6. Методические указания к выполнению работы

6.1.При определении действительного коэффициента трансформации трансформатора, выполняя опыты, ток I₁ устанавливать равным, соответственно: 10; 20; 30; 40; 50 А.

Номинальное сопротивление вторичной цепи трансформатора Ом.

2. При определении погрешности коэффициента трансформации расчет производится по формуле 6.1. Значение номинального коэффи- циента трансформации берется из паспортных данных трансформатора.

7. Содержание отчета

Отчет должен содержать:

7.1. Цель работы.

7.2. Паспортные данные приборов.

7.3. Схемы исследований (рис.2,3,4).

7.3. Таблица наблюдений с результатами опытов и расчетов.

7.4. Графики погрешностей трансформатора тока: δ_I^'=f(I₁) при Z_2н^'=0,2 Ом, δ_I^''=f(I₁) при Z₂^''=0,65 Ом, δ_I^'''₌f(Z₂^''') при '''= 25А.

7.5. Выводы по результатам исследований.

7. Предварительные указания и элементы теории

Измерительные трансформаторы тока служат для расширения пределов измерения измерительных приборов по току. Они применяются для совместной работы с амперметрами, ваттметрами, счетчиками, приборами защиты и т.д.

Трансформатор тока (рис.1) состоит из замкнутого стального сердечника с наложенными на него обмотками. Одна из них - первичная, обычно с меньшим числом витков, включается в рассечку провода, по которому протекает измеряемый ток, а другая- вторичная, с большим числом витков, замыкается на катушки измерительных приборов, соединенных между собой последовательно. Поскольку сопротивление токовых обмоток измерительных приборов достаточно мало, ТТ практически работает в режиме, близком к режиму короткого замыкания.

Рассмотрим принцип действия измерительных трансформаторов.

Когда измеряемый ток, определяемый нагрузкой сети, протекает по первичной обмотке, в замкнутом сердечнике магнитопровода появляется (за счет намагничивающей силы I₁w₁) переменный магнитный поток Ф, индуцирующий ЭДС Е₁ и Е₂ в обеих обмотках. Если вторичная обмотка замкнута на токовые обмотки измерительных приборов, то под действием ЭДС Е₂ в ней появится вторичный ток I₂, находящийся в определенном соотношении с током I₁. При этом общий магнитный поток Ф уменьшается, так как ток I₂ размагничивает сердечник.

Величина вторичного тока зависит от коэффициента трансформации, который определяется из уравнений

(6.1)

где: I_1н - номинальный ток, на который рассчитана первичная обмотка

трансформатора; I_2н - номинальный ток вторичной обмотки трансформатора (в РФ в большинстве случаев I_2н = 5А); w₁, w₂-число витков первичной и вторичной обмоток.

Маркировка концов обмоток трансформатора.

Для того, чтобы правильно включить прибор через измерительные трансформаторы, необходимо помнить следующее правило. Ток в измери- тельном приборе, включенном через измерительный трансформатор, дол- жен иметь такое же направление, какое он имел бы при непосредствен. ном включении прибора в электрическую цепь.

Следует помнить, что ток во второй обмотке трансформатора повернут на 180° по отношению к току в первичной обмотке, т.е., если I₁ протекает от начала обмотки Л₁ к концу Л₂ , то ток I₂ будет протекать от конца обмотки И₂ к ее началу-И₁.

Неправильный выбор зажимов ("начала и конца") вызывает поворот на 180° вектора тока по отношению к измерительному прибору.

У однофазных ваттметров или счетчиков это вызывает отклонение подвижной части влево от нуля (диск счетчика будет вращаться про- тив часовой стрелки) и неправильность в схеме сразу обнаружится.

Однако у трехфазных (двух или трехэлементных) приборов поворот вектора (перемена "начала" и "конца" обмотки трансформатора) не всегда вызывает изменение направления отклонения или вращения подвижной части прибора. Следовательно, погрешность в схеме может быть не замечена, хотя показания приборов не будут иметь ничего общего с той действительной величиной, которую они измеряют.

Для правильного выполнения соединений приборов с обмотками трансформаторов необходимо точно знать "начала" и "концы" первич- ной и вторичной обмоток.

В данной работе предлагается изучить два метода проверки концов обмоток для трансформаторов тока:

а) Баллистический метод (рис. 6.2)

Для проведения опыта необходимо иметь:

1. Источник постоянного тока, с известной полярностью напряжением 1÷2 В.

2. Амперметр или вольтметр магнитоэлектрической системы - их полярность тоже должна быть известной (желательно иметь прибор с двухсторонней шкалой).

3. Маркируемый трансформатор.

4. Однополюсный рубильник.

Руководствуясь правилом протекания тока по обмоткам трансформатора и в измерительном приборе, нетрудно видеть, что при замыкании рубильника стрелка измерительного прибора отклонится вправо тогда, когда "начала" обмоток измерительного трансформатора Л1 и И1 или их "концы" Л2 и И2 присоединены к одноименным зажимам (+ или -) у источника тока и у измерительного прибора.

Концы первичной обмотки в трансформаторах тока обозначают:

начало через Л₁ , конец через Л₂ (линия). Концы вторичной -начало через И₁ конец через И₂ (измерительный прибор).

б) Метод сравнения

Если нет источника постоянного тока, то маркировку концов обмоток трансформатора можно выполнить на переменном токе. Для производства опыта необходимо иметь:

1. Источник переменного тока.

2.Регулирующее устройство, например, ЛАТР или реостат, включенный по схеме потенциометра.

3. Понижающий трансформатор 127/12 В.

4.Амперметр с номинальным током, равном номинальному току пер- вичной обмотки трансформатора тока.

5.Образцовый трансформатор тока (трансформатор с обозначенными согласно ГОСТ клеммами).

6. Маркируемый трансформатор тока.

7. Три амперметра на 5 А ( в качестве нулевого можно взять ампер- метр на 10 А).

Опыт производится по схеме, приведенной на рис.6.3.

Собрав схему (рис.6.3), включают ее под напряжение и снимают показания амперметров, включенных во вторичную цепь. Если при этом окажется, что ток в «нулевом» амперметре равен I₀=I_об – I_х, то это значит, что "начало" Л₁ первичной обмотки маркируемого трансформатора соединено с "концом" Л₂ первичной обмотки образцового трансформатора, а "начало" И₁ вторичной обмотки маркируемого трансформатора соединено с "концом" И₂ вторичной обмотки образцового трансформатора.

Если же при опыте окажется, что ток в "нулевом" амперметре равен I₀=I_об+I_х, то это значит, что при том же соединении клемм первичных обмоток трансформатора (Л₁ маркируемого соединен с Л₂ образцового) «конец» И₂ вторичной обмотки маркируемого трансфор- матора соединен с "концом" И₁ вторичной обмотки образцового трансформатора. Убедитесь в том, что концы обмоток найдены правильно, произведите маркировку согласно ГОСТ.

8.2. Определение погрешностей трансформатора.

В измерительных трансформаторах различают два вида погрешностей: угловую погрешность и погрешность в коэффициенте трансформации.

Под угловой погрешностью подразумевают угол между векторами первичного тока и вектором вторичного тока, повернутым на 180°. Для трансформаторов тока различных классов точности угловая погрешность неодинакова и лежит в пределах γ = ± (10'  120).

Погрешность в коэффициенте трансформации также зависит от класса точности трансформатора и составляет, например, для трансформаторов класса 0,2 (0,2-0,5)%. Этот вид погрешности зависит от величины и характера вторичной загрузки и от магнитных свойств материала сер- дечника.

Определение погрешности малой величины требует применения методов, обеспечивающих высокую точность измерения. Такими методами являются нулевые и дифференциальные методы. Но так как эти методы сложны и требуют применения специальной аппаратуры, то применение их ограничено.

В данной работе предлагается упрощенный способ определения погрешности коэффициента трансформации путем непосредственного изменения первичного и вторичного токов.

Э тот способ наиболее прост, но получаемые результаты не могут претендовать на большую точность. Величину погрешности в коэффициенте трансформации определяют по уравнению

, (6.2)

где: - номинальный коэффициент трансформации ТТ;

- действительный коэффициент трансформации ТТ;

I_1н, I_2н, I_1, I₂ – соответственно номинальные и действительные значения первичного и вторичного тока ТТ.

Номинальный коэффициент трансформации определяется по паспортным данным трансформатора, а действительный - по показаниям приборов, включенных по схеме, как показано на рис. 6.4.