Гальваническая развязка - применение и принцип действия

Возможно, вам также будет интересно

Человечество столкнулось с задачей определения веса еще на ранних стадиях своего развития, и с той поры до наших дней эта проблема остается для него актуальной. Она все еще не снята с повестки для вовсе не потому, что не имеет решения — определять вес того или иного объекта, выражае его через некие общепринятые эталоны, человек умеет

Первая часть статьи. Как известно, в отличие от аккумуляторов других типов литий-ионные аккумуляторы могут соединяться в параллельные цепи без применения специальных мер. Причина этого — практическое отсутствие побочных реакций при их заряде/разряде. Параллельное соединение литий-ионных аккумуляторов успешно используется на протяжении многих лет в батареях различных типов, например в ноутбуках. Причем батарея комплектуется из аккумуляторов одной партии одного производителя, что обеспечивает близкие значения емкости,

В статье описан процесс развертывания экосистемы разработки приложений для микроконтроллеров Atmel серии SAM4S в среде операционной системы Linux. Читатель познакомится также с оценочной платой SAM4S-EK и семейством ARM Cortex-M4 микроконтроллеров фирмы Atmel. Приведены рекомендации по работе с адаптером отладки SAM-ICE (он же J‑LINK) и программой OpenOCD.

Схема на микросхеме 711

ВНИМАНИЕ!
Найден совершенно простой способ сократить расход топлива! Не верите? Автомеханик с 15-летним стажем тоже не верил, пока не попробовал. А теперь он экономит на бензине 35 000 рублей в год!

ACS 711 – тот самый чип, благодаря которому удастся изготовить токовый датчик или ТД на основе ДХ (датчика Холла). ЧД такого датчика будет равен почти 100 кГц, что будет вполне эффективно для проведения измерений.

Микросхема этого типа имеет выход, который интегрируется с усилителем. Последний, в свою очередь, за счет своей оперативности способен увеличивать возможности схемы вплоть до 1 А/В.

Что касается питания, то напряжение на усилитель поступает за счет применения внутреннего источника 2-полярного типа. Это может быть вариант NSD10 либо какой-нибудь другой. Сама микросхема питается уже посредством стабилизатора, имеющего выход с напряжением 3,3 В.

Включение измерительных трансформаторов тока и напряжения

Измерительные трансформаторы напряжения

Измерительные трансформаторы напряжения предназначены для возможности измерения высокого напряжения электроустановок переменного тока путем снижения этого напряжения для подачи на защитные реле, приборы измерения и системы автоматики.

При отсутствии измерительных трансформаторов понадобилось бы применять приборы и реле с большими габаритными размерами, так как необходима надежная изоляция от высокого напряжения, которая увеличивает размеры устройств. Изготовить такое оборудование практически невозможно, так как напряжения линий могут достигать величины 110 киловольт.

Измерительные трансформаторы для замера напряжения дают возможность применять стандартные обычные приборы для измерений электрических параметров, при этом увеличивая их диапазон измерения. Защитные реле, подключаемые через эти трансформаторы, могут применяться обычного исполнения.

Трансформатор напряжения выполняют в виде двухобмоточного понижающего трансформатора (рис. 3.33,а). Для обеспечения безопасности работы обслуживающего персонала вторичную обмотку тщательно изолируют от первичной и заземляют.

Рис. 3.33. Схема включения (а) и векторная диаграмма измерительного трансформатора напряжения (б)

Так как сопротивления обмоток вольтметров и других приборов, подключаемых к трансформатору напряжения, велики, то он практически работает в режиме холостого хода. В этом режиме можно с достаточной степенью точности считать, чтоUl = U’2=U2k.

В действительности ток холостого хода I0 (а также небольшой ток нагрузки) создает в трансформаторе падение напряжения, поэтому, как видно из векторной диаграммы (рис. 3.33, б), и между векторами этих напряжений имеется некоторый сдвиг по фазе δu. В результате при измерениях образуются некоторые погрешности.

Трансформаторы тока или измерительные трансформаторы преобразуют высокий первичный ток нагрузки в безопасное значение, удобное для проведения измерений.

Трансформаторы тока для электросчетчиков

трансформатор тока в электросчетчиках

Трансформаторы тока для электросчетчиков нормально функционируют при рабочей частоте в 50 Гц и вторичном номинальном токе в 5 ампер. Поэтому, если коэффициент трансформации составляет 100/5, это означает максимальную нагрузку в 100 ампер, а значение измерительного тока – 5 ампер.

Следовательно, в этом случае показания трехфазного счетчика умножаются в 20 раз (100/5). Благодаря такому конструктивному решению, отпала необходимость в изготовлении более мощных приборов учета. Кроме того, обеспечивается надежная защита счетчика от коротких замыканий и перегрузок, поскольку сгоревший трансформатор меняется значительно легче по сравнению с установкой нового счетчика.

Существуют определенные недостатки при таком подключении. Прежде всего, измерительный ток в случае малого потребления, может быть меньше стартового тока счетчика. Следовательно, счетчик не будет работать и выдавать показания. В первую очередь это касается счетчиков индукционного типа с очень большим собственным потреблением. Современные электросчетчики такого недостатка практически не имеют.

Особое внимание при подключение нужно обращать на соблюдение полярности. Первичная катушка имеет входные клеммы. Одна из них предназначена для подключения фазы и обозначается Л1

Другой выход – Л2 необходим, чтобы подключиться к нагрузке. Измерительная обмотка также имеет клеммы, обозначаемые соответственно, как И1 и И2. Кабель, подключаемый к выходам Л1 и Л2, рассчитывается на необходимую нагрузку

Одна из них предназначена для подключения фазы и обозначается Л1. Другой выход – Л2 необходим, чтобы подключиться к нагрузке. Измерительная обмотка также имеет клеммы, обозначаемые соответственно, как И1 и И2. Кабель, подключаемый к выходам Л1 и Л2, рассчитывается на необходимую нагрузку.

Для вторичных цепей используется проводник, поперечное сечение которого должно быть не ниже 2,5 мм2.

Рекомендуется применять разноцветные промаркированные провода с обозначенными выводами. Нередко подключение вторичной обмотки к счетчику осуществляется с помощью опломбированного промежуточного клеммника.

Использование клеммника позволяет проводить замену и обслуживание счетчика без отключения электроэнергии, поступающей к потребителям.

Классификация

В зависимости от измеряемой или воспроизводимой физической величины электроизмерительные приборы подразделяют на:

амперметры (измерители тока)
вольтметры (измерители напряжения)
ваттметры (измерители мощности)
мультиметры (иначе тестеры, авометры) — комбинированные приборы
частотомеры — для измерения частоты колебаний электрического тока
омметры (измерители сопротивления)
счетчики электрической энергии и др.

Различают две категории электроизмерительных приборов:

рабочие — служат для для практических измерений.
образцовые — для градуировки и поверки рабочих приборов.

Принцип работы трансформаторов тока

1.3 Принцип работы Трансформатор тока состоит из замкнутого сердечника, набранного из тонких листов электротехнической стали, и двух обмоток — первичной и вторичной. Первичную обмотку включают последовательно в контролируемую цепь, ко вторичной обмотке присоединяют токовые катушки различных приборов и реле.

Рисунок 1 – Трансформатор тока: а — устройство, б, в — схемы включения амперметра непосредственно в контролирующую цепь и через трансформатор тока Устройство трансформатора тока и схемы включения амперметра показаны на рисунке 1, а—в. Магнитный поток в магнитопроводе 3 создается токами первичной 1 и вторичной 2 обмоток. Соотношение первичного I1 и вторичного I2 токов определяется формулой: KТТ = I1/I2 = w2/wl , где KТТ — коэффициент трансформации; w1 и w2 — число витков первичной и вторичной обмоток. Если в силовых трансформаторах и трансформаторах напряжения увеличение сопротивления во вторичной цепи вызывает уменьшение тока во вторичной и в первичной цепях, а напряжение на выводах обеих обмоток почти не изменяется, то у трансформаторов тока увеличение сопротивления во вторичной цепи приводит к повышению напряжения на выводах вторичной обмотки. Это объясняется тем, что ток в первичной цепи не зависит от нагрузки трансформатора тока. Ток во вторичной цепи трансформатора тока практически не меняется с изменением ее сопротивления при данном режиме первичной цепи. Вследствие этого нагрузка трансформатора тока увеличивается с возрастанием сопротивления во вторичной цепи, складывающегося из сопротивлений, подключенных к трансформатору тока аппаратов и приборов, соединительных проводов и переходных контактов. Трансформаторы тока для электроустановок напряжением до 1000 В показаны на рисунке 2, а, б, в (катушечный, шинный ТШ-0,5 и шинный с литой изоляцией ТШЛ-0,5). В шинных трансформаторах тока в качестве первичной обмотки используют шину, пропускаемую через окно 5 сердечника трансформатора тока, на который намотана вторичная обмотка. Проходные трансформаторы тока для внутренней установки на напряжение 10 кВ выполняют многовитковыми, одновитковыми и шинными с фарфоровой и пластмассовой (литой) изоляцией (Рисунок 3, а—в). Опорный трансформатор тока ТФНД-220 для наружной установки на напряжение 220 кВ (Рисунок 4) имеет обмотки, помещенные в фарфоровый корпус 3, залитый маслом и укрепленный на основании 4. На верхнем торце фарфорового корпуса укреплен чугунный расширитель 1 для масла с маслоуказателем и зажимами 2 первичной обмотки. Сердечник с вторичной обмоткой охватывается первичной обмоткой, имеющей в этом месте форму кольца. Выводы вторичной обмотки размещены в коробке 5 на основании трансформатора.

Рисунок 2 – Трансформаторы тока на напряжение до 1000 В: а — катушечный, б, в — шинные ТШ-0,5 и ТШЛ-0,5; 1 — каркас, 2, 4 — зажимы вторичной и первичной обмоток, 3 — защитный кожух, 5 — окно

Советуем изучить — Виды преобразования электрической энергии

Рисунок 3 – Трансформаторы тока на напряжение 10 кВ с литой изоляцией: а — многовитковый ТПЛ-10, б — одновитковый ТПОЛ-10, в —шинный ТПШЛ-10; 1, 2 — зажимы первичной и вторичной обмоток, 3 — литая изоляция, 4 — установочный угольник, 5 — сердечник

Рисунок 4 – Опорный трансформатор тока ТФНД-220 наружной установки В высоковольтных распределительных устройствах подстанций применяют проходные (Рисунок 5, а) и опорные (Рисунок 5, б) трансформаторы тока.

Рисунок 5 – Трансформаторы тока: а — проходной ТПФМ-10 на 10 кВ, б — опорный ТФН-35М на 35 кВ; 1 и 3 — первичная и вторичная обмотки, 2 — фарфоровый изолятор, 4 — сердечник вторичной обмотки, 5 — контактный угольник, 6 — крышка, 7 — кожух, 8 — верхний фланец, 9 — зажимы выводов вторичной обмотки, 10 — якореобразный болт, 11 — крышка, 12 — фарфоровая покрышка, 13 — изоляционное масло, 14 — кольцевые обмотки («восьмеркой»), 15 — полухомут, 16 — масловыпускатель, 17 — цоколь, 18 — коробка вторичных выводов, 19 — кабельная муфта, 20 — маслоуказатель

Как правильно измерять силу тока.

Для того что бы измерить силу для потребителей постоянного тока, необходимо один зажим от амперметра, тестера или мультиметра присоединить к плюсовой клемме аккумулятора или проводу от блока питания или трансформатора, а второй зажим- к проводу идущему к потребителю и после включения режима измерения постоянного тока с запасом по верхнему максимальному пределу- делать замеры.

Будьте аккуратны при размыкании работающей цепи возникает дуга, величина которой возрастает вместе с силой тока.

Для того что бы измерить ток для потребителей подключаемых напрямую в розетку или к электрическому кабелю от домашней электросети, измерительное устройство переводится в режим измерения переменного тока с запасом по верхнему пределу. Далее тестер или мультиметр включаются в разрыв фазного провода. Что такое фаза читаем в этой статье.

Все работы необходимо проводить только после снятия напряжения.

После того как все готово, включаем и проверяем силу тока. Только следите, что бы Вы не касались оголенных контактов или проводов.

Согласитесь, что выше описанные методы очень не удобны и да же опасны!

Я уже давно в своей профессиональной деятельности электрика пользуюсь для измерения силы тока токоизмерительными клещами

(на картинке справа). Они не редко идут в одном корпусе с мультиметром.

Мерить ими просто- включаем и переводим в режим измерения переменного тока, затем разводим находящиеся сверху усы и пропускаем во внутрь фазный провод, после этого следим что бы они плотно прилегли к друг другу и производим измерения.

Как видите- быстро, просто и можно измерять силу тока под напряжением данным способом, только будьте аккуратны не закоротите в электрощите случайно соседние провода.

Только помните, что для правильного замера- нужно делать обхват только одного фазного провода,

а если обхватить цельный кабель, в котором вместе идут фаза и ноль- измерения провести будет не возможно!

Цель лекции:

изучить основные методы и средства измерения силы тока и напряжения в радиотехнических цепях

Вопросы:

Общие сведения. Классификация вольтметров и амперметров.

Общие сведения об электромеханических приборах

Общие сведения об электронных вольтметрах

Литература по дисциплине:

Основная: 1. Метрология и радиоизмерения: Учебник для вузов./.И. Нефедов, В.И. Хахин, В.К. Битюков и др./ Под ред. проф. Нефедова. – М.: Высш. шк., 2006. – 526с.

Литература по теме лекции: , с. 176-214

Особенности и виды измерительных трансформаторов

Эти агрегаты предназначаются для использования в оборудовании с переменным током. Нужно это для того, чтобы выполнить изоляцию цепи, в которую подключены измерительные устройства, а также реле от сети с высоким напряжением. В противном варианте прикосновение к ним было бы опасным для жизни либо такие приборы имели бы очень сложную конструкцию.

Также, измерительные трансформаторы способны расширить предел измерения данных устройств измерения.

Измерительные трансформаторы бывают:

Трансформатор тока. Данные агрегаты выполняются двухобмоточного типа и представляют собой повышающий трансформатор. Исходная обмотка тут является проводом, который проходит сквозь магнитопровод. В электрическом оборудовании «ТТ» используют для осуществления питания токовых катушек устройств измерения. Обе обмотки намотаны на один сердечник. Первичная катушка подсоединяется последовательно, а вот к вторичной подключаются сами приборы. Если «ТТ» работает, то его вторичная обмотка обязательно должна быть с нагрузкой.
Трансформатор напряжения. Конструкция данных агрегатов схожа с силовыми трансформаторами. Первичная и вторичная обмотка тут объединена магнитной цепью, изготовленной из специального ферромагнитного материала. Оптимальный режим работы трансформаторов напряжения считается «режим холостого хода». Обусловлено это отсутствием возможности передавать мощность. Также, отличительной особенностью таких устройств является отсутствие фазового сигнала между напряжениями вторичной и первичной обмотки.

При использовании этих двух устройств можно примерять одно и то же измерительное оборудование, с помощью которого осуществляется контроль параметров тока и напряжения. Вторичная катушка «ТТ» и «ТН» необходимо заземлить. Это позволит уберечь измерительные приборы от случайного появления завышенного напряжения, способного возникнуть при аварийных ситуациях, таких как пробой изоляции и т.д.

Данные устройства классифицируются на конвертор тока в ток, тока в неэлектрическую величину (к примеру, световой поток) и тока в напряжение. К последнему типу относятся трансреакторы либо магнитные трансформаторы.

Вся измеренная данными агрегатами информация способна отображаться в аналоговом или дискретном виде.

Кроме всего этого, измерительные трансформаторы подразделяются согласно:

Способу монтажа. Сюда относятся проходные, встраиваемые и опорные агрегаты.
Виду установки. Работа на открытом воздухе, в помещении, встроенные в электрическое оборудование, установленные в специальные установки.
Согласно числу коэффициента трансформации (один или несколько).
Количеству ступеней трансформации. Измерительные трансформаторы могут быть каскадные либо одноступенчатые.
Виду первичной обмотки (один или много витков).

Сегодня в электрическом оборудовании напряжение способно достигать отметки в 750 кВ и даже больше. Ну а токи могут доходить до десяток кило Ампер. Для того чтобы их измерять, используют данные устройства, которые предназначаются для изоляции приборов и реле от цепей с высоким током или напряжением.

Также, эти агрегаты уменьшают напряжение и ток до тех величин, которые удобно измерить.

Благодаря измерительным трансформаторам тока и напряжения удаётся подсоединить амперметр, вольтметр, различные приборы релейной защиты, ваттметр, счётчики энергии.

Таблица допустимых погрешностей для коммерческого учета

Для коммерческих приборов учета существует таблица погрешностей.

Класс	Напряжение первичной обмотки в процентах от расчетного значения	Предел погрешности по току в процентах	Предел погрешности по углу
0,2	5	0,75	30
20	0,35	15
100-120	0,2	10
0,5	5	1,5	90
20	0,75	45
100-120	0,5	30

Требования, предъявляемые к классу точности преобразователей, представляют собой диапазоны, в которые погрешности должны укладываться. С увеличением точности уменьшается разброс значений.

Разница между преобразователями с маркировкой «S» и без нее, например, 0,5 и 0,5S заключается в том, что первые не нормируют ниже 5% от расчетного тока.

Области применения измерителей мощности

Измерение электрической мощности лежит в основе многих промышленных устройств в следующих областях:

управление электропитанием;
контроль потребления электроэнергии;
мониторинг состояния объектов.

Управление электропитанием является основной областью применения сенсоров тока, поскольку имеет важнейшее значение для любых промышленных и коммерческих систем. В основном это касается компаний, занятых выработкой и распределением электроэнергии, а также профессиональным промышленным мониторингом качества энергии и коэффициента мощности для контроля соблюдения тарифов в сфере коммунальных услуг, особенно при работе с нагрузками, имеющими низкий cos j.

Контроль потребления энергии приобретает все большее значение для промышленных предприятий, поскольку он позволяет отслеживать и оптимизировать затраты, а также выполнять расширенный анализ расхода энергии для повышения эффективности ее использования. Параметры источника питания часто зависят от пикового потребления, а управление динамическими характеристиками системы позволяет сокращать затраты и предотвращать выходы из строя. Контроль расхода энергии необходим для понимания и согласования режимов основных потребителей, а также для определения потерь энергии, в основном связанных с неправильным или неэффективным использованием (например, избыточное освещение, отопление или кондиционирование).

Мониторинг состояния требует мгновенного обнаружения неисправности и соответствующей реакции, чтобы предотвратить повреждение оборудования или остановку важных производственных процессов. Контроль энергетических параметров предоставляет полную информацию (ток, активная мощность, коэффициент мощности, частота и др.), отражающую состояние нагрузки двигателя (например, конвейера, насоса, режущего инструмента и т. п.). Он часто обеспечивает более оперативное обнаружение аномального поведения, чем традиционные датчики температуры, давления, вибрации и др. Анализ временных изменений этих электрических параметров даже позволяет прогнозировать наступление отказа, что необходимо для организации эффективного профилактического обслуживания.

Измерение мощности приобретает все большее значение не только в промышленности, но и при контроле нагрузки в коммерческих и бытовых применениях. Энергосбережение становится актуальной проблемой во всем мире, как по экономическим, так и по экологическим соображениям. Ключевой вопрос состоит в том, как добиться существенного и устойчивого сокращения потребления энергии? Наиболее верное решение будет найдено, если пользователи начнут понимать, как они потребляют энергию, и станут ответственными за это. В первую очередь сказанное относится к промышленным предприятиям, однако это приобретает все большее значение и для государственного сектора. Во многих странах проводятся кампании и разрабатываются бюджетные стимулы, направленные на сокращение потребления энергии. Эффективное использование таких стимулов требует от организаций создания точных средств измерения.

Измерительные трансформаторы напряжения. Устройство и работа

Гальваническая развязка, которую обеспечивают трансформаторы путем отделения измерительной цепи от высокого напряжения, позволяет создать необходимый уровень безопасности обслуживающего персонала.

Такие трансформаторы нашли свою популярность в устройствах высокого напряжения. От их качественного функционирования зависит степень точности учета расхода электрической энергии и электрических измерений, а также автоматических аварийных систем и защитных реле.

Устройство и работа

Измерительные трансформаторы устроены аналогично понижающим силовым трансформаторам, и состоят из металлического сердечника, выполненного из электротехнической листовой стали, первичной и вторичной обмоток. Трансформаторы могут оснащаться несколькими вторичными обмотками, в зависимости от конструкции и предъявляемых требований к трансформатору.

К первичной обмотке подключается высокое напряжение, а с вторичной обмотки снимается напряжение измерительными устройствами. Коэффициент трансформации такого устройства равен отношению первичного высокого напряжения к номинальному значению вторичного напряжения.

Если бы трансформатор функционировал абсолютно без потерь и с абсолютной точностью, то оба напряжения на обеих обмотках совпадали бы по фазе, и коэффициент трансформации был бы равен единице. Однако на практике коэффициент трансформации всегда меньше единицы, так как всегда имеются некоторые потери энергии при работе трансформатора.

Погрешность измерительного трансформатора зависит от:

Величины вторичной нагрузки.
Магнитной проницаемости сердечника.
Устройства магнитопровода.

Существуют методы снижения погрешности по напряжению путем снижения числа витков первичной обмотки, добавления различных компенсирующих обмоток.

Число витков первичной обмотки намного больше, чем вторичной. Измеряемое напряжение подается на первичную обмотку, к вторичной обмотке подключают различные измерительные приборы: вольтметры, ваттметры, фазометры и т.д.

Трансформаторы напряжения эксплуатируются в режимах, подобных холостому ходу. Это объясняется тем, что подключенный к вторичной обмотке прибор, например, вольтметр, обладает большим сопротивлением, и ток, протекающий по этой обмотке, очень незначителен.

Особенности подключения

Трансформаторы могут устанавливаться как на шинах подстанции, так и на каждом отдельном объекте. Перед электрическим монтажом необходимо осмотреть трансформатор на предмет необходимого уровня масла для масляных моделей, исправности армированных швов, целостности изоляции.

При проведении монтажа обе обмотки трансформатора должны быть завернуты в изоляцию, так как случайное касание выводов вторичной обмотки с проводами, находящимися под напряжением, может привести к возникновению на первичной обмотке опасного для жизни напряжения.

Типовые варианты интегральных измерителей тока

На основе серийно производимых микросхем INA250 и INA260 компания TI разработала и предлагает ряд готовых типовых решений для демонстрации процесса измерений тока. Полностью собранные платы TIDA-00614 и TIDA-01608 были специально разработаны для тестирования и оценки производительности интегральных измерителей тока с встроенным шунтом в конкретных условиях. Но подчеркивая демонстрационный характер изделий, компания отмечает, что именно эти платы не продаются в готовом виде. Для знакомства с возможностями микросхем предусмотрены другие отладочные платы – INA260EVM и INA250EVM.

TIDA-00614 – двунаправленный измеритель тока с интегральным шунтом на 30 А

Эта плата (рисунок 4) позволяет точно измерять ток в диапазоне до 30 А на шине с синфазным напряжением до 36 В при температурах -40…85°С. Ток нагрузки делится примерно пополам между цепями двух шунтирующих резисторов. Соответствующее току первого канала напряжение с выхода усилителя (OUT) поступает на вход REF второго канала. Устройство суммирует выходные напряжения двух микросхем INA250A2 и генерирует общее выходное напряжение относительно вывода GND. Схема измерительной платы TIDA-00614 представлена на рисунке 5.

Рис. 4. Плата TIDA-00614

Особенности TIDA-00614

Компактная конструкция с хорошими температурными характеристиками
Устойчивое измерение тока до 30 А с помощью двух усилителей с параллельно подключенными интегрированными токоизмерительными шунтами
Возможность конфигурирования для полного и частичного, положительного и отрицательного диапазонов измерения двунаправленного тока
В комплект устройства входят документация, проектные данные и файлы макета платы.

Рис. 5. Электрическая схема токоизмерительной платы TIDA-00614

Силовые трансформаторы

Фото высоковольтный трансформатор

Трансформаторы с 6-10 киловольт на 380 вольт расположены вблизи потребителей. Такие трансформаторы стоят на трансформаторных подстанциях расположенных во многих дворах. Они поменьше размерами, но вместе с ВН (выключателями нагрузки) которые ставятся перед трансформатором и вводными автоматами и фидерами могут занимать двух этажное здание.

Трансформатор 6 киловольт

У трехфазных трансформаторов обмотки соединяются не так, как у однофазных трансформаторов. Они могут соединяться в звезду, треугольник и звезду с выведенной нейтралью. На следующем рисунке приведена как пример одна из схем соединения обмоток высокого напряжении и низкого напряжения трехфазного трансформатора:

Пример соединения обмоток силового трансформатора

Трансформаторы существуют не только напряжения, но и тока. Такие трансформаторы применяют для безопасного измерения тока при высоком напряжении. Обозначаются на схемах трансформаторы тока следующим образом:

Изображение на схемах трансформатор тока

На фото далее изображены именно такие трансформаторы тока:

Трансформатор тока — фото

Существуют также, так называемые, автотрансформаторы. В этих трансформаторах обмотки имеют не только магнитную связь, но и электрическую. Так обозначается на схемах лабораторный автотрансформатор (ЛАТР):

Лабораторный автотрансформатор — изображение на схеме

Используется ЛАТР таким образом, что включая в работу часть обмотки, с помощью регулятора, можно получить различные напряжения на выходе. Фотографию лабораторного автотрансформатора можно видеть ниже:

В электротехнике существуют схемы безопасного включения ЛАТРа с гальванической развязкой с помощью трансформатора:

Безопасный ЛАТР изображение на схеме

Для согласования сопротивления разных частей схемы служит согласующий трансформатор. Также находят применение измерительные трансформаторы для измерения очень больших или очень маленьких величин напряжения и тока.

Современные датчики тока

Датчиками тока являются устройства, с помощью которых определяется сила постоянного или переменного тока в электрических цепях. В их конструкцию входят магнитопровод с зазором и компенсационной обмоткой, а также электронная плата, выполняющая обработку электрических сигналов. Основным чувствительным элементом служит датчик Холла, закрепляемый в зазоре магнитопровода и соединяемый со входом усилителя.

Принцип действия в целом одинаковый для всех подобных устройств. Под действием измеряемого тока возникает магнитное поле, затем, с помощью датчика Холла осуществляется выработка соответствующего напряжения. Далее это напряжение усиливается на выходе и подается на выходную обмотку.

Основные виды датчиков тока:

Датчики прямого усиления (O/L)
. Обладают небольшими размерами и массой, низким энергопотреблением. Диапазон преобразований сигналов существенно расширен. Позволяет избежать потерь в первичной цепи. Работа устройства базируется на магнитном поле, которое создает первичный ток Ip
. Далее происходит концентрация магнитного поля в магнитной цепи и его дальнейшее преобразование элементом Холла в воздушном зазоре. Сигнал, полученный с элемента Холла усиливается и на выходе образуется пропорциональная копия первичного тока.

Датчики тока (Eta)
. Характеризуются широким диапазоном частот и расширенным диапазоном преобразований. Преимуществами данных устройств является низкое энергопотребление и незначительное время задержки. Работа устройства поддерживается однополярным питанием от 0 до +5 вольт. Действие прибора основано на комбинированной технологии, в которой используется компенсационный тип и прямое усиление. Это способствует существенному улучшению характеристик датчика и более сбалансированному функционированию.

Датчики тока компенсационные (C/L)
. Отличаются широким диапазоном частот, высокой точностью и малым временем задержки. У приборов этого типа отсутствуют потери первичного сигнала, у них отличные характеристики линейности и низкий температурный дрейф. Компенсация магнитного поля, создаваемого первичным током Ip
, происходит за счет такого же поля, образующегося во вторичной обмотке. Генерация вторичного компенсирующего тока осуществляется элементом Холла и электроникой самого датчика. В конечном итоге, вторичный ток представляет собой пропорциональную копию первичного тока.

Датчики тока компенсационные (тип С)
. Несомненными достоинствами этих приборов является широкий диапазон частот, высокая точность информации, отличная линейность и сниженный температурный дрейф. Кроме того, данные приборы могут измерять дифференциальные токи (CD). Они обладают высокими уровнями изоляции и пониженным влиянием на первичный сигнал. Конструкция состоит из двух тороидальных магнитопроводов и двух вторичных обмоток. В основе работы датчиков лежит компенсация ампер-витков. Ток с небольшим значением из первичной цепи проходит через первичный резистор и первичную обмотку.

Датчики тока PRIME
. Для преобразования переменного тока используется широкий динамический диапазон. Прибор отличается хорошей линейностью, незначительными температурными потерями и отсутствием магнитного насыщения. Преимуществом конструкции являются небольшие габариты и вес, высокая устойчивость к различным видам перегрузок. Точность показаний не зависит от того как в отверстии расположен кабель и не подвержена влиянию внешних полей. В этом датчике используется не традиционная разомкнутая катушка, а измерительная головка с сенсорными печатными платами. Каждая плата состоит из двух раздельных катушек с воздушными сердечниками. Все они смонтированы на единую базовую печатную плату. Из сенсорных плат формируются два концентрических контура, на выходах которых суммируется наведенное напряжение. В результате, получается информация о параметрах амплитуды и фазы измеряемого тока.

Датчики тока (тип IT)
. Характеризуются высокой точностью показаний, широким частотным диапазоном, низким шумом выходного сигнала, высокой стабильностью температуры и низким перекрестным искажением. В конструкции этих датчиков отсутствуют элементы Холла. Первичный ток создает магнитное поле, которое в дальнейшем компенсируется вторичным током. На выходе вторичный ток представляет собой пропорциональную копию первичного тока.

Токовые трансформаторы с неразъемным сердечником

В системах измерения мощности, как правило, используются бесконтактные сенсоры тока, поскольку резистивные шунты создают потери мощности, а также проблемы с точки зрения установки и безопасности. В традиционных неразъемных датчиках тока применен принцип трансформатора, то есть они содержат первичную и вторичную обмотки, имеющие магнитную связь посредством сердечника. Измеряемый ток индуцирует магнитное поле в сердечнике, которое генерирует ток во вторичной обмотке, его величина пропорциональна первичному току, деленному на число витков вторичной обмотки. Подобные стандартные трансформаторы тока предназначены для измерения переменного синусоидального тока частотой 50/60 Гц. Эта хорошо известная технология широко доступна благодаря использованию традиционных материалов и производственных процессов.

Стандартные трансформаторы тока предлагают экономически эффективное и достаточно точное решение для применения в счетчиках электроэнергии, используемых в новом оборудовании и зданиях. Однако они не пригодны для многочисленных приложений, связанных с энергетическим мониторингом существующих промышленных установок и машин, где для этого было бы необходимо выключать питание и отсоединять кабели для монтажа неразъемных датчиков во всех местах, где они могут использоваться. Установка системы учета электроэнергии в целом невозможна, запредельно дорога или даже опасна, если она требует прерывания процесса даже на короткое время (например, остановка производственной линии, отключение питания телекоммуникационных станций, оборудования АЭС и т. д.).