2.2. Измерительные трансформаторы тока.

Измерительный трансформатор тока или пояс Роговского представляет собой катушку, индуктивно связанную с контуром измеряемого тока. Обычно катушка выполняется в виде тора, охватывающего провод с измеряемым током (рисунок 2.6). Полем измеряемого тока в тороидальной катушке индуктируется э. д. с., пропорциональная производной тока. Индуктированная в катушке э. д. с. равна:

.

(2.20)

На выходе трансформатора включается интегрирующая цепочка (ИЦ), предназначенная для преобразования сигнала на выходе в сигнал, пропорциональный измеряемому току.

Рисунок 2.6. Схема измерительной цепи с поясом Роговского.

ИЦ –интегрирующая цепочка; d, D –диаметры тороидальной катушки.

Катушка выполняется обычно однослойной, имеет круглое или квадратное сечение. Ее индуктивность при плотной намотке:

,

(2.21)

а взаимная индуктивность с контуром измеряемого тока, протекающего по проводу, пропущенному через трансформатор по оси,

,

(2.22)

где D – средний диаметр тора, d – диаметр круглого сечения катушки (рисунок 2.6), d_пр – диаметр провода катушки.

Индуктированная в катушке э. д. с. слабо зависит от положения провода с током i внутри тора. Лишь при приближении провода к краю катушки на расстояния, соизмеримые с диаметром обмотки катушки, взаимная индуктивность отличается от рассчитанной по (2.27) и значение индуцированной э. д. с. будет отличаться от определенного по выражению (2.25).

При измерениях сравнительно малых по амплитуде токов катушку трансформатора выполняют на ферромагнитном тороидальном замкнутом сердечнике, что позволяет резко увеличить L и M схемы. Однако нужно иметь в виду, что применение сердечника возможно при сравнительно невысоких индукциях, когда не сказывается насыщение сердечника.

Оценку погрешности измерений импульсных токов поясом Роговского можно сделать следующим образом. Упрощенная схема замещения пояса Роговского приведена на рис. 2.7.

Рис. 2.7. Схема замещения пояса Роговского.

В данной схеме: R₂ – сопротивление обмотки пояса Роговского;

L - индуктивность намотки пояса;

R₁ – сопротивление нагрузки пояса;

С_п – паразитная емкость пояса.

С_п – составляет обычно десятки пФ и до частот измеряемого тока ~ 1 МГц токами через эту емкость можно пренебречь, т. е. принять С_п = 0.

Тогда ток в поясе i₁ определяется решением уравнения:

, где .

(2.23)

Для пояса с идеальной и плотной намоткой:

, тогда ,

(2.24)

где - длина пояса, - его сечение, - число витков в намотке пояса.

Проинтегрировав уравнение (2.38) и учтя, что при , получим:

(2.25)

И так, погрешность измерений определяется поправкой:

(2.26)

По осциллограмме тока в поясе эту поправку можно определить истинную кривую разрядного тока:

(2.27)

В измерениях делают так, чтобы . Для этого предельно возможно увеличивают постоянную времени путем уменьшения R или увеличения L.

Поскольку R=R₁+R₂, то обмотка пояса должна быть выполнена хорошо проводящим проводом, тогда R₂  0. Увеличение индуктивности достигается использованием ферромагнитного тороидального сердечника, у которого >> .