ЯК РОЗРАХУВАТИ І ВИГОТОВИТИ трансформатор струму

Віктор Хрипченко сел. Жовтневий Бєлгородської обл.

Займаючись розрахунками потужного джерела живлення, я зіткнувся з проблемою - мені знадобився трансформатор струму, який би точно вимірював струм. Літератури по цій темі не багато. А в Інтернеті тільки прохання - де знайти такий розрахунок. Прочитав статтю [1]; знаючи, що помилки можуть бути присутніми, я детально розібрався з цією темою. Помилки, звичайно, були присутні: немає узгоджувального резистора Rc (див. Рис. 2) для узгодження на виході вторинної обмотки трансформатора (він і не був розрахований) по току. Вторинне коло трансформатора струму розрахована як зазвичай у трансформатора напруги (задався за потрібне напругою на вторинній обмотці і зробив розрахунок).

трохи теорії

Отже, перш за все трохи теорії [4]. Трансформатор струму працює як джерело струму з заданим первинним струмом, що представляє струм ділянки, що захищається ланцюга. Величина цього струму практично не залежить від навантаження вторинного ланцюга трансформатора струму, оскільки його опір з навантаженням, приведене до числа витків первинної обмотки, мізерно мало в порівнянні з опорами елементів електричної схеми. Ця обставина робить роботу трансформатора струму відмінною від роботи силових трансформаторів і трансформаторів напруги.

На рис. 1 показана маркування кінців первинної і вторинної обмоток трансформатора струму, навитих на маг-нітопровод в одному і тому ж напрямку (I 1 - струм первинної обмотки, I 2-ток вторинної обмотки). Струм вторинної обмотки I 2 нехтуючи малим струмом намагнічування, завжди спрямований так, щоб розмагнічувати муздрамтеатр.

Стрілками показано напрямок струмів. Тому якщо взяти верхній кінець первинної обмотки за початок то початком вторинної обмотки н також є її верхній кінець. Прийнятому правилом маркування відповідає такий же напрямок струмів, враховуючи знак. І найголовніше правило: умова рівності магнітних потоків.

Алгебраїчна сума творів I 1 x W 1 - I 2 x W 2 = 0 (нехтуючи малим струмом намагнічування), де W 1 - кількість витків первинної обмотки трансформатора струму, W 2 - кількість витків вторинної обмотки трансформатора струму.

Приклад. Нехай ви, задавшись струмом первинної обмотки в 16 А, зробили розрахунок і в первинній обмотці 5 витків - розраховане. Ви ставите струмом вторинної обмотки, наприклад, 0,1 А і відповідно до вищезгаданої формули I 1 x W 1 = I 2 x W 2 розрахуємо кількість витків вторинної обмотки трансформатора.

W 2 = I 1 x W 1 / I 2

Далі провівши обчислення L 2 -индуктивности вторинної обмотки, її опір X L1, ми обчислимо U 2 і потім R c. Але це трохи пізніше. Тобто ви бачите, що задавшись струмом у вторинній обмотці трансформатора I 2, ви тільки тоді обчислюєте кількість витків. Струм вторинної обмотки трансформатора струму I 2 можна поставити будь-яке - звідси буде обчислюватися R c. І ще -I 2 повинен бути більше тих навантажень, які ви будете підключати

Трансформатор струму повинен працювати тільки на узгоджену по току навантаження (мова йде про Rc).

Якщо користувачеві потрібно трансформатор струму для застосування в схемах захисту, то такими тонкощами як напрямок намоток, точність резистивного навантаження Rc можна знехтувати, але це вже буде не трансформатор струму, а датчик струму з великою похибкою. І цю похибку можна буде усунути, тільки створивши навантаження на пристрої (я і маю на увазі джерело живлення, де користувач збирається ставити захист, застосовуючи трансформатор струму), і схемою захисту встановити поріг її спрацьовування по струму. Якщо користувачеві потрібно схема вимірювання струму, то як раз ці тонкощі повинні бути обов'язково дотримані.

На рис. 2 (точки - початок намоток) показаний резистор Rc, який є невід'ємною частиною трансформатора струму для узгодження струмів первинної і вторинної обмотки. Тобто Rc задає струм у вторинній обмотці. Як Rc не обов'язково застосовувати резистор, можна поставити амперметр, реле, але при цьому має дотримуватися обов'язкова умова - внутрішній опір навантаження повинне бути рівним розрахованому Rc.

Якщо навантаження не узгоджена з току - це буде генератор підвищеної напруги. Пояснюю, чому так. Як вже було раніше сказано, струм вторинної обмотки трансформатора спрямований у протилежний бік від напрямку струму первинної обмотки. І вторинна обмотка трансформатора працює як розмагнічує. Якщо навантаження у вторинній обмотці трансформатора не узгоджена з току або буде відсутня, первинна обмотка буде працювати як намагнічує. Індукція різко зростає, викликаючи сильне нагрівання магніто-проводи за рахунок підвищених втрат в стали. Индуктируемая в обмотці ЕРС буде визначатися швидкістю змінами потоку в часі, що має найбільше значення при проходженні трапецеидального (за рахунок насичення муздрамтеатру) потоку через нульові значення. Індуктивність обмоток різко зменшується, що викликає ще більший нагрів трансформатора і в кінцевому підсумку - вихід його з ладу.

Типи магнітних сердечників наведені на рис. 3 [3].

Вітою або стрічковий магнітопровід - одне і те ж поняття, також як і вираз кільцевої або тороидальний муздрамтеатр: в літературі зустрічаються і те, і інше.

Це може бути феритовий сердечник або Ш-образне трансформаторне залізо, або стрічкові сердечники. Феритові сердечники зазвичай застосовується при підвищених частотах - 400 Гц і вище через те, що вони працюють в слабких і середніх магнітних полях (Вт = 0,3 Тл максимум). І так як у феритів, як правило, високе значення магнітної проникності μ і вузька петля гістерезису, то вони швидко заходять в область насичення. Вихідна напруга, при f = 50 Гц, на вторинній обмотці становить одиниці вольт або менше. На феритових сердечниках наноситься, як правило, маркування про їх магнітні властивості (приклад М2000 означає магнітну проникність сердечника μ, рівну 2000 одиниць).

На стрічкових магнитопроводах або з Ш-образних пластин такого маркування немає, і тому доводиться визначати їх магнітні властивості експериментально, і вони працюють в середніх і сильних магнітних полях [4] (в залежності від застосовуваної марки електротехнічної сталі - 1,5 .. .2 Тл і більше) і застосовуються на частотах 50 Гц .. .400 Гц. Кільцеві або тороїдальні кручені (стрічкові) магнітопроводи працюють і на частоті 5 кГц (а з пермаллоя навіть до 25 кГц). При розрахунку S - площі перерізу стрічкового тороїдального магнітопроводу, рекомендується результат помножити на коефіцієнт до = 0,7 ... 0,75 для більшої точності. Це пояснюється конструктивною особливістю стрічкових магнітопроводів.

Що таке стрічковий розрізний муздрамтеатр (рис. 3)? Сталеву стрічка, товщиною 0,08 мм або товщі, намотують на оправку, а потім отжигают на повітрі при температурі 400 .. .500 ° С для поліпшення їх магнітних властивостей. Потім ці форми розрізають, шліфуються краю, і збирається муздрамтеатр. Кільцеві (нерозрізні) кручені магнітопроводи з тонких стрічкових матеріалів (пермаллоев товщиною 0,01 .. .0,05 мм) під час навивання покривають електроізолюючим матеріалом, а потім отжигают в вакуумі при 1000 .. .1100 ° С.

Для визначення магнітних властивостей таких магнитопроводов треба намотати 20 ... 30 витків дроту (чим більше витків, тим точніше буде значення магнітної проникності сердечника) на сердечник муздрамтеатру і виміряти L-індуктивність цієї обмотки (мкГн). Обчислити S - площа перетину сердечника трансформатора (мм2), lm-середню довжину магнітної силової лінії (мм). І за формулою розрахувати jll - магнітну проникність сердечника [5]:

(1) μ = (800 x L x lm) / (N x S) - для стрічкового і Ш-образного сердечника.

(2) μ = 2500 * L (D + d) / W x C (D - d) - для кільцевого (тороідільного) сердечника.

При розрахунку трансформатора на більш високі струми застосовується дріт великого діаметру в первинній обмотці, і тут вам знадобиться кручений стрижневий муздрамтеатр (П-подібний), кручений кільцевої сердечник або феритовий тороид.

Якщо хто тримав в руках трансформатор струму промислового виготовлення на великі струми, то бачив, що первинної обмотки, навитої на магнітопровід, немає, а є широка алюмінієва шина, що проходить крізь муздрамтеатр.

Я нагадав про це потім, що розрахунок трансформатора струму можна виробляти, або задавшись Вт - магнітної індукції в осерді, при цьому первинна обмотка буде складатися з декількох витків і доведеться мучитися, намотуючи ці витки на сердечник трансформатора. Або треба розрахувати магнітну індукцію Вт поля, створювану провідником зі струмом, в осерді.

А тепер приступимо до розрахунку трансформатора струму, застосовуючи закони [6].

Ви ставите струмом первинної обмотки трансформатора струму, тобто тим струмом, який ви будете контролювати в ланцюзі.

Нехай буде I 1 = 20 А, частота, на якій буде працювати трансформатор струму, f = 50 Гц.

Візьмемо стрічковий кільцевої сердечник OJ125 / 40-10 або (40x25x10 мм), схематично представлений на рис. 4.

Розміри: D = 40 мм, d = 25 мм, С = 10 мм.

Далі йде два розрахунки з докладними поясненнями як саме розраховується трансформатор струму, але занадто велика кількість формул утруднює викласти розрахунки на сторінці сайту. З цієї причини повна версія статті про те як розрахувати трансформатор струму була конвертована в PDF і її можна завантажити скориставшись посилання .

Адреса адміністрації сайту: [email protected]