Выполнение измерений напряжения и тока сети переменного тока [Analog Devices Wiki]

Эта версия (09сен 2021 19:59) был одобрен Дугом Мерсером.

Содержание

• Измерение напряжения и тока сети переменного тока

  • Фон:

  • Измерение формы сигнала сетевого напряжения

    • Метод понижающего трансформатора напряжения

    • Метод трансформатора тока 1:1

  • Электронная нагрузка, преобразователь I в V

  • Измерение формы сигнала сетевого тока

    • Трансформатор измерения тока

  • Проверка частотной характеристики

  • Электронная нагрузка, преобразователь I в V

  • Выполнение реальных измерений

    • Дополнительные тесты в реальных условиях

  • Измерение формы сигнала сетевого напряжения

  • Заключение

  • Приложение: Другое готовое оборудование

  • Дополнительный материал

    • Первичное/вторичное соотношение оборотов

  • Фазовый сдвиг

В других документах обсуждались функции измерения напряжения и тока ADALM1000 (SMU). В этом документе обсуждаются методы безопасного измерения напряжения и тока в сети переменного тока с использованием активных обучающих модулей.

ADALM1000.html

Фон:

Каналы SMU M1k могут измерять постоянный ток от -200 мА до +200 мА. Из-за частоты дискретизации 100 KSPS он также может измерять переменный ток. Но измеряемый ток должен втекать или вытекать из канала SMU. Это ограничивает диапазон напряжений, к которым должен быть «привязан» ток, от 0 до +5 В. Для измерения тока в более широком диапазоне напряжений можно использовать микросхему монитора токового шунта, такую ​​как AD8210 из набора аналоговых деталей ADALP2000.

ad8541.html EVAL-ADALP2000.html

Каналы SMU M1k используют этот же чип для измерения тока. Диапазон рабочих входных синфазных напряжений AD8210 составляет от −2 В до +65 В относительно контакта заземления микросхемы. Больший диапазон напряжения, но все же недостаточный для безопасного измерения тока бытового прибора или осветительного прибора, работающего от 120 В переменного тока. Итак, что мы можем использовать для этого? Введите понижающий трансформатор напряжения для измерения напряжения в сети и трансформатор измерения тока для измерения тока в линии.

Измерение формы сигнала сетевого напряжения

Метод понижающего трансформатора напряжения

Для отображения формы сигнала сетевого напряжения переменного тока используется понижающий трансформатор напряжения, который гальванически развязывает и уменьшает (понижает) напряжение перед его измерением с помощью входа M1k канала B. Напряжение сети 120 В RMS должно быть уменьшено, чтобы соответствовать диапазону от 0 до 5 вольт M1k. Трансформатор, выбранный для этого примера, имеет номинальное вторичное напряжение 9 В Среднеквадратичное значение при нагрузке 250 мА . Вторичное напряжение p-p без нагрузки составляет около 35

Рис. 1. Понижающий трансформатор и резистивный делитель

Рис. 2. AC-AC понижающий настенный адаптер-трансформатор

Этапы калибровки

Понижающий коэффициент для комбинированного трансформатора и резистивного делителя измеряется путем подключения выходов каналов A и B AWG M1k к первичной обмотке трансформатора. Два канала AWG сконфигурированы как комплементарные синусоидальные сигналы с частотой 60 Гц от 0 до 5

Рисунок 3. Измеренные входные/выходные сигналы тестового напряжения

Знание этого фазового сдвига (ошибки) измерения будет важно позже при расчете реальной и мнимой мощности и коэффициента мощности.

Рис. 4. Измеренное тестовое напряжение на входе/выходе, фаза

Теперь, когда понижающий трансформатор подключен к розетке переменного тока, мы можем измерить форму сигнала сетевого напряжения переменного тока. Чистая синусоида 60 Гц от генератора сигналов произвольной формы проходит через трансформатор с небольшими искажениями, как мы видели на рис. 3, однако фактическая форма волны переменного тока 60 Гц демонстрирует значительные искажения, как показано на рис. 5. Пики формы сигнала измеряются при +/- 175 В и среднеквадратичное напряжение 124,7 В .

Рис. 5. Измеренная кривая напряжения переменного тока в сети.

Метод трансформатора тока 1:1

Альтернативный метод измерения сетевого напряжения переменного тока состоит в том, чтобы сначала преобразовать напряжение в малый ток с помощью резисторной нагрузки с большим сопротивлением. В этом примере мы используем 5 мА RMS в качестве номинального целевого тока. Два последовательно соединенных резистора 12 кОм используются для распределения тепла (мощности) и напряжения между ними. В каждом из них около 1/3 Вт, поэтому следует использовать резисторы мощностью ½ Вт или выше. 5 9Затем ток 0287 мА подается через небольшой трансформатор 1:1. Хорошим выбором является синфазный дроссель, часто используемый для фильтрации линий электропередач импульсных источников питания. Два типичных примера показаны ниже на рисунке 6. Схема показана на рисунке 7.

Рис. 6. Пример трансформаторов с синфазным дросселем 1:1

Рис. 7. Метод преобразования напряжения в ток

Для изоляции высоковольтных соединений и из соображений безопасности трансформатор и резисторы монтируются в пластиковом корпусе от другого (умершего/бывшего в употреблении) штепсельного адаптера, как показано на рис. 8. Затем крышку можно приклеить обратно, чтобы предотвратить случайное прикосновение к сети переменного тока. высокое напряжение. Использование такого старого корпуса штепсельного адаптера, как этот, также обеспечивает удобный способ подключения к розетке переменного тока.

Рис. 8. Трансформатор и резисторы, установленные в корпусе штепсельного адаптера.

Этапы калибровки

Первым шагом является измерение фактических значений резисторов с помощью точного цифрового мультиметра. Отношение первичного тока к вторичному в идеале должно быть 1:1, но в любом реальном трансформаторе оно будет меньше 1. Установка для калибровочного испытания показана на рис. поступает от SMU канала B в режиме SIMV. Вторичный ток измеряется SMU канала А в режиме SVMI, установленном на то же значение 2,5 В Напряжение постоянного тока в качестве фиксированного источника питания 2,5 В . Общее сопротивление и коэффициент трансформатора тока будут использоваться для преобразования измеренных данных о форме волны тока в напряжение.

Рис. 9. Тест отношения входного/выходного тока

Рисунок 10. Измеренные входные/выходные сигналы тестового тока

Знание этого фазового сдвига (ошибки) измерения будет важно позже при расчете реальной и мнимой мощности и коэффициента мощности.

Рисунок 11. Измеренная амплитуда и фаза входного/выходного тока теста

Чтобы сравнить метод трансформатора напряжения и метод трансформатора тока, измеряющие формы сигналов напряжения сети переменного тока, они показаны на рисунке 12. Среднеквадратичное значение тока измерено при 4,96 мА , что согласуется с используемыми резисторами 24 кОм.

Рис. 12. Сравнение форм сигналов трансформатора напряжения и тока.

Используя функцию построения математического графика, мы можем преобразовать сигнал трансформатора тока обратно в напряжение, умножив эффективное (откалиброванное) напряжение на сопротивление тока (~ 24 кОм) и построить его в том же вертикальном масштабе, что и сигнал трансформатора напряжения, как показано на рисунке. 13.

Рис. 13. Сравнение форм напряжения и расчетного напряжения.

Электронная нагрузка, преобразователь I в V

M2k не имеет возможности измерения тока, как в M1k SMU. Решение состоит в том, чтобы построить операционный усилитель I в схему преобразования V . Операционный усилитель AD8542 Dual CMOS с одним источником питания и одним источником питания используется в качестве преобразователя I в V , как показано на рис. 14. Виртуальная земля в суммирующем соединении, вывод 2, представляет очень низкоимпедансную нагрузку на вторичной обмотке. Резистор обратной связи 350 Ом преобразует ток в напряжение, которое измеряется каналом осциллографа M2k на выводе 1.

Рис. 14. Схема преобразователя операционного усилителя I в V для M2k.

Измерение формы сигнала сетевого тока

Трансформатор измерения тока

Трансформатор измерения тока — это трансформатор, оптимизированный или предназначенный для выработки переменного тока во вторичной обмотке, который пропорционален току, который «ощущается» или измеряется в первичной обмотке. Как и любой трансформатор, трансформаторы тока гальванически изолируют измерения токов в цепях высокого напряжения от гораздо более низкого напряжения и обеспечивают удобный способ безопасного контроля фактического электрического тока, протекающего в высоковольтной линии электропередачи переменного тока. В нашем случае это может быть SMU M1k.

Принцип работы базового трансформатора тока несколько отличается от обычного трансформатора напряжения. В отличие от силового трансформатора, используемого для повышения или понижения напряжения, трансформатор тока часто состоит только из одного или нескольких витков в качестве первичной обмотки. Эта первичная обмотка может состоять из одного плоского витка, катушки из прочного провода, обернутого вокруг сердечника, или просто провода, вставленного через центральное отверстие, как показано на фотографии трансформатора с токоизмерительными клещами (модель LCTC- 0250) рис. 15. У этого токоизмерительного «пробника» зажимы открываются, так что его можно зажать вокруг проводника, по которому течет измеряемый ток, без необходимости отсоединения проводника. Такие пробники тока предназначены для использования в сетях с питанием от сети 50/60 Гц. Датчик LCTC-0250 имеет диапазон измерения тока до 100 А и встроенный резистор тока к напряжению (нагрузки), поэтому выходное напряжение указано как 15 мВ/А.

Рис. 15. Накладной трансформатор тока, модель LCTC-0250.

Многие производители предлагают ряд индукторов для измерения тока, которые представляют собой тороидальную катушку с отверстием в центре, через которое пользователь пропускает провод (или петли провода) для измерения переменного тока, рис. 16. В зависимости от конкретной модели и спецификации эти типы трансформаторов тока предназначены для использования в импульсных системах управления электропитанием и работают в диапазоне частот от 20 кГц до 200 кГц . Показана версия PE-51718 с центральным отводом, 100 витков, 20 мГн. Размер, без учета выводов, составляет 20 мм в высоту, 11 мм в ширину и 10 мм в глубину, что достаточно мало, чтобы поместиться на макетной плате без пайки.

Преимущество использования такой катушки в качестве трансформатора чувствительности заключается в том, что вы можете выбрать любое количество витков для вторичной обмотки. До тех пор, пока центральное отверстие не будет заполнено в зависимости от калибра используемой проволоки.

Рис. 16. Пример Pulse Engineering Center с отводом 100:1 20 мГн

Трансформатор тока со встроенной первичной обмоткой от CoilCraft показан на рисунке 17. Поскольку он полностью герметизирован, мы не можем сказать, как он устроен. Расчетный диапазон частот для этого примера 200:1, 80 мГн составляет от 1 кГц до 1 МГц .

Рисунок 17, CoilCraft 200:1 80 мГн, пример CS4200V-01

На рис. 18 показан токоизмерительный трансформатор поверхностного монтажа от Wurth Elektronik. В этом примере первичная обмотка — это просто широкая металлическая полоса, которая проходит вверх и вокруг центральной вторичной обмотки. Производитель указывает индуктивность для этого примера 200:1, 20 мГн на частоте 10 кГц, поэтому он, вероятно, также не предназначен для применения в низкочастотных линиях электропередач.

Рисунок 18, пример Würth Elektronik 200:1 20 мГн из семейства MID-SNS

Тестирование частотной характеристики

Для проверки этих трансформаторов тока использовался трансформатор M1k, а испытательная схема показана на рис. 19. Синусоидальный сигнал 4 V с пиковым значением генерируется каналом AAWG. Затем сигнал передается по переменному току через большой конденсатор на нагрузочный резистор 10 Ом, который преобразует напряжение в пиковый ток 400 мА . Ток воспринимается первичной обмоткой, которая соединена с землей. На вторичной стороне к обмотке катушки подключается нагрузочный резистор 100 Ом, и результирующее напряжение измеряется каналом B в режиме Hi-Z. Другой конец катушки привязан к неподвижному 2,5 V , чтобы центрировать его во входном диапазоне канала B.

Для накладного щупа и катушки защитного заземления одна из более длинных проволочных перемычек из комплекта Analog Parts вставляется через центральное отверстие и используется в качестве первичной обмотки.

Рисунок 19. Схема тестирования полосы частот с использованием M1k

Входная частота изменяется от 20 Гц до 1 кГц во всех следующих тестах. Первая диаграмма Боде предназначена для датчика с зажимом LCTC с одним проводом, проходящим через зажим. Помните, что клещи имеют встроенную нагрузку, поэтому внешний резистор на 100 Ом не был включен в этот тестовый пример. Отклик магнитуды очень плоский, в пределах дБ до 20 Гц, как показано на рисунке 20.

Рис. 20. Диаграмма тела токового датчика LCTC.

Далее идет PE-51718. Как видно из отклика, показанного на рис. 21, ниже 1 кГц он совсем не плоский, чего и следовало ожидать, учитывая минимальную частоту 20 кГц. Более светлый набор кривых относится к одному проводу в качестве основного, а более темный набор — к 4 виткам в качестве основного.

Рисунок 21, график Боде PE-51718

Далее CoilCraft CS4200V-01 и Würth Elektronik 750316796 примеров протестированы на рисунке 22. Оба имеют соотношение витков 200:1. Более темные кривые относятся к устройству CoilCraft на 80 мГн, а более светлые кривые — к устройству Würth на 20 мГн. Как и ожидалось, более высокая индуктивность устройства CoilCraft дает лучшую низкочастотную характеристику. Устройство CoilCraft соответствует спецификации минимальной частоты 1 кГц и даже превышает ее, а устройство Würth, вероятно, работает ровно только выше нескольких кГц при использовании этого значения нагрузочного резистора.

Рисунок 22, CoilCraft CS4200V-01 и Würth Elektronik 750316796 бод участок

Электронная нагрузка, преобразователь I в V

Одним из способов улучшить частотную характеристику любого трансформатора тока является замена резистивной нагрузки электронным решением, , то есть операционным усилителем I в схему преобразования В . Как показано на рис. 23, операционный усилитель AD8542 CMOS типа «рейка-рейка» с одним источником питания может использоваться в качестве преобразователя I в V . . Резистор обратной связи 1 кОм преобразует ток в напряжение, которое измеряется каналом B на выводе 6.

Рис. 23. Схема преобразователя операционного усилителя I в В .

Чтобы проверить частотную характеристику с помощью операционного усилителя, CoilCraft CS4200V-01 (темная кривая) и Würth 750316796 (светлая кривая) снова сравниваются на рисунке 24. Обратите внимание, что масштаб по вертикали теперь равен 3 дБ /дел. Наблюдается значительное улучшение ровности отклика по сравнению с цифрой 8 со спадом менее 90 465 дБ 90 272 на частоте 60 Гц. Отклик CoilCraft теперь примерно такой же плоский, как у токового пробника LCTC на рисунке 18.

Рисунок 24, диаграмма Боде для CoilCraft CS4200V-01 и операционного усилителя Würth 750316796 I до V .

Также обратите внимание, что канал SMU M1k, установленный на SVMI, эквивалентен схеме преобразователя операционного усилителя I/ V на рис. 23, как мы видели на рисунках 7 и 9.

Проведение реальных измерений

В качестве примера реальных испытаний накладной датчик тока модели LCTC-0250, показанный на рис. 1, и M1k используются для измерения формы волны тока светодиодной цепочки праздничного света. Пробник LCTC-0250 имеет встроенный резистор тока к напряжению (нагрузки), поэтому выходное напряжение указано как 15 мВ/А. Цепочка состоит из 35 последовательно соединенных белых светодиодов. Было раскручено около фута провода и одна ножка была обмотана примерно 5 раз вокруг хомута. Теперь чувствительность будет около 75 мВ /А (5 * 15 мВ /А).

Пробник подключается напрямую ко входу M1k без дополнительного усиления или фильтрации. Как показано на рис. 25, ток представляет собой простое полуволновое выпрямление, а пиковый ток составляет от 35 до 45 мА . Трудно точно измерить с шумом, а сигнал слишком мал для правильного запуска и применения усреднения трассы.

Рис. 25. Форма сигнала тока без какой-либо обработки сигнала.

Применяя некоторую математическую цифровую фильтрацию, мы можем очистить шум и сделать «сигнал» достаточно большим (в 10 раз), чтобы включить запуск и использовать усреднение трассы. К захваченной трассе сигнала применяется простой цифровой фильтр с 20 отводами и общим коэффициентом усиления 10, а также используется усреднение трассы (установлено среднее значение 8). Форма сигнала теперь красивая и чистая, а ток размаха составляет 42 мА .

]

Рисунок 26, отфильтрованная кривая тока

Дополнительные тесты в реальных условиях

Чтобы измерить свет с помощью стандартного винта в основании Эдисона, розетка была подключена к вилке и шнуру длиной несколько футов. Около фута провода было расстегнуто, и одна ножка была 6 раз обернута вокруг зажима LCTC-0250. Чувствительность будет около 90 мВ /А (6 * 15 мВ /А). Были измерены шесть различных лампочек. На всех следующих снимках экрана осциллограммы формула измерения пользователя канала A использовалась для отображения рассчитанного полного размаха тока (в амперах), а формула измерения пользователя канала B использовалась для отображения рассчитанного (истинного) среднеквадратичного значения тока (в амперах). ). Не обращайте внимания на кривую напряжения канала B. Он нужен только для включения отображения пользовательских измерений канала B.

В качестве первого эксперимента была измерена лампа накаливания. Спецификация для этой лампы составляет 390 люмен и 40 Вт. На упаковке этих ламп написано «Двойной срок службы», поэтому светоотдача, вероятно, ниже, чем у других аналогичных ламп мощностью 40 Вт.

Измеренное среднеквадратичное значение тока составляет 0,33 А. Предполагая среднеквадратичное значение напряжения сети 120 В , получаем среднеквадратичную мощность 39,6 Вт. Измеренная потребляемая мощность почти точно соответствует ожидаемой. Поскольку нить накаливания в лампе накаливания является почти чисто резистивной, форма волны тока, показанная на рисунке 27, представляет собой относительно чистую синусоиду. Шкала вертикального напряжения 20 мВ /дел (20/90 или 0,222 А/дел).

Рисунок 27. Форма кривой тока для лампы накаливания мощностью 40 Вт.

Затем тестируется вторая лампа накаливания с яркостью 770 люмен и мощностью 60 Вт. Измеренное среднеквадратичное значение тока составляет 0,498 А. Опять же, если принять среднеквадратичное значение сетевого напряжения 120 В , среднеквадратичное значение мощности составит 59,7 Вт. Измеренное энергопотребление почти точно соответствует ожидаемому. быть. Опять же, чисто резистивная форма волны тока, как показано на рисунке 28, представляет собой такую ​​же чистую синусоиду.

Рисунок 28. Форма кривой тока для лампы накаливания мощностью 60 Вт.

Теперь мы можем предположить, что тестовая установка, вероятно, дает точные результаты. Затем измеряется компактная люминесцентная лампа CFL, которая продается в качестве замены лампы накаливания мощностью 40 Вт. Перечисленные характеристики: 700 люмен, 11 Вт и 140 мА . 11 Вт и 140 мА мА кажутся несовместимыми? Измеренное среднеквадратичное значение тока составляет 0,130 А. При среднеквадратичном напряжении сети 120 В среднеквадратичная мощность составляет 15,6 Вт. Измеренная мощность на 4,6 Вт или на 42 % выше, чем указано в спецификации. Электронный балласт, используемый в CLF, приводит к довольно неприятному виду кривой тока, показанной на рис. 29.. Он потребляет ток на положительной и отрицательной половинах переменного напряжения, но имеет огромный коэффициент амплитуды.

Рис. 29. Форма кривой тока для первой КЛЛ-лампы.

Затем измеряется еще одна КЛЛ, которая продается как замена лампы накаливания мощностью 60 Вт. Перечисленные характеристики: 15 Вт и 230 мА . 15 Вт и 230 мА мА тоже кажутся несовместимыми? Измеренное среднеквадратичное значение тока составляет 0,175 А. При среднеквадратичном напряжении сети 120 В среднеквадратичная мощность составляет 21 Вт. Измеренная мощность на 6 Вт или на 40 % выше, чем указано в спецификации. Текущие формы сигналов согласуются между двумя примерами CLF, если мы сравним рисунки 29. и 30. Лампа большей мощности, конечно, имеет больший пиковый и среднеквадратический ток.

Рис. 30. Форма кривой тока для второй лампы CFL.

Затем измеряют светодиодную лампу, продаваемую в качестве замены лампы накаливания мощностью 60 Вт. Перечисленные характеристики: 800 люмен, 9 Вт и 90 мА . Измеренное среднеквадратичное значение тока составляет 0,077 А. При среднеквадратичном напряжении сети 120 В среднеквадратичное значение мощности составляет 9,24 Вт. Измеренное значение мощности намного ближе к указанному значению и всего на 2,5 % выше. Как мы видим на гораздо более плавной кривой тока на рис. 31, он потребляет ток на положительной и отрицательной половинах переменного напряжения без каких-либо неприятных всплесков, характерных для КЛЛ. Обратите внимание, что вертикальный масштаб на 10 мВ /дел вдвое меньше, чем на предыдущих снимках экрана формы волны.

Рис. 31. Форма кривой тока для светодиодной лампы

В качестве другого примера светодиодной лампы измеряется 40-градусный светодиодный прожектор. Перечисленные характеристики: 840 люмен, 12 Вт и 130 мА . Измеренное среднеквадратичное значение тока составляет 0,108 А. При среднеквадратичном напряжении сети 120 В среднеквадратичная мощность составляет 12,96 Вт. Измеренная мощность намного ближе к указанному значению и всего на 8 % выше. Как видно из формы сигнала тока на рисунке 32, он потребляет ток на положительной и отрицательной половинах переменного напряжения, но с очень прямоугольными импульсами, которые могут быть двумя разными уровнями по сравнению с более округлой формой сигнала на рисунке 29.. Также отсутствуют неприятные всплески электронного балласта в КЛЛ. Обратите внимание, что масштаб по вертикали составляет 10 мВ /дел, как и на предыдущем снимке экрана с осциллограммой.

Рисунок 32. Форма кривой тока для светодиодного прожектора

Меньший коэффициент амплитуды сигналов светодиодов, вероятно, объясняет, что измеренная мощность близка к указанной мощности. Производители КЛЛ, вероятно, не использовали оборудование с высокой пропускной способностью, такое как M1k, для измерения истинного среднеквадратичного тока своих ламп и упустили высокий коэффициент амплитуды потребляемого тока. Здесь, вероятно, важно отметить, что результаты измерений, показанные до сих пор, не учитывают разность фаз между сигналами напряжения и тока (коэффициент мощности).

Измерение формы сигнала сетевого напряжения

Теперь мы добавим отображение кривой напряжения сети переменного тока, используя технику понижающего трансформатора напряжения. Для проверки установки правильной фазы между напряжением и током используется лампа накаливания мощностью 40 Вт. На рис. 31 показано, что две формы волны совпадают по фазе, как и должно быть для резистивной нагрузки. Обратите внимание, что среднеквадратичное напряжение для линии переменного тока составляет 117,75 Вольт, что кажется правильным.

Рисунок 33. Кривые тока и напряжения для лампы накаливания мощностью 40 Вт.

Теперь на рис. 34 измеряется относительная фаза между током и напряжением для второй лампы КЛЛ.

Рис. 34. Кривые тока и напряжения для второго КЛЛ

Мы оставляем читателю интерпретировать, что это значит. Такие вещи, как мгновенная поточечная мощность, могут быть рассчитаны по двум формам сигнала, а затем, например, по рассчитанному среднеквадратичному значению.

Заключение

Для измерения сетевого напряжения и тока сети переменного тока понижающий трансформатор напряжения и измерительный трансформатор тока могут надежно изолировать высокое линейное напряжение от измерительной схемы. Это очень важное соображение безопасности. Широкий динамический диапазон и относительно высокая частота дискретизации/полоса пропускания 16-разрядного АЦП в M1k позволяют использовать сильноточные (100 А) пробники, такие как LCTC, для измерения токов всего в несколько десятков из мА напрямую без какой-либо обработки сигнала.

Для дальнейшего чтения

Импульсные трансформаторы
Гальваническая развязка

Приложение: Другое готовое оборудование

Зажим Seeed Technology Co., Ltd для датчика тока, номер продукта 1019, можно заказать через Digikey. Он имеет номинальный вход 0-60А, номинальный выход 0-1 В и соотношение витков N=1:1800.

Зажим на датчике тока

Зажим на датчике тока от SparkFun имеет соотношение витков Np:Ns=1:2000 и соотношение входного/выходного тока 30A/15mA.

ECS1030-L72 Неинвазивный датчик тока — 30 А

Этот модуль датчика сетевого напряжения на базе трансформатора тока ZMPT1010B имеет встроенную электронную схему нагрузки (операционный усилитель). Он имеет открытые винтовые клеммы для подключения к входной линии переменного тока, поэтому он может представлять опасность поражения электрическим током, если он не установлен в изолирующем корпусе.

Рис. A2. Модуль датчика сетевого напряжения переменного тока

Из-за такого типа устройства трансформатор тока часто называют «последовательным трансформатором», поскольку первичная обмотка, которая никогда не имеет более нескольких витков, включена последовательно с проводником, подающим ток на нагрузку.

Вторичная обмотка будет иметь большое количество витков, намотанных на сердечник из магнитного материала с малыми потерями. Этот сердечник имеет большую площадь поперечного сечения, поэтому создаваемая плотность магнитного потока является низкой при использовании провода с гораздо меньшей площадью поперечного сечения, в зависимости от того, насколько ток должен быть уменьшен, поскольку он пытается выводить постоянный ток, независимый от подключенного нагрузка.

Вторичная обмотка будет подавать ток либо в короткое замыкание, в виде амперметра, либо в резистивную нагрузку до тех пор, пока напряжение, индуцированное во вторичной обмотке, не станет достаточно большим, чтобы насытить сердечник или вызвать выход из строя из-за пробоя чрезмерного напряжения.

В отличие от применения трансформатора напряжения цель состоит в том, чтобы первичный ток трансформатора измерения тока не зависел от вторичного тока, а вместо этого управлялся внешней нагрузкой. Вторичный ток обычно рассчитан на стандартный 1 ампер или 5 ампер для более высоких значений первичного тока.

Первичное/вторичное соотношение оборотов

Трансформаторы измерения тока обычно имеют передаточное отношение витков от 1:10 до 1:2000. Чем выше коэффициент витков (r = Nsec/Npri), тем выше разрешение текущего измерения. Однако следует соблюдать осторожность, так как слишком высокое отношение витков потребует увеличения распределенной емкости и индуктивности рассеяния, что может снизить точность трансформатора и его способность работать на более высоких частотах (из-за собственного резонанса). Однако, если количество витков слишком мало (более низкая индуктивность), выходной сигнал может искажаться или «провисать» (при положительном наклоне однополярного входного сигнала), что также может вызвать нестабильность в цепи управления и неточности в измерениях.

Трансформаторы тока бывают трех основных типов: намоточные, тороидальные и стержневые.

Вторичная нагрузка трансформатора тока называется «нагрузкой», чтобы отличать ее от первичной нагрузки.

Фазовый сдвиг

В идеале мы хотим, чтобы первичный и вторичный токи трансформатора тока были в фазе. На практике это невозможно, но при обычных частотах мощности достижимы фазовые сдвиги в несколько десятых градуса, тогда как более простые ТТ могут иметь фазовые сдвиги до шести градусов. Для измерения среднего и среднеквадратичного значения тока фазовый сдвиг не учитывается, поскольку амперметры отображают только величину тока. Однако для мощности, энергии и коэффициента мощности (измерения реальной мощности и реактивной мощности) фазовый сдвиг приводит к ошибкам. Для измерений мощности и энергии ошибки можно считать незначительными при единичном коэффициенте мощности, но они становятся более значительными по мере приближения коэффициента мощности к 0. При нулевом коэффициенте мощности любая указанная мощность полностью обусловлена ​​фазовой ошибкой трансформатора тока.