Tokovni transformator z elektronskim ojačevalnikom

Transcript

1 Tokovn transformator z elektronskm ojačevalnkom Tokovn transformator se sestoj z prmarnega navtja skoz katerga teče merjen tok n sekundarnega navtja. a sekundarno navtje je prklopljen merln upor s kompleksno mpedanco Z. Shema realnega transformatorja Slka : sestoj z dealnega transformatorja z napetostnm n tokovnm prestavnm razmerjem U U, n elementov realnega transformatorja. R n R sta upornost prmarnega n sekundarnega navtja, medtem ko sta X n X admtanc navtj zarad stresanega polja. Upornost R 0 podaja Joulske zgube v jedru transformatorja (vrtnčne zgube), X 0 pa določa velkost nduktvne komponente magnetlnega toka. Shema realnega transformatorja postane preglednejša, če predpostavmo enakost prmarnh n sekundarnh ovojev, oz. če reducramo prmarno stran vezja na sekundarno (al obratno, če je to prročnejše). U U,, R R ( ) z sheme se zlahka opaz, da razmerje U /U napetost realnega transformatorja n enako razmerju ovojev /. apetost poleg tega tud nsta v faz. Razlog temu je padec napetost na elementh R, X, R n X. Delovanju dealnega transformatorja se prblžamo čmmanjša je obrementev transformatorja tj. v praznem teku. Podobno velja tud za tokovno razmerje /, k odstopa od razmerja ovojev / n scer zarad tokov g n µ. Odstopanje je tem manjše čmbolj se transformator prblža stanju popolnega kratkega stka (kratek stk sekundarnh sponk). Tokovn n fazn pogrešek tokovnega transformatorja sta tedaj najmanjša, saj je tok magnetzranja enak nč (dealno).

2 To je lepo razvdno z kazalčnega dagrama. Slka : Kazalčn dagram tokovnega transformatorja Sekundarn tok povzroča na nadomestn upornost n stresan nduktvnost sekundarnega navtja n prključenem bremenu (ZR+jX) padec napetost, k je enak nducran napetost v sekundarnem navtju U ( R + jx + Z) nducrana napetost je proporconalna sprememb magnetnega pretoka, k se zaključuje skoz prmarno n sekundarno navtje U d Φ dt V faz z magnetnm pretokom je komponenta µ magnetlnega toka 0, medtem ko je njegova delovna komponenta v faz z U. Vektorska vsota tokov n 0 je enaka prmarnemu toku reducranem na sekundarno stran. Ker se n razlkujeta tako po ampltud kot tud po faz govormo o tokovnem n faznem pogrešku tokovnega transformatorja. Če predpostavmo, da je nazvno transformatorsko razmerje K enako razmerju ovojev /, potem je tokovn pogrešek enak K p 00 [%] 00 [%] ozroma p 0 00 [%, ] medtem ko fazn pogrešek podajamo kot 0 sn δ sn( β0 β s). Vdmo, da sta oba pogreška odvsna od razmerja 0 /. Ker je magnetln tok pr tokovnh transformatorjh relatvno majhen (tež se namreč, da je U čm manša) lahko namesto 0 nadomestmo zgolj z njegovo osnovno harmonsko komponento 0(). Dobmo razmerje tokov, k je podrobneje zpeljano v []

3 0 () P π fvfe ϑ µ. σ Razmerje tokov, ter s tem tud tokovn n fazn pogrešek, raste s povečevanjem prenesene navdezne moč preko jedra ter pada z večanjem frekvence, volumnom jedra, permeablnost µ σ n υ. Pr tem je υ vrednost prmarne poljske jakost ϑ. l FE a velkost tokovnega n faznega pogreška ma pr nekem danem transformatorju največj vplv permeablnost jedra, k zavs od velkost merjenega toka n mpedance merlnega upora. Značlno odvsnost permeablnost od merjenega toka pr konstantnem bremenu Z podaja spodnja slka. B µ H Slka Takšna odvsnost je posledca ukrvljenost magnetlnce B-H (devška krvulja). Pr majhnh tokovh je nducrana napetost U majhna kar velja posledčno tud za dφ n B. Ker se magnetlna točka tedaj nahaja blzu koordnatnega zhodšča B-H krvulje, kjer je permeablnost jedra majhna, je pogrešek tokovnega transformatorja občutno večj kot pr nazvnem toku, kjer je permeablnost mnogo večja. Opsana odvsnost se lepo odraz tud na oblkovanju dopustnh mej pogreška tokovnega transformatorja. Slka 4 a, b:

4 Merln tokovn transformatorj se po veljavnem predpsu umeščajo v šest točnostnh razredov. Tabela : Dopustne vrednost tokovnh n faznh pogreškov razred p [%] δ [mn] 0, 0,, 0, 0,, 0, 0,5 0, 0, 0, , 0,5 0,5 0, 0, ,5 0,75 0,5 0, , ,5 do, : meje nso predpsane 5 0,5 do, : 5 meje nso predpsane Oznaka točnostnega razreda je enaka absolutn vrednost mejnega tokovnega pogreška (v procenth) pr nazvnem toku n nazvnem bremenu. Zmanjšanje tokovnega n faznega pogreška s pomočjo elektronskega ojačevalnka V elektronskh merlnh napravah srečamo pogosto tokovne transformatorje manjšh moč, k galvansko ločujejo občutljve elektronske sklope od merlnega tokokroga. Merjen tok je v tem prmeru transformran v relatvno majhen (normran) tok ( A do 5 A), k na precznem merlnem uporu R povzroč padec napetost R. Ta napetost se nato zajame (obdela) z elektronskm sklopom, k ma velko vhodno upornost. Osnovno točnost takšnega transformatorja, k je določena z () lahko občutno zboljšamo, če zmanjšamo sekundarn tok ob sočasnem povečanju upornost R. Tedaj je ob stem padcu napetost na merlnem uporu prenesena moč transformatorja manjša. Vendar pa zmanjšanje sekundarnega toka zahteva povečanje števla sekundarnh ovojev, zarad česar je možno točnost zboljšat le deloma, saj pr večjem števlu ovojev (pr sth dmenzjah jedra) nastopjo dodatna odstopanja. Točnost tokovnega transformatorja občutneje zboljšamo z uporabo elektronskega ojačevalnka. Takšen sklop tokovnega transformatorja n ojačevalnka pogosto menujemo aktvn tokovnk. Poleg prmarnega n sekundarnega navtja ma transformator dodano še tretje t.. ndkacjsko navtje.

5 R R U VH U V U ZH Slka: Aktvn tokovnk ndkacjsko navtje je prključeno na vhod elektronskega ojačevalnka. jegova vhodna napetost je enaka nducran napetost v ndkacjskem navtju U, saj je tok (ter s tem tud padec napetost v tem tokokrogu) zarad velke vhodne upornost ojačevalnka zanemarljv. zhodn tok ojačevalnka teče skoz sekundarno navtje n merln upor R. Če predpostavmo dealn ojačevalnk z neskončnm ojačenjem A potem vhodna napetost U vh tež k vrednost nč. To pa je mogoče le tedaj, ko velja enakost ampernh ovojev n. V prmeru realnega ojačevalnka z ojačenjem A bo njegova zhodna napetost enaka U ZH ( R + R+ jx) U, medtem ko je vhodna napetost U ZH UVH. A nducrana napetost v navtju zato znaša U U U Z U ' ZH S A A /. Z S U + A / nducrana napetost U je pr velkem ojačenju A znatno manjša od Z S, kolkor znaša nducrana napetost brez uporabe ojačevalnka. a opsan načn se posledčno zmanjša tud razmerje tokov () n scer za +A / krat, če seveda predpostavmo konstantne ostale parametre. Povzetek: Povezavo ndkacjskega navtja n vhoda elektronskega ojačevalnka lahko smatramo kot preczn nčeln ndkator, katerega odstopanje zazna n korgra ojačevalnk tako, da skoz sekundarno navtje vsl kompenzacjsk tok. Rezultat je zmanjšanje vhodne napetost ojačevalnka, k tež k vrednost nč. Enaka ugotovtev velja tud za spremembo magnetnega pretoka Φ. Ker se delovna točka v magnetln krvulj B-H tako nahaja blzu koordnatnega zhodšča, je presek jedra lahko manjš vendar pa mora bt pločevna kakovostnejša. met mora večjo začetno permeablnost. Opsana zvedba tokovnega merlnka n prmerna za merjenje enosmernh tokov, saj je ndkacjsko navtje občutljvo zgolj na spremembo magnetnega pretoka Φ. To pa pomen, da tud ojačevalnk ne sme met preostale zhodne napetost (offset).

6 Offset b bl sprejemljv le tedaj, če b ga lahko zanesljvo obvladoval n scer s cljem, da b delovno točko premaknl v strmejš del magnetlne krvulje B-H. Frekvenčna meja aktvnh tokovnkov zavs predvsem od stresanh polj v sekundarnem navtju ter frekvenčne meje uporabljenega ojačevalnka (slew rate). Tpčne vrednost sodobnega aktvnega tokovnka podaja spodnja tabela. Tabela : tokovno območje A do 00 A točnost 0, % frekvenčno območje 0 Hz do 500 khz Poleg merlnh aplkacj, kjer se zahteva relatvno velka točnost, so t tokovn merlnk zanmv tud kot zaščtn transformatorj. Le-t morajo točno zmert tud nekajkratno povečano vrednost nazvnega toka. Za razlko od pasvnh transformatorjev pr katerh lahko tedaj prde do nasčenja jedra, je to pr aktvnem tokovnku ob dovolj zmogljvem ojačevalnku skoraj nemogoče.