Аналоговые измерительные устройства

          Измерительные трансформаторы постоянного тока  (ИПТП) приме­няются для измерения больших постоянных токов, а также токов и напряжений в высоковольтных цепях постоянного тока.
          ИТПТ состоит из двух одинаковых замкнутых ферро­магнитных сердечников из магнитно-мягкого материала с прямоуголь­ной кривой намагничивания. Первичные обмотки этих сердечников cоединяются последовательно и по ним протекает измеряемый постоянный ток I1  (первичная обмотка может иметь общую первичную обмотку с числом витков w1 = 1, представляющую собой шину (рис. 2.3,а)). Вто­ричные обмотки с числом витков w2, равномерно намотанные на свои сердечники, включаются последовательно–встречно к вспомога­тельному источнику переменного тока U2, а протекающий по ним ток i2 обычно выпрямляется и измеряется магнитоэлектрическим ампермет­ром.  Устройство и включение ИТПТ показано на рис 2.3,а.
          Работает данный трансформатор следующим образом. Предположим, что сердечники 1 и 2  ИТПТ обладают  идеальной  кривой намагничивания. На рис. 2.3,бизображена идеализированная прямоугольная кри­вая намагничивания сердечников и показаны МДС, действующие в сер­дечниках. Под действием МДС I­1w1 оба сердечника насыщаются. Току I1 соответствует начальная рабочая точка Ана участке насыщения кривой намагничивания. Если ток I1 увеличивается, точка Асмещается вправо (А");при уменьшении I1 точка Асмещается влево (A'). Ось времени для переменной МДС i2w2 совмещена с вертикальной линией, прохо­дящей через точку А.
          Вторичные обмотки включены так, что в течение каждого полупериода вспомогательного переменного тока i2 в одном сердечнике переменная составляющая магнитного потока направлена навстречу потоку от постоянного тока в первичных обмотках, тогда как в другом сердечнике в это время магнитные потоки совпадают по направлению. 

 
а                                                      б
Рис. 2.3

          Рассмотрим полупериод тока, когда в сердечнике 1 первичная I1n1 и вторичная i2n2 МДС вычитаются, а в сердечнике 2 – суммируются. При суммировании МДС индукция в сердечнике остается неизменной, равной индукции насыщения ВНАС. При вычитании МДС индукция остается неизменной, лишь пока i2n2 < I1n1. При равенстве МДС происходит изменение индукции и в обмотке сердечника 1 индуктиру­ется ЭДС, встречная приложенному напряжению и уравновешивающая его. Таким образом, во вторичной обмотке ток не может превы­сить значения i2 = I1n1/n2. Если допустить, что активные сопротивле­ния полуобмоток, намотанных  на сердечники 1 и 2, равны нулю, то ток независимо от значения приложенного напряжения мгновенно воз­растает до значения i2 = I1n1/n2,при котором «включается» противо–ЭДС, и кривая вторичного тока, как и показано на рис. 6.45б,имеет прямоугольную форму. В следующий полупериод вследствие встреч­ного включения вторичных обмоток вычитание МДС происходит в сер­дечнике 2, в обмотке которого индуктируется ЭДС, уравновешиваю­щая приложенное напряжение.
          Как видно из принципа действия ИТПТ, никакой трансформации энергии не происходит, а имеет место уравновешивание МДС. Среднее значение выпрямленного тока I2ср, протекающего через амперметр, определяется из равенства МДС: I2ср = I1n1/n2.
          Форма вторичного тока не зависит от формы и частоты вспомога­тельного источника напряжения U2, а также от его значения, если оно выбрано таким образом, чтобы было достаточным для выполнения равенства I1n1 = i2n2. Обычно U2 выбирают из условия Вm= (0,9 ÷0,75) Bнас.
          Из рис. 2.3,б видно, что во вторичных обмотках переменный ток должен иметь прямоугольную форму, а в диагонали моста, где включен измерительный прибор будет протекать постоянный ток.
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 и 35 кА, с основной погрешностью 0,5%. Номинальный вторичный ток 5 А. 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.