Способ измерения намагничивающего тока трансформатора, работающего под нагрузкой

Предложенное изобретение относится к электромеханике и может быть использовано в демонстрационных или исследовательских целях. Задачей предложенного изобретения является разработка способа измерения намагничивающего тока трансформатора, работающего непосредственно под нагрузкой. Предложенный способ измерения намагничивающего тока трансформатора, работающего под нагрузкой, заключается в том, что измерения мгновенного значения намагничивающего тока производят с двух шунтов, один из которых включают в первичную, а второй во вторичную обмотку трансформатора, причем измерительные клеммы шунтов соединяют последовательно встречно, а шунты откалиброваны таким образом, что отношение падений напряжения на шунтах при протекании одинакового тока равно коэффициенту трансформации трансформатора. 4 ил.

 

Способ относится к электромеханике, может быть использован в демонстрационных или исследовательских целях.

Наиболее близким к предлагаемому является способ [1] - Патент G01R 31/34 № 1017083 «Способ измерения намагничивающего тока асинхронного двигателя» Ушаков А.В., Младенцев В.И., который предполагает измерение параметров тока только в первичной обмотке трансформатора, при отсутствии нагрузки, то есть в режиме холостого хода. (В прототипе речь идет о асинхронном двигателе. Асинхронный двигатель в общем случае можно рассматривать как трансформатор, тогда первичная обмотка - это обмотка статора, а вращение асинхронного двигателя с синхронной скоростью - это работа трансформатора на холостом ходу).

Недостатком способа [1] является невозможность измерения намагничивающего тока при работе под нагрузкой. При работе трансформатора под нагрузкой намагничивающий ток входит в состав первичного тока и нет такого участка электрической цепи, где намагничивающий ток протекал бы без нагрузочной составляющей и его можно было бы измерить. Вместе с тем известно, что намагничивающий ток с появлением тока нагрузки не остается постоянным, таким же, как в режиме холостого хода, а снижается. Причина снижения намагничивающего тока - падение напряжения на индуктивности рассеяния магнитного потока первичной обмотки и активном сопротивлении первичной обмотки.

Решение проблемы измерения намагничивающего трансформатора, работающего под нагрузкой, достигается тем, что измерения мгновенного значения намагничивающего тока производят с двух шунтов, один из которых включают в первичную, а второй во вторичную обмотку трансформатора, причем измерительные клеммы шунтов соединяют последовательно встречно, а шунты откалиброваны таким образом, что отношение падений напряжения на шунтах при протекании одинакового тока равно коэффициенту трансформации трансформатора.

Измерение по предлагаемому способу производят следующим образом.

В первичную и вторичную обмотки установливают шунты. Соотношение между номинальными токами шунтов выбирают как можно более близким к коэффициенту трансформации трансформатора. Клеммы шунтов соединяют таким образом, чтобы падение напряжения от тока вторичной обмотки i'₂(t) вычиталось из падения напряжения от тока i₁(t). Осциллограф в такой схеме должен показать ток i^μ(t), поскольку i^μ(t)=i₁(t)-i'₂(t).Но это верно только при точном подборе шунтов, когда одинаковый ток, протекающий по шунтам, будет создавать на измерительных клеммах шунтов такие падения напряжения, отношение которых равно коэффициенту трансформации трансформатора.

Подобрать соотношение между номинальными токами шунтов точно равным коэффициенту трансформации трансформатора (в этом случае одинаковый ток, протекающий по шунтам, будет создавать на измерительных клеммах шунтов такие падения напряжения, отношение которых равно коэффициенту трансформации трансформатора) при использовании стандартных шунтов не представляется возможным. Поэтому перед измерением необходимо произвести масштабирование.

В ходе масштабирования к трансформатору прикладывается пониженное напряжение, при этом исключается насыщение и i^μ(t) незначителен. Включается нагрузка. Производится измерение намагничивающего тока осциллографом по описанной схеме.

Пониженное напряжение нужно для того, чтобы при настройке исключить намагничивающий ток. В таком случае при правильно подобранных шунтах падение напряжения на шунтах равны и осциллограф, подключенный к последовательно встречно соединенным шунтам, должен показывать 0 независимо от нагрузки.

При неточном выполнении указанных условий на экране осциллографа будет наблюдаться синусоида. Это разница падений напряжения на шунтах. Для подбора сопротивления шунта у одного из шунтов отключают проводник, подходящий к измерительной клемме, и подключают прямо на рабочую поверхность шунта. Перемещая проводник по поверхности шунта, добиваются прямой линии на экране осциллографа (отсутствия сигнала). Проводник закрепляют. Именно такое положение проводника будет соответствовать отмасштабированной схеме. Схема готова к измерениям.

Для того чтобы убедиться в том - результаты измерения верны, можно проделать следующие опыты.

- Измерения производить при пониженном напряжении и различной нагрузке. Во всех случаях показания осциллографа должны быть нулевыми.

- Измерения производить на холостом ходу. Плавно увеличивать питающее напряжение. При этом намагничивающий ток должен увеличиваться, а затем стать несинусоидальным характерной формы.

Заявляемое способ отвечает требованию "новизна", поскольку имеет новые признаки: измерения мгновенного значения намагничивающего тока производят с двух шунтов, один из которых включают в первичную, а второй во вторичную обмотку трансформатора, причем измерительные клеммы шунтов соединяют последовательно встречно, а шунты откалиброваны таким образом, что отношение падений напряжения на шунтах при протекании равного тока соответствует коэффициенту трансформации трансформатора.

Именно указанное сочетание признаков обеспечивает способу новые возможности, не очевидные:

- возможность измерения намагничивающего тока трансформатора, работающего под нагрузкой;

- измерения производить по мгновенным значениям намагничивающего тока, что позволяет измерять несинусоидальный намагничивающий ток в режиме сильного насыщения магнитопровода;

- измерять намагничивающий ток при питании трансформатора несинусоидальным током;

- возможность наглядно продемонстрировать работу трансформатора под нагрузкой (как с увеличением нагрузки снижается намагничивающий ток);

- новые возможности исследования трансформаторов (по изменению намагничивающего тока от смены расположения обмоток, изменения формы магнитопровода можно судить об индуктивностях рассеяния магнитного потока отдельных обмоток)

Это позволяет сделать вывод о соответствии критерию "изобретательский уровень".

На фиг.1 представлена схема для выделения намагничивающего тока: Тр.1 - трансформатор; Ш1 - шунт в цепи первичной обмотки; Ш2 - шунт в цепи вторичной обмотки; R_б - нагрузочное сопротивление (балластный реостат).

На фиг.2 представлен калибруемый шунт Ш2.

На фиг.3. представлены осциллограммы намагничивающего тока i^μ(t) при различной калибровке шунта Ш2 (а, б, в) и в режиме насыщения первичной обмотки трансформатора (г).

На фиг.4. представлены реальные осциллограммы намагничивающего тока при слабом (а) и более сильном насыщении магнитопровода (б).

Измерение по предлагаемому способу, представленному на фиг.1-4, производят следующим образом.

В первичную и вторичную обмотки трансформатора Тр.1 установливают шунты Ш1 и Ш2 (фиг.1). Соотношение между номинальными токами шунтов выбирают как можно более близким к коэффициенту трансформации трансформатора. Клеммы шунтов Ш1 и Ш2 соединяют таким образом, чтобы падение напряжения от тока вторичной обмотки i'₂(t) на шунте Ш2вычиталось из падения напряжения на шунте Ш1 от тока i₁(t). Осциллограф в такой схеме должен показать ток i^μ(t), поскольку i^μ(t)=i₁(t)- i'₂(t).

В ходе масштабирования у одного из шунтов отключают проводник, подходящий к измерительной клемме, и подключают прямо на рабочую поверхность шунта (фиг.2). На экране осциллографа в зависимости от точки подключения будет наблюдаться одна из картин, изображенных на фиг.3.

Перемещая проводник по поверхности шунта, добиваются прямой линии на экране осциллографа (фиг.3в - отсутствия сигнала). Проводник закрепляют. Именно такое положение проводника будет соответствовать отмасштабированной схеме. Схема готова к измерениям.

На фиг.4. приведены реальные осциллограммы намагничивающего тока при слабом (а) и более сильном насыщении магнитопровода (б)

Способ был опробован с использованием серийно выпускаемого сварочного трансформатора ТДМ-259 с клиновым магнитным шунтом. Напряжение питающей сети 220 В; напряжение вторичной обмотки на холостом ходу - 65 В.

Использовались шунты:

в первичной обмотке 100 А; 75 mV;

во вторичной обмотке 200 А; 75 mV;

Нагрузка R_б - балластный реостат РБ-300.

Питание осуществлялось от лабораторного потенциал-регулятора (регулируемый источник переменного синусоидального напряжения)

Результаты испытаний позволяют сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения критерию " промышленная применимость ".

Источники информации

1. Патент G01R 31/34 «Способ измерения намагничивающего тока асинхронного двигателя» Ушаков А.В., Младенцев В.И. № публикации 1017083, дата публикации 2005.08.20, регистрационный № заявки 3360117/07.

Способ измерения намагничивающего тока трансформатора, работающего под нагрузкой, отличающийся тем, что измерения мгновенного значения намагничивающего тока производят с двух шунтов, один из которых включают в первичную, а второй во вторичную обмотку трансформатора, причем измерительные клеммы шунтов соединяют последовательно встречно, а шунты откалиброваны таким образом, что отношение падений напряжения на шунтах при протекании одинакового тока равно коэффициенту трансформации трансформатора.