Unele aspecte ale utilizării senzorilor în contoarelor de energie
Ashmarov Y. Directorul general al VP Aist
șunt curent includ ruptura conductorului de fază. Împreună cu avantajele - cum ar fi un cost scăzut și indiferență față de componenta de curent continuu în circuitul de măsurare, șuntul are dezavantaje serioase:
1. Selectarea șunt curent necesită un compromis, deoarece pe de o parte este necesară pentru a obține suficiente pentru a măsura tensiunea, adică rezistență derivație ar trebui să fie suficient de mare, pe de altă parte - rezistența șunt trebuie să fie cât mai mică posibil, pentru a preveni trecerea neautorizată externă (furtul de energie electrică) și efectul asupra circuitului măsurat. De exemplu: Pentru o sarcină circuit curent 5 (50) A poate fi aplicat la un șunt Rsh = 400 mO și, în consecință, tensiunea peste ea să măsoare numai 2 (20) mV. Cu toate acestea, dacă te uiți la parametrii pentru m.skh metri - interval de măsurare este de 500 mV.
2. Deformare din cauza încălzirii puterii șunt alocat acesteia. Când rezistența de șuntare 400 mO și curentul maxim 50 O putere disipată parazitare este egală cu 1 watt. În contextul răcirii complicate provoacă încălzirea semnificativă a șuntului și modificarea rezistenței sale, care afectează acuratețea măsurătorilor, să nu mai vorbim de faptul că consumul de energie în creștere peste tejghea ca întreg.
3. Circuitul de măsurare este o tensiune înaltă, ceea ce face screening-ul dificil și necesită măsuri sporite pentru a proteja împotriva electrice. șoc.
4. Efectul zgomotului și zgomotul de impulsuri în circuitul de măsurare este foarte critică, care necesită utilizarea unor filtre speciale barieră care să introducă o distorsiune de fază atunci când se măsoară.
5. Creșterea de eroare atunci când sunt expuse la semnale de înaltă frecvență, datorită auto-inductanța a șuntului
Senzori de transformator de curent (transformatoare de curent)
senzori de curent Transformator rezistivi scumpe, dar au o serie de avantaje semnificative:
1. măsurare transformator de curent, comparativ cu șunt, funcționează mult mai mici căderile de tensiune la intrare și, practic, nu consuma.
2. Măsurarea transformatoarelor de curent asigura izolare galvanică între spirele însă circuitul de măsurare nu este sub un potențial mare ca atunci când se utilizează șuntul și poate fi ușor ecranat.
3. Actualele parametri de transformare practic neschimbate în timp și nu depind de temperatura.
4. Raportul de transformare este ușor de menținut în fabricarea și rămâne mereu constantă.
5. Transformatoarele de curent stins perfect tranzitorii în circuitul de măsurare, fără utilizarea de filtre suplimentare
6. Asigurarea de o schimbare de fază minimă între circuitele de măsurare a tensiunii și a curentului, deoarece filtrarea semnalului de măsurare este produs de auto-inductanță a transformatorului.
7. Ușor pentru a măsura semnalele de curent cu trei faze din cauza separării galvanică a conductoarelor de curent și partea de măsurare.
ajutorul de transformator Ca senzorii de curent (transformatoare de măsură de curent) sunt utilizate, de obicei, de două tipuri:
1. Transformator încărcat pe un rezistor de precizie - transformator de curent. De obicei, cu un miez magnetic al aliajelor amorfe sau nanocristaline. Tensiunea de ieșire este luat din proporțional rezistor la curentul înfășurării primare;
2. Transformatorul diferențiază di / dt, funcționează în excitație mod ciocan. De obicei, fără miez magnetic (aer). Tensiunea de ieșire a transformatorului este rata proporțională de schimbare a curentului primar.
Aplicarea unui curent de metri de putere senzor de transformator poate fi combinat cu senzorul de tensiune rezistiv sau transformator de tensiune. De obicei, un divizor rezistiv este folosit ca cea mai ieftină.
Măsurarea rezistenței de sarcină transformator de curent
Modul ideal de măsurare a funcționării transformatorului de curent este scurtcircuitată modul circuit secundar. În acest mod, curentul indus curge prin circuitul secundar al transformatorului de curent, ceea ce generează un circuit magnetic secundar un flux magnetic care anulează flux magnetic al curentului din circuitul primar. Ca rezultat, în miez, în starea de echilibru, este setat aproape de 0 fluxul magnetic total care induce în înfășurarea EMF mici de sprijin curent circuit secundar în secundar proporțional cu curentul primar.
Siguranță circuite secundare la curenți de înaltă tensiune de intrare este asigurată prin introducerea miezului în saturație. Cu toate acestea, în cazul în care actualul circuitul secundar transformatorului este deschis (modul de urgență), dispariția curentului secundar și fluxul magnetic creat de ei va duce la o creștere semnificativă a fluxului magnetic total și, astfel, o creștere a forței electromotoare în bobina secundară la valori mari, ceea ce poate duce la defectarea izolației. În plus, atunci când un flux magnetic mare crește dramatic pierderea de bază, ceea ce face să se încălzească.
Erori senzor de curent transformator constau din eroarea curent (eroare de raportul real de transformare) și unghiul de eroare (diferența de fază dintre curenții din circuitele primare și secundare). Erorile sunt determinate de doi factori: permeabilitatea limitată a rezistenței de sarcină valoarea magnetică și non-zero. Cu toate acestea eroare transformator este cea mai mică, mai mică rezistența magnetică a circuitului magnetic, adică un material magnetic mai mare permeabilitate, secțiunea transversală de miez pe lungimea sa și mai mici, iar mai mică încărcătura secundară (ideală - scurtcircuit bobina secundară). Este important să se ia în considerare faptul că permeabilitatea depinde de intensitatea câmpului magnetic, și practic constantă numai în domenii slabe. Deoarece transformatoare operează în domenii slabe care rezultă, pentru ei este necesar să se utilizeze un material cu permeabilitate magnetică ridicată inițial.
Ca miezuri de transformator de senzorii de curent utilizați nanocristaline sau aliaje amorfe.
aliaje nanocristaline sunt caracterizate printr-o permeabilitate ridicată în mod substanțial constantă în domenii slabe (pana la 0.1A / m) componenta medie 40 000-60 000 (400 din oțel electric total). In plus, aceste aliaje au o remanență ridicată și o coercivity mică, adică bucle histerezis foarte înguste, mici pierderile datorate curenților turbionari (mai puțin de 5 W / kg); aproape de zero magnetostricțiune. În funcție de tratamentul termic al miezurilor poate avea o buclă de histerezis dreptunghiulară, circulară sau liniară. circuite magnetice oferă înaltă liniaritate a curbei de magnetizare în domenii slabe. inversare completă a miezului, atunci când un curent alternativ este la o intensitate redusă de câmp magnetic datorită unei bucle histerezis îngust. circuite magnetice sunt disponibile în recipiente de plastic de protecție, asigurând protecția acestora împotriva impacturilor mecanice
Amplitudinea caracteristicii senzorului, în general, non-linear, datorită neliniarității inducției magnetice a curbei de bază. Non-linearitatea este deosebit de pronunțată în zona de saturație este determinată de începutul materialului magnetic. Cu toate acestea, în regiunea câmpurilor magnetice slabe (semnal sinusoidal pur și Rd = 0) este practic liniară. Aceasta este zona de lucru și calculul transformatorului. Cele mai bune transformatoare de curent pentru 5 (50) A fabricate în aliaje nanocristaline 5BDSR (stânga) sau dimensiune GM414 OL25h15h10 caracteristici neliniaritate nu depășește 0,3%, ceea ce este suficient pentru a construi contoare 1 și 2 clase. Pentru transformatoarele de precizie mai mare folosind mai scumpe aliaje amorfe, cum ar fi 82B (dreapta).
Un dezavantaj al miezului transformatorului de curent este magnetizat componenta curentului permanent care apare în circuitul controlat de asimetrie a cererii de încărcare (de exemplu, o jumătate de val redresor) în diferite jumătate de undă. Neutraliza acest dezavantaj poate fi cel mai bun pentru dimensiunea sau materialul circuitului magnetic al transformatoarelor de curent. flux magnetic permanent cauzată de diferența dintre curenții din înfășurarea unui alt semiundă primar nu este compensată. Ca rezultat, transformatorul de curent alternativ de bază pentru flux magnetic se impune un flux continuu, ceea ce conduce la deplasarea curbei de magnetizare efectivă a miezului la câmpuri mari la același consum de energie în sarcină. Cu toate acestea, trebuie remarcat faptul că distorsiunea formată în regiunea de tranziție de curent prin 0, distorsiunea într-o jumătate de undă duce compensatorii denaturare la alta, astfel încât precizia de măsurare reală a consumului de energie în aparatul de măsură nu se schimbă atât de drastic.
Pentru a combate transformatoarelor de curent constant magnetizare pot fi utilizate cu jugul 86T aliajelor de tip cobalt, incep sa se satureze la care tensiunea peste 400A / m (pentru OL25-15-10 dimensiune este undeva în zona 25A în lanțul de curent continuu măsurat) sau transformatoare miez realizat din decalaj non-magnetic. În ceea ce privește fabricarea miezului cu un decalaj, apoi se executa pe un decalaj suficient de mic miez nemagnetic (în regiunea de 0,05-0,1 mm) este dificil. Ca alternativă, acesta poate fi utilizat pentru a umple pulbere gol, cu un decalaj de cerințele privind dimensiunile sunt reduse, dar în cele din urmă costul unor astfel de circuite magnetice încă semnificative.
poate fi atins marja debit constant este în scădere, de asemenea câmp magnetic în miez (pentru același curent în înfășurarea primară) prin creșterea lungimii circuitului magnetic (valoarea fluxului magnetic este direct proporțională cu produsul dintre numărul de rotații pe curent și invers proporțională cu lungimea medie a circuitului magnetic și este exprimat prin formula H = N1 * I1 / L). Cu toate acestea, creșterea lungimii circuitului magnetic determină o scădere a forței electromotoare auto de inducție, care este direct proporțională cu aria secțiunii transversale a circuitului magnetic și invers proporțională cu lungimea circuitului magnetic. Prin urmare, creșterea în lungime trebuie să fie însoțită de o creștere a ariei secțiunii transversale - pentru a salva vechea valoare a inductanței. După cum se știe, mai mare inductanța înfășurarea secundară, scăderea ratei de schimbare de curent și scade tensiunea indusă în înfășurarea primară. Mai mult decât atât, o inductanță mare, împreună cu rezistența la înfășurarea secundară funcționează ca un filtru trece-jos în circuitul de măsurare (nu care introduce distorsiuni de fază!) Și, în plus, reduce impactul asupra ADC de măsurare de circuit metru. În acest sens, cerințele pentru circuitul RC în canalul de măsurare sunt reduse (nu se poate pune toate!) Și, prin urmare, scade defazajul introdus de acest filtru între canale de măsurare a curentului și tensiunii.
Calculul circuitului de măsurare pentru transformatorul de curent special relativ simplu. După cum sa menționat mai sus, în înfășurarea transformatorului de curent secundar este încărcat pe Rb rezistor, un curent din înfășurarea primară a transformat și a provocat fenomenul de inducție electromagnetică. rezistența la circuitul activ al înfășurării secundare este egală cu Rb + R2. în care R2 - rezistența inerentă a transformatorului de curent înfășurare secundară și Rb - rezistența la sarcină rezistor. I2 curent secundar
I1 / N, unde N - raportul de transformare (de obicei, 1000. 3000).
Ieșirea de tensiune al senzorului de curent determinată de căderea de tensiune pe Rb:
U2 = I2 * Rb = I1 * Rb / N. Tensiunea de intrare echivalent transformator U1 = U2 / N = I1 * Rb / N ^ 2
Astfel, tensiunea pe înfășurarea primară a curentului proporțional cu I1 * Rb / N ^ 2 transformator. și anume în N ^ 2 ori mai mică decât pentru by-pass la aceeași tensiune de ieșire pentru a fi măsurat. Prin urmare, influența pe circuitul transformatorului de curent senzor controlat mai mic decât în cazul șuntului. De exemplu, pentru un transformator de curent cu N = 3000; U2 = 20mV, I1 = 50 A (vezi. Pentru calculul șunt mai sus), se calculează rezistența de intrare echivalentă. I2 = 50/3000 = 0.01667A. Rb = 20mV / 16.67mA = 1,2 ohm. Impedanța de intrare a unui transformator ideal este egal cu Rb / N ^ 2 = 1,2 / 3000 ^ 2 = 0,1333mkOm. Cu toate acestea, având în vedere activitatea intrinsecă a rezistenței de înfășurare secundară (pentru transformator circuit magnetic OL25h15h10 aproximativ 400 ohmi), impedanța de intrare echivalentă este activă (Rb + R2) / N ^ 2 = (1,2 + 400) / 3000 ^ 2 = 44,6mkOm (a se compara cu 400 de micro-ohmi șunt!). Evaluarea Rb de valoare, se poate vedea că este neglijabilă în comparație cu rezistența internă a înfășurărilor transformatorului. Astfel, Rb poate fi crescută pentru a obține tensiuni mai mari pentru măsurarea ulterioară, îmbunătățind astfel precizia la masurarea curentilor mici, reduce efectele zgomotului electric pe circuitul de măsurat, și, astfel, practic, nu introduce pierderi suplimentare în circuitul de măsurare.
Diferențierea transformator de curent
În prezent, ca și un senzor de curent obținut de diferențiere transformatoarele de distribuție, utilizate în general, fără un miez magnetic. Absența miezului asigură liniaritatea caracteristicii sale amplitudine într-o gamă largă, de asemenea, elimină magnetizarea discutat mai sus DC, dar necesită utilizarea unor cipuri speciale cu built-in integrator de exemplu ADE7753 / 59 pentru o singură fază sau un circuit trifazat pentru ADE7758. Aceste dispozitive permit utilizarea de diferențiere a transformatorului, un șunt sau un transformator de curent la RB. transformatoare diferențiatoare sunt de obicei utilizate pentru măsurarea curenților mari, ca flux magnetic acolo mic (în m ori mai mică decât în materialele feromagnetice), și, prin urmare, forța electromotoare indusă, de asemenea, este mică (E = m0 * N1 * N2 / L * dI / dt).
Pentru a obține semnalul de măsurare acceptabil, diferențiind transformatorul este utilizat într-un mod de circuit de șoc excitație (nu în modul transformator de curent) în care forța electromotoare este proporțională cu ieșire dI / dt, pentru Rb sarcină rezistor are o valoare suficient de mare. În acest mod semnalul de ieșire din transformatorul nu respectă forma de undă de intrare curent, dar transformatorul are o sensibilitate ridicată la schimbările curente. Pentru a evita denaturarea semnalului de ieșire este utilizat un circuit de integrare (în ADE7753 / 59 pentru o singură fază sau un circuit trifazat ADE7758 pentru a construi). În acest caz, înfășurarea transformatorului (L2 și R2), R și integrator C pentru a forma un circuit oscilant cu amortizare și auto-inducție EMF secvențial activat. În, tensiunea generală condensator: U = L2 * I1 / ((R2 + R) * C * N). Constanta de timp (R + R2) * C (L2 * C) ^ 0.5 trebuie să selecteze intrare constantă de timp curent semnificativ superior.
Structural, ambele transformatoare (curent și de diferențiere) sunt bobine toroidale, în cazul în care pentru transformator Electricitate- cu un miez magnetic. Bobinele pentru transformatoare ambele tipuri conțin, de obicei numai o înfășurare secundară, înfășurarea primară este un fir (autobuz de cupru), se introduce prin deschiderea centrală a transformatorului.