Някои аспекти на използването на сензори в електромерите

Ashmarov Y. Генерален директор на VP AIST

Текущ разкарвам включва разкъсване на фазовия проводник. Наред с предимствата - като например ниска цена и безразличие към компонент DC в кръга на измерване, шунта има сериозни недостатъци:

1. Избор на текущата шънт изисква компромис, защото от една страна е необходимо да се получи достатъчно за измерване на напрежение, т.е. съпротивление шунт трябва да бъде достатъчно висока, от друга страна - на съпротивлението на шунт трябва да бъде толкова ниска, колкото е възможно, за да се предотврати неоторизиран външен байпас (кражба на електрическа енергия) и ефекта върху измерва верига. Например: За натоварване ток схема 5 (50) А може да се прилага към шунт Rsh = 400 MO и съответно, на напрежението в това да се измери само 2 (20) тУ. Въпреки това, ако се вгледате в параметрите за m.skh метра - измервателен обхват е 500 мВ.
2. Деформация се дължи на отоплението на мощността на шънт, предвиден за него. Когато съпротивлението шунт 400 MO и максимален ток 50 А паразитни мощност разсейвана е равно на 1 ват. В контекста на усложнената охлаждане той предизвиква значително нагряване на шунта и промяната в своята устойчивост, което се отразява на точността на измерванията, да не говорим за факта, че увеличаването на консумацията на енергия на гише като цяло.
3. измервателната верига е високо напрежение, което го прави трудно скрининг и изисква повишени мерки за защита срещу електрически. шок.
4. Влияние на шум и импулсен шум в измервателната верига е много критичен, което изисква използването на специални защитни филтри, които въвеждат фазовото изкривяване при измерване.
5. Увеличаването на грешка, когато са изложени на високи сигнали поради самостоятелно индуктивност на шънта

Трансформаторни настоящите сензори (токови трансформатори)

Трансформатор съпротивителни настоящите сензори скъпи, но имат редица съществени предимства:

1. измерване на токов трансформатор, в сравнение с шънтове, работи при много по-ниска капки напрежение на входа и на практика не консумират.
2. Измервателни токови трансформатори осигуряват галванична изолация между намотките, обаче измервателната верига не е под висок потенциал като при използване на шунта и той може лесно да бъде проверен.
3. токов трансформатор параметри непроменени с течение на времето и да не зависят от температурата.
4. Степента на трансформация се поддържа лесно в производството и остава винаги постоянно.
5. Токови трансформатори перфектно угасне преходни процеси в измервателната верига, без използването на допълнителни филтри
6. Осигуряване на минимално изместване на фазата между веригите за измерване на напрежението и тока, тъй като филтриране на сигнала измерване се получава чрез самостоятелно индуктивност на трансформатора.
7. лесно да се измери трифазен ток сигнали поради галванично отделяне на настоящите проводници и част от измерването.
Тъй като настоящите сензорите (текущи измервателни трансформатори) обикновено се използват трансформатор помощта на два вида:
1. Transformer натоварени на прецизност резистор - токов трансформатор. Обикновено, със сърцевина магнит на аморфни или нанокристални сплави. Изходното напрежение е взета от Пропорционална резистор с ток на първичната намотка;
2. трансформатора отличава ди / DT, оперира в режим на възбуждане на чук. Обикновено без магнитна сърцевина (въздух). Изходното напрежение на трансформатора е пропорционална ставка от промяната на първичен ток.
Прилагането на настоящите метра трансформатор сензорни мощност може да се комбинира с резистивен сензор за напрежение, или трансформатора на напрежение. Обикновено резистивен делител се използва като най-евтин.

измерване на токов трансформатор натоварване резистор

Идеалният режим измерване на текущата операция трансформатор е късо режим вторична верига. В този режим на индуцирания ток протича през вторичната верига на токов трансформатор, който генерира вторичен магнитна верига на магнитен поток, който отменя магнитния поток на първи контур ток. В резултат на това в сърцевината, в стабилно състояние, е в близост до 0 общата магнитния поток, което индуцира във вторичната намотка малка EMF поддържаща схема ток във вторичната пропорционална на първичния ток.
Безопасност вторични вериги при високи входни токове се осигурява чрез въвеждане на ядрото в насищане. Въпреки това, ако токов трансформатор вторичната верига е отворен (авариен режим), изчезването на вторичния ток и магнитния поток, създаден от тях ще доведе до значително увеличение на общия магнитния поток и по този начин увеличаване на електродвижещо напрежение във вторичната намотка на големи стойности, което може да доведе до изолация недостатъчност. В допълнение, когато голям магнитен поток значително увеличава загуба в сърцевината, която го кара да се затопли.
Грешки трансформатор токов сензор състоят от текущата грешка (грешка на действителното съотношение трансформация) и ъгъла на грешка (фазовата разлика между токовете на първични и вторични вериги). Грешките се определят от два фактора: ограничената пропускливост на магнитни и не-нулево съпротивление на товара стойност. Въпреки трансформатор грешка е по-малък, по-малък магнитното съпротивление на магнитната верига, т.е. голяма магнитна проницаемост материал, напречното сечение на сърцевината над неговата дължина и по-малки и по-малък от средно натоварване (идеално - късо съединение вторичната намотка). Важно е да се вземе предвид, че пропускливостта зависи от силата на магнитното поле на, и почти постоянен само в слаби полета. Тъй като трансформатори работят в слаби полета в резултат, за тях това е необходимо да се използва материал с висока начална магнитна проницаемост.

Тъй като трансформатор ядра на настоящите датчика нанокристален или аморфни сплави.

Нанокристалните сплави се характеризират с по същество постоянна висока пропускливост в слабите области (до 0.1A / т) компонент на средно 40 000-60 000 (общо 400 електротехническа стомана). В допълнение, тези сплави имат висока остатъчна намагнитеност и ниска коерцитивност, т.е. много тесни хистерезис линии, малка загуба вихров ток (по-малко от 5 W / кг); в близост до нула магнитострикция. В зависимост от термичната обработка на ядрата може да има правоъгълно, кръгло или линеен хистерезисна крива. Магнитни вериги осигуряват висока линейност на кривата на намагнитване в слаби полета. Пълно обръщане на ядрото при променлив ток е най-ниска якост магнитно поле поради тесен хистерезисна крива. Магнитни вериги са на разположение в защитни пластмасови контейнери, които гарантират тяхната защита срещу механични въздействия

Амплитудата на характеристиката на сензора, като цяло, не-линейна, поради нелинейност на магнитната индукция на кривата на ядро. Нелинейност е особено изразен в областта на насищане се определя от началото на магнитния материал. Въпреки това, в района на слаби магнитни полета (чист синусоидален сигнал и Rd = 0) е почти линейна. Това е работната зона и изчисляване на трансформатора. Най-добрите токови трансформатори за 5 (50) A произведени в нанокристални сплави 5BDSR (вляво) или размер GM414 OL25h15h10 характеристики нелинейност не превишава 0,3%, което е достатъчно, за да се изгради броячи 1 и 2 класа. За трансформатори на по-голяма точност, използвайки по-скъпи аморфни сплави, като например 82В (вдясно).
Един от недостатъците на сегашната Магнитопровод на трансформатор е намагнетизирана постоянен ток компонент се срещат в контролирана верига от асиметрията на степента на натоварване (например половин вълна токоизправител) в различни половин вълна. Неутрализира този недостатък може да бъде най-добрият за размера или материал на магнитната верига на токови трансформатори. Постоянен магнитен поток, причинен от разликата на токовете в първичната намотка на различен половин вълна не се компенсира. В резултат на това ядрото токов трансформатор за променлив магнитен поток се налага постоянен поток, което води до изместване на реалната намагнитване кривата на ядрото на високи полета в същото потребление на електроенергия в товара. Все пак трябва да се отбележи, че изкривяването образува в района на преминаването на ток през 0, изкривяването на един полу-вълна води до компенсаторно изкривяване на друг, така че действителната точност на измерване на потреблението на енергия в електромера не се променя толкова драстично.

За борба с постоянните намагнитизираният токови трансформатори могат да бъдат използвани с ярема на 86T тип кобалт сплави, започват да се насити при което напрежение над 400A / m (за OL25-15-10 размер е някъде в 25А на област в измерва DC верига) или трансформатори сърцевина от немагнитен празнина. По отношение на производството на ядрото с разлика, след това изпълнение на основен достатъчно малък немагнитни празнина (в района на 0,05-0,1 мм) е трудно. Като алтернатива, може да се използва за запълване на праха празнина, с разлика изисквания размер са намалени, но в крайна сметка цената на тези магнитни вериги все още е значителен.
може да се постигне марж постоянен поток и намалява магнитното поле в ядрото (за същия тока в първичната намотка) чрез увеличаване на дължината на магнитната верига (стойността на магнитния поток е пряко пропорционален на произведението от броя на завъртанията на ток и обратно пропорционална на средната дължина на магнитната верига, и се изразява с формулата Н = N1 * I1 / L). Въпреки това, увеличаване на дължината на магнитната верига причинява намаляване на самоиндукция електродвижеща сила, която е право пропорционална на площта на напречното сечение на магнитната верига и обратно пропорционален на дължината на магнитната верига. Следователно, увеличаването на дължината трябва да бъде придружено от увеличаване на площта на напречното сечение - да спаси старата стойност на индуктивността. Както е известно, по-висока индуктивност на вторичната намотка, толкова по-ниска сегашния темп на климата и по-ниско е предизвикана от напрежението в първичната намотка. Освен това, голяма индуктивност заедно със средно съпротивление на намотката работи като нискочестотен филтър в измервателната верига (не с който се въвежда изкривявания фаза!) И, освен това, намалява въздействието върху ADC м измерване верига. В тази връзка, изисквания за RC верига в измервателната канал са намалени (това не може да се постави цялата!) И следователно намалява фазовото изместване, въведена от този филтър канали между измерване на тока и напрежението.
Изчисляване на измервателната верига за конкретния токов трансформатор сравнително проста. Както бе споменато по-горе, във вторичната намотка на токов трансформатор се зарежда върху Rb резистор, а настоящите потоци от първичната намотка трансформирани и причинени явлението електромагнитна индукция. Активно съпротивление верига на вторичната намотка е равно на Rb + R2. където R2 - присъща устойчивост на токовия трансформатор вторичната намотка и Rb - устойчивост товарно съпротивление. Средно ток I2

I1 / N, където N - съотношение трансформация (обикновено 1000. 3000).
Изходът на ток напрежение сензор определя от пада на напрежение в целия Rb:
U2 = I2 * Rb = I1 * Rb / N. Еквивалентно входно напрежение трансформатор U1 = U2 / N = I1 * Rb / N ^ 2
Така, напрежението през първата намотка на трансформатора ток пропорционално I1 * Rb / N ^ 2. т.е. в N ^ 2 пъти по-малко, отколкото за байпас в същото изходното напрежение да бъде измерен. Поради това, влиянието на веригата трансформатор токов сензор контролира малък, отколкото в случай на отклонение,. Например, за токов трансформатор с N = 3000; U2 = 20mV, I1 = 50 A (вж. За изчисляване разкарвам по-горе), ние изчисляване на еквивалентното входно съпротивление. I2 = 50/3000 = 0.01667A. Rb = 20mV / 16,67 ma = 1.2 ома. Входното съпротивление на идеалната трансформатор е равна Rb / N ^ 2 = 1,2 / 3000 ^ 2 = 0,1333mkOm. Въпреки това, с оглед на присъщата активност на средното съпротивление на намотката (за трансформатор магнитна верига OL25h15h10 около 400 ома), еквивалентна входно съпротивление е активен (Rb + R2) / N ^ 2 = (1,2 + 400) / 3000 ^ 2 = 44,6mkOm (за сравнение с 400 микро ома разкарвам!). Оценяване гв стойност, може да се види, че е незначителен в сравнение с вътрешното съпротивление на трансформаторни намотки. Така Rb може да бъде увеличена, за да се получи по-високи напрежения за последваща оценка и по този начин подобри точността при измерване на малки потоци, да се намали въздействието на електрически шум по измерва верига, и по този начин практически не се въведат допълнителни загуби в измервателната схема.

Разнообразяване на токов трансформатор

В момента, като токов сензор, получен диференциране трансформатори разпределение, обикновено се използва без магнитна сърцевина. Липса на сърцевината осигурява линейността на нейната амплитуда характеристика в широк диапазон и също така елиминира обсъдено по-горе DC намагнитването, но изисква използването на специални чипове с вграден интегратор например ADE7753 / 59 за еднофазен или трифазен схема за ADE7758. Тези устройства позволяват използването на разграничаване на трансформатора, шунт или токов трансформатор на РБ натоварване. Разграничаване на трансформатори обикновено се използват за измерване на големи токове, като магнитен поток в него малка (в м пъти по-малко от феромагнитни материали), и следователно, индуцирана електродвижещата сила също е малък (Е = m0 * N1 * N2 / L * дестил / DT).
За да се получи приемлива измервателен сигнал, диференциране на трансформатора се използва в режим на шок възбуждане верига (не в текущия режим трансформатор), в който електродвижещата сила е пропорционална на изход дестил / DT, за тази товарно съпротивление Rb има достатъчно голяма стойност. В този режим на изходния сигнал от трансформатора не следва входен ток форма на сигнала, но трансформатора е с висока чувствителност към текущата промяна. За да се избегне изкривяване на изходния сигнал се използва интегрираща схема (в ADE7753 / 59 за еднофазен или трифазен верига ADE7758 да се изгради). В този случай, трансформатора намотка (L2 и R2), R и C интегратор да образуват осцилиращ верига с затихване и включен самостоятелно индукция EMF последователно. Като цяло, кондензатор напрежение: U = L2 * I1 / ((R2 + R) * C * N). Времевата константа (К + R2) * С (L2 * С) ^ 0,5 трябва да избере значително превъзхожда входен ток постоянно време.

Структурно, както трансформатор (ток и диференциране) са тороидални намотки, където за electricity- трансформатор с магнитна сърцевина. Намотките на трансформаторите и двата вида обикновено съдържат само вторична намотка, първичната намотка е проводник (мед автобус) се добавя през централния отвор на трансформатора.