тока до значения, удобного для измерения. Первичная обмотка трансформатора тока включается последовательно в цепь с измеряемым переменным током, а во вторичную включаются измерительные приборы. Ток, протекающий по вторичной обмотке трансформатора тока, пропорционален току, протекающему в его первичной обмотке.
Трансформаторы тока широко используются для измерения электрического тока и в устройствах релейной защиты электроэнергетических систем, в связи с чем на них накладываются высокие требования по точности. Трансформаторы тока обеспечивают безопасность измерений, изолируя измерительные цепи от первичной цепи с высоким напряжением, часто составляющим сотни киловольт.
Вторичные обмотки трансформатора тока обязательно нагружаются. Сопротивление нагрузки строго регламентировано требованиями к точности коэффициента трансформации. Незначительное отклонение сопротивления вторичной цепи от номинала приводит к изменению погрешности преобразования и возможно ухудшению измерительных качеств трансформатора. Значительное увеличение сопротивления нагрузки создает высокое напряжение во вторичной обмотке, достаточное для пробоя изоляции трансформатора, что приводит к выходу трансформатора из строя, а также создает угрозу жизни обслуживающего персонала.
Практическая актуальность, Научная актуальность
Научное положение: предложен метод синтеза процесса изменения первичного тока, новизна которого заключается в использовании динамической модели измерительного трансформатора для определения динамической погрешности и ее коррекции.
Динамические погрешности трансформаторов тока и их коррекция
i 1
где s – оператор Лапласа, k – коэффициент трансформации, Т – постоянная времени трансформатора и измерительной цепи. В этом случае имеем передаточную функцию.
амплитудно – частотную функцию. (АЧФ)
фазочастотную функцию (ФЧФ)
где ω – угловая частота измеряемого синусоидального сигнала.
ω 1
Приравняв (ФЧФ) к Δφ, получим:
где учтено, что угловая минута в 60 раз больше одного радиана.
Например, для трансформаторов с классом точности 0,2; 0,5 и 1% нормируются значения погрешностей ±10° , ±40° и ±80° . Учитывая, что угловая секунда в 60 раз превышает один радиан, согласно получим искомые значения постоянной времени: 9,3; 37 и 74мкс
Измерительные трансформаторы напряжения. Измерительные трансформаторы ...
... трансформаторах тока, вектор вторичного напряжения сдвинут относительно вектора первичного напряжения не точно на угол 1800. Это определяет угловую погрешность. В зависимости от номинальной погрешности различают классы точности ... или трехфазный трехобмоточный трансформатор НТМИ (рис.2, в). В последнем случае обмотка, соединенная в звезду, используется для присоединения измерительных приборов, а к ...
На рис.1 приведены АЧФ для этих значений постоянной времени, где через f=ω ⁄ 2π обозначена частота измеряемого сигнала: А1(f), А2(f) и А3(f) – для Т=9,3; 37 и 74 мкс.
При номинальной частоте 50 Гц АЧФ, умноженная на k, практически не отличается от единицы: 0,999996, 0,99993 и 0,99973, в то время при наибольшей частоте 2000 Гц учитываемых гармоник отличия более существенны: 0,993, 0,907 и 0,732.
i 2 (t)
10 -5
Скорректированные параметры гармоник:
Относительные погрешности измерения амплитуд и фаз гармоник в процентах
При исследовании случайных процессов, для которых понятие гармоники теряет смысл, погрешности статистических характеристик оцениваются по спектральной плотности записанного процесса или по его корреляционной функции – с использованием переходной функции трансформатора
Динамические погрешности первичных преобразователей параметров режима
Также в системах автоматизации технологических объектов для контроля параметров режима используются первичные преобразователи (ПП).
Каждый ПП представляют собой динамическую систему, линейную в рабочем диапазоне. Поэтому процесс на выходе ПП отличается от фактического y(t) . Динамическая погрешность зависит как от параметров ПП, так и вида процесса, регистрируется. Целью работы является оценка погрешностей и их коррекция.
T 1
Процессы в ПП описываются дифференциальным уравнением
Амплитудная и фазовая частотные функции (АЧФ и ФЧФ) имеют вид
где ω – угловая частота.
T 1 <2T2
Который не только отличается от единицы, но имеет и колебательную составляющую. Если процесс является периодическим, то он представляется в виде ряда Фурье. Пусть гармоника порядка n с основной угловой частотой ω1 имеет амплитуду cn и фазу φn . Параметры гармоники, которые рассчитаны по процессу, будут другими:
y c
Для периодического процесса
Непериодический процесс описывается спектральной плотностью S(ω) в диапазоне частот ω от 0 до бесконечности.
Интегрирования этой плотности дает дисперсию
Например, для случайного процесса с плотностью
которая имеет параметр α, интегрирование дает
Как видно, относительная погрешность не зависит от дисперсии процесса, а определяется через параметр α и постоянные времени ПП.
На рисунке 2 приведены зависимости погрешностей дисперсий для постоянных времени.
Перейдем к методам коррекции динамической погрешности. Известным здесь является процесс , по которому надо восстановить фактический процесс y(t) . Точность восстановления зависит от расчета производных.
Реальные процессы не имеют разрывов, поэтому в некоторых случаях их можно аппроксимировать аналитическими выражениями, дифференцируются. Тогда процесс отстраивается без погрешностей.
Погрешность измерения
... дополнительной погрешностей, а также другими параметрами, влияющими на точность средств измерения; значение параметров установлено стандартами на ... абсолютную погрешность принимают её среднеквадратичное отклонение. Абсолютная погрешность измеряется в тех же единицах измерения, что и сама величина. Относительная погрешность — погрешность измерения, выраженная отношением абсолютной погрешности ...
Конечно процессы задаются в виде последовательности ординат с малым шагом дискретности времени. Использование компьютерных операторов дифференцирования обеспечивает достаточную точность восстановления процесса y(t) .
Периодический процесс может будет отстроенным и по гармоника:
В этом случае дифференцировки не нужно, но возникает известная проблема с определением амплитуд и фаз гармоник, а также количества гармоник, которые нужно учитывать. Таким образом, коррекция динамических погрешностей позволяет значительно уменьшить требования к динамическим характеристикам первичных преобразователей параметров режима.
Выводы
Выводы будут сформулированы после проведения опытов.
Литература
[Электронный ресурс]//URL: https://inzhpro.ru/referat/na-temu-transformatoryi-toka/
1. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. Изд. 6-е, перераб. И доп. Учебник для студентов энергетических и электротехнических вузов. М., «Высшая школа», 1973. 752с.
2. Попов Е.П. Теория линейных систем автоматического регулирования и управления. – М.: Наука, 1989. 301с.
3. Электрические измерения // Под ред. В.Н. Малиновского. – М.: Энергоатомиздат, 1985.416с.
4. Теория автоматического управления // под ред. А.А. Воронова. — М.: Высшая школа, 1977, ч.1. — С. 303.
5. Вентцель Е.С. Теория вероятностей. — М.: Наука, 1969. — С.576.
6. Ермилов А.А. Основы электроснабжения промышленных предприятий. – М.: Энергоатомиздат, 1983. – 208 с
7. Трансформаторы тока / В.В. Афанасьев, Н.М. Адоньев, Л.В. Жалалис и др. – Л.:Энергия, 1980
8. Справочник по электроизмерительным приборам; Под ред. К. К. Илюнина — Л.:Энергоатомиздат, 1983
