16.Измерительные трансформаторы постоянного тока ( итпт ).

Применяются для измерения больших постоянных токов , а также токов и напряжений в высоковольтных цепях постоянного тока. ИТПТ

( рис.а ) состоят из двух одинаковых замкнутых ферромагнитных сердечников из магнитомягкого материала с прямоугольной прямой намагничивания , которые имеют общую первичную обмотку, число витков W₁=1, представляющую собой шину ( толстый медный провод ), по которой проходит измеряемый постоянный ток и отдельные вторичные обмотки с числом витков W₂ равномерно намотанные на свои сердечники . Вторичные обмотки включаются последовательно встречно вспомогательному источнику переменного тока, а протекающий по ним ток i₂ обычно выпрямляется и измеряется магнитоэлектрическим амперметром.

а)

Магнитная цепь ИТПТ работает в режиме насыщения по постоянному магнитному потоку и выходит из этого режима только когда напряженность встречно-направленного переменного магнитного поля компенсирует напряженность постоянного магнитного поля.

На рис.б) изображена идеализированная прямоугольная прямая намагничивания сердечников и показаны МДС, действующие в сердечниках.

б)

Под действием МДС оба сердечника насыщаются. Току соответствует начальная рабочая точка А на участке кривой намагничивания. Если ток увеличивается точка А смещается вправо ( ). При уменьшении точка А смещается влево ( ). Ось времени для переменной МДС совмещена с вертикальной линией, проходящей через точку А.

Рассмотрим полупериод тока, когда в сердечнике I первичная МДС и вторичная МДС вычитаются, а в сердечнике II суммируются.

При суммировании МДС индукция в сердечнике остается неизменной, равной .

При вычитании МДС индукция остается неизменной лишь пока .

При равенстве МДС происходит изменение индукции и в обмотке сердечника I индуктируется ЭДС встречное, приложенное к напряжению и уравновешивающее его.

Таким образом во вторичной обмотке ток не может превысить значение . Если допустить, что активные сопротивления полуобмоток, надетых на сердечники I и II, равны 0, то ток независимо от значения приложенного напряжения мгновенно возрастает до значения , при котором «включается» противоэдс и кривая вторичного тока, как показано на рис.б), имеет прямоугольную форму. В следующий полупериод вследствие встречного включения вторичных обмоток вычитание МДС происходит в сердечнике II, в обмотке которого индуктируется ЭДС, уравновешивающее приложенное напряжение.

Как видно из принципа действия ИТПТ никакой трансформации энергии не происходит, а имеет место уравновешивание МДС. Среднее значение выпрямленного тока , протекающего через амперметр определяется из равенства .

Форма вторичного тока не зависит от формы и частоты вспомогательного напряжения, а также от его значения, если оно выбрано. Таким образом, чтобы изменение магнитной индукции в сердечниках было меньше двойного значения индукции насыщения . Последнее эквивалентно условию , где - амплитуда переменной индукции в сердечниках при , определяемое из выражения

- площадь сечения сердечника.

- действующее напряжение вспомогательного источника.

Если может произойти повторное насыщение работающего сердечника в нижней части цикла перемагничивания и оба сердечника окажутся в состоянии насыщения.

При этом вторичный ток перестает зависеть от измеряемого первичного тока и ограничивается только сопротивлением вторичных обмоток. Обычно выбирают из условия, чтобы .

Погрешности ИТПТ с последовательным соединением вторичных обмоток главным образом обусловлены отличием реальной петли перемагничивания сердечников от идеальной прямоугольной петли и в меньшей степени конечным значением сопротивления вторичной цепи ИТПТ.

Для работы в низковольтных цепях до 1000 В выпускаются ИТПТ с номинальным первичным током 5; 7,5; 10; 15; 25; 35 кА с основной погрешностью 0,5%. Номинальный вторичный ток 5А. Для измерения постоянных токов в высоковольтных цепях выпускаются ИТПТ с номинальным первичным током 1; 2 и 4 кА. Известны также ИТПТ с пределами измерений до 100 кА и разъемным магнитопроводом, что дает возможность производить их монтаж без разрыва цепи измеряемого тока.