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
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.