Датчики тока и напряжения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Новосибирский государственный технический университет»

Кафедра электротехнических комплексов

Реферат

Дисциплина: «Электромеханические системы»

Тема: Датчики тока и напряжения

Подготовил:

Студент группы ЭМ-14

Николенко М.Н.

Преподаватель: Калугин М.В.

Новосибирск

2015 г.

Достоверное измерение токов и напряжений в энергетическом и управляющем оборудовании является важным аспектом обеспечения высокой надёжности и безопасности промышленных систем и электронных приборов. Специализированные датчики также применяются для определения разбаланса токов, мониторинга и диагностики цепей, запуска схем защиты, обнаружения отказов электрооборудования и аварийных состояний различных типов нагрузки.

Существует множество методов измерения тока, однако в промышленности наиболее широко применяются три: резистивный, на основе эффекта Холла и трансформатора тока.

Датчики тока, реализованные на базе указанных методов, имеют свои достоинства и недостатки, определяющие области их применения.

Резистивные датчики - самые дешёвые, линейные и точные. Однако им присущи потери, вносимые в цепь измерения, отсутствие гальванической развязки, ограничение полосы пропускания, обусловленное паразитной индуктивностью большинства мощных резисторов, а также саморазогрев и термоЭДС при больших токах, снижающие точность измерения. Низкоиндуктивные измерительные резисторы могут быть использованы для измерения токов в диапазоне частот до нескольких мегагерц. Для усиления или обработки напряжения, выделяющегося на токочувствительном резисторе, необходим дифференциальный усилитель или компаратор (рисунок 1), обладающий достаточным КОСС, особенно вблизи питающих напряжений.

В качестве прецизионного сопротивления часто используют шунт, пример исполнения которого представлен на рисунке 2.

Рисунок 1 - Включение измерительного резистора в цепь измеряемого тока

Рисунок 2 - Шунт

Шунты имеют класс точности, номинальное сопротивление, номинальные ток и напряжение.

Это недорогие точные элементы, позволяющие работать как с постоянным, так и с переменным током.

Датчики на основе трансформатора тока

Измерительный трансформамтор томка -- трансформатор, предназначенный для преобразования тока до значения, удобного для измерения.

Схема подключения трансформатора тока представлена на рисунке 3.

Рисунок 3 - Схема подключения трансформатора тока

Первичная обмотка трансформатора тока (1) включается последовательно в цепь с измеряемым переменным током, а во вторичную (3) включаются измерительные приборы. Цифрой (2) обозначен сердечник трансформатора.

Ток, протекающий по вторичной обмотке трансформатора тока, пропорционален току, протекающему в его первичной обмотке:

где - коэффициент трансформации.

Достоинством таких датчиков является то, что они обеспечивают гальваническую развязку с высоким пробивным напряжением. А также отсутствие необходимости в внешнем источнике питания.

Однако такие датчики не работают с постоянным током, и даже переменный ток должен быть номинальной частоты, выбираемой при конструировании датчика. Также постоянная составляющая тока вызывает насыщение сердечника, что вызывает снижение точности.

Датчики тока, основанные на эффекте Холла

Эффект Холла заключается в следующем: если пластинку, вдоль которой протекает ток, поместить в перпендикулярное к ней магнитное поле, как показано на рисунке 4, то между параллельными току гранями возникнет разность потенциалов из-за отклонения движущихся электронов под действием силы Лоренца. Напряжение на выходе, зависит от магнитного потока, пронизывающего пластинку.

Рисунок 4 - Эффект Холла

датчик ток напряжение

На этом принципе разработаны два типа датчиков.

Датчик Холла разомкнутого типа (прямого измерения).

Схематическое изображение принципа работы датчика Холла разомкнутого типа представлено на рисунке 5.

Рисунок 5 - Датчик Холла разомкнутого типа

Датчик Холла помещен в разомкнутый тороид, в котором наводится индукция от измеряемого тока. Напряжение на выходе пропорционально измеряемому току.

В таком датчике может наступить насыщение тороида. Датчик обеспечивает хорошую полосу пропускания, но уже чем у резистивных датчиков. Имеет паразитное напряжение смещение нуля.

Датчик Хола замкнутого типа (компенсационного типа)

Схематическое изображение принципа работы датчика Холла замкнутого типа представлено на рисунке 6.

Рисунок 6 - Датчик тока замкнутого типа

В таких датчиках добавлена обратная связь по току. Т.е. на тороид наматывают вторичную обмотку, по которой протекает ток, пропорциональный измеряемому, компенсируя наводимую индукцию. Т.о. тороид никогда не насыщается, а ток вторичной цепи полностью повторяет измеряемый ток, который при необходимости легко преобразуется в напряжение измерительным сопротивлением. Такой датчик имеет значительно большую широту пропускания и более высокую точность.

Датчики Холла могут работать как с переменным, так и с постоянным током, и обеспечивают гальваническую развязку. Недостатком является необходимость источника питания.

В таблице 1 представлены основные характеристики перечисленных методов измерения.

Таблица 1 - Сравнительные характеристики методов измерения тока

Для измерения напряжения использую измерительный трансформатор напряжения, конструкция которого ничем не отличается от понижающего трансформатора. Плюсы и минусы такие же что у трансформатора тока, описанного ранее.

Они высоко распространен в электроснабжении, потому что в этой области сеть имеет постоянную частоту и присутствует необходимость измерять высокие напряжения.

Также напряжение можно измерить датчиками напряжения, основанные на эффекте Холла.

Схематическое изображение измерения напряжения датчиком Холла замкнутого типа представлено на рисунке 7.

Рисунок 7 - Измерение напряжения датчиком Холла замкнутого типа

Это тот же датчик тока Холла, первичная катушка которого подключена к токоснижающему резистору параллельно цепи с измеряемым напряжением. Токоснижающий резистор может быть как встроенным так и внешним. Первичная катушка имеет большое количество витков, чтобы мерить эти малые токи входной цепи.

Размещено на Allbest.ru