Измерительные трансформаторы постоянного тока используются при измерениях очень больших токов (несколько тысяч ампер), когда применение шунтов затруднительно. Их удобно использовать в цепях с высоким напряжением, так как вторичные обмотки изолированы от первичных. Схема трансформатора постоянного тока показана на рис. 3.9.
Он состоит из двух одинаковых замкнутых сердечников из материала с высокой магнитной проницаемостью и хорошей частотностью – например, пермаллоя. Первичные обмотки w1 состоят обычно из одного витка (или просто пронизывающего сердечника кабеля), выполненного в обоих сердечниках в одном и том же направлении, так, что магнитные потоки Ф_ постоянного тока в сердечниках направлены всегда одинаково. Вторичные обмотки w2 намотаны на сердечниках в противоположных направлениях, соединены последовательно и через амперметр переменного тока подключены к вспомогательному генератору переменного напряжения. В каждый момент времени потоки Ф~ переменного тока в сердечниках направлены в противоположные стороны.
Iх
Ф– _ Ф–
w1 w1
Ф Ф
w2 w2 I2
U2
Рис. 3.9. Измерительный трансформатор постоянного тока.
Кривая намагничивания сердечников показана на рис. 3.10. Постоянный поток Ф_, создаваемый измеряемым током Ix, соответствует значению МДС Ixw1. В отсутствии тока во вторичной обмотке этот поток соответствует точке А на кривой намагничивания.
Ф
Фнас А Рис. 3.10. Кривая намагничи-
вания сердечников трансфор-
∙ В маторов постоянного тока.
Iw
0 Iхw1
В каждый момент времени МДС Ixw1 в одном сердечнике суммируется с МДС I2w2 , а в другом – вычитается из нее. В связи с тем, что исходная точка А находится на участке насыщения кривой намагничивания, увеличение МДС не сказывается на увеличении общего потока по сравнению с исходным значением Фнас и ЭДС, наводимая во вторичной обмотке этого сердечника равна нулю:
е ═ — w2dФ/dt ═ 0.
Во втором сердечнике до тех пор, пока магнитопровод остается насыщенным, увеличение тока I2 не вызывает заметного уменьшения Ф. Как только точка А перемещается в область ОВ, магнитный поток заметно уменьшится и в обмотке w2 появится ЭДС, препятствующая дальнейшему увеличению I2 . В результате рост тока I2 прекращается, а его максимальное значение может быть определено из условия:
Насыщенный сердечник не влияет на величину тока I2 . Если форма кривой намагничивания близка к прямоугольной, а переменное напряжение достаточно велико, то форма кривой тока I2 близка к прямоугольной – рис.3.11. Среднее значение тока I2 измеряют амперметром выпрямительной системы.
I2
Ix
t
Рис. 3.10. Осциллограмма вторичного тока трансформатора
постоянного напряжения.
Серийные измерительные трансформаторы постоянного тока типа
И-58М имеют класс точности 0,5 при номинальных первичных токах от 15 А до 70 кА.
