PRZEKŁADNIK PRĄDOWY BROOKSA I HOLTZA I Z MODYFIKACJĄ BAYAJIANA I SKAETSA

Transkrypt

1 race Naukowe nstytutu Masyn, Napędów i omiarów Elektrycnych Nr 69 olitechniki rocławskiej Nr 69 tudia i Materiały Nr Daniel DUA, disław NAOCK* pomiar prądu, pretwornik wielkości i wartości EKŁADNK ĄDOY OOKA HOLTA MODYFKACJĄ AYAJANA KAETA artykule preprowadono analię metrologicną prekładnika dwurdeniowego rooksa i Holta i modyfikacją ayajiana i kaetsa stosowanych w precyyjnych układach pomiarowych. ierwsy nich jest pretwornikiem wielkości, natomiast po wprowadeniu modyfikacji może yć arówno pretwornikiem wartości jak i wielkości. Otrymane ależności wskaują, że jeżeli wielkością wyjściową, która podlega dalsemu pretwaraniu jest prąd to najwięksą dokładność transformacji uyskuje się stosując prekładnik rooksa i Holta modyfikacją ayajiana i kaetsa. Natomiast gdy w łańcuchu pomiarowym jest pretwarane napięcie, to analiowane prekładniki mają podone właściwości.. TĘ oprawę właściwości metrologicnych prekładników prądowych uyskuje się stosując odpowiednie środki technologicne tj. magnetowody o ardo dużej prenikalności pocątkowej wykonane permaloju, taśmy amorficnej, materiałów nanokrystalicnych, wględnie korystając rowiąań układowych, awierających dwa magnetowody dwa prekładniki, aproponowanych pre rooksa ], rooksa i Holta 3] ora liovičego 6]. artykułów autorów cytowanych rowiąań układowych wynika, że skrajnie małymi łędami wyróżnia się prekładnik rooksa i Holta, w którym w porównaniu prekładnikiem rooksa nie występuje efekt interakcji. rooks i Holt wyeliminowali efekt interakcji ociążając prekładniki dwoma reystoraniami o tej samej wartości, tak usytuowanymi, że owody wtórne prekładników są połącone w jednym punkcie. owiąanie to apewniło, że międy owodami wtórnymi prekładników nie ma prepływu energii. prekładniku rooksa i Holta wielkością wyjściową jest napięcie występujące na tych reystorach. atem prekładnik ten jest pretwornikiem wielkości. niektórych astosowaniach może to yć jego wadą. * olitechnika rocławska, nstytut Masyn, Napędów i omiarów Elektrycnych, ul. moluchowskiego 9, rocław, daniel.dusa@pwr.wroc.pl, dislaw.nawrocki@pwr.wroc.pl

2 46 ayajian i kaets aproponowali modyfikację rowiąania układowego rooksa i Holta tak, że prekładnik ten pry spełnieniu określonych warunków może pracować jako pretwornik wartości lu wielkości ]. układie prekładnika występują dwa precyyjne reystory. reprowadona w artykułach analia metrologicna potwierdiła, że reystory te powinny mieć tę samą wartość. uma prądów wyjściowych prekładników płynie pre jeden reystorów. Natomiast pre drugi reystor płynie prąd e wspomagającego prekładnika i prekładnika pomocnicego, tak że spadki napięć na tych reystorach są prawie równe, ale preciwnie skierowane. artykule wykaano, że gdy reystory mają tę samą wartość, to w modyfikowanym prekładniku nie ma efektu interakcji. Nasuwa się więc pytanie, który tych prekładników ma lepse parametry metrologicne. onieważ oecnie w literature nie ma odpowiedi na to pytanie, autory artykułu podjęli próę wynacenia właściwości metrologicnych tych prekładników i porównania ich. rolem ten jest nadal aktualny, ponieważ prekładniki te mają ardo dore właściwości metrologicne i mimo upływu 90 lat od ich opracowania nadal należą do najlepsych prekładników w klasie rowiąań układowych.. ANALA METOLOGCNA EKŁADNKA OOKA HOLTA Układ elektrycny prekładnika rooksa i Holta predstawiono na rysunku. 4], 5]. G ys.. Układ elektrycny prekładnika rooksa i Holta celu ułatwienia roważań pryjęto, że analiowany prekładnik ma prekładnię równą jedności co implikuje, że wsystkie uwojenia mają taką samą licę wojów. rekładnik główny G wymusa prąd wtórny, który prepływa pre reystor i pierwse uwojenie wtórne prekładnika pomocnicego. łąd prekładnika głównego G określa relacja

3 463 G.. rekładnik pomocnicy ma drugie uwojenie wtórne, o takiej samej licie wojów co pierwse wtórne i pre to uwojenie płynie prąd. rąd ten jest wywołany różnicą prądów i. atem prąd ma liżoną wartość do prądu charakteryującego właściwości magnetowodu prekładnika głównego G płynącego pre gałąź poprecną schematu astępcego prekładnika głównego. łąd prekładnika pomocnicego predstawia wór.. Natomiast łąd prekładnika rooksa i Holta, w którym wielkością wyjściową jest suma napięć występujących na reystorach i podaje ależność U H,.3 gdie reystor o wartości nominalnej równej wartości nominalnej reystorów i. eystory, i mają taką samą wartość nominalną. eystor nie występuje w układie prekładnika podanego na rysunku, ale jest potreny do porównania napięcia wyjściowego występującego na reystorach i prądem wejściowym, pierwotnym wywołującym spadek napięcia. ten sposó jest porównywana pośrednio wielkość wyjściowa wejściową, ponieważ analiowany prekładnik jest pretwornikiem wielkości. Należy również podkreślić, że analię pretwornika rooksa i Holta prowadono w oparciu o wory. i., ponieważ w tym prekładniku nie występuje efekt interakcji. e woru. wynacamy prąd..4 G ależności. mamy wyrażenie określające prąd..5 o podstawieniu do ależności.5 woru.4 uyskano..6 G prowadając do relacji.3 wyrażenia określające prądy i wory.4 i.6 otrymujemy U H G G..7

4 464 onieważ prekładnik ma prekładnię równą jedności to wartości nominalne reystorów, i są soie równe. Jeżeli pryjmiemy, że reystor jest reystorem odniesienia, to reystory i opisują wory,,.8 gdie wartość nominalna. o wprowadeniu tych wyrażeń do ależności.7 otrymano relację określającą łąd prekładnika rooksa i Holta pretwornika wielkości U..9 H G G Analia powyżsego woru wykauje, że: nacący wpływ na łąd prekładnika ma dokładność reystora, mniejsy wpływ na łąd prekładnika ma dokładność reystora, ponieważ łąd tego reystora jest mnożony pre łąd G i ilocyn łędów G i. easumując, jeżeli astosowane prekładniki G i ędą miały odpowiednio małe wartości łędów, to o łędie prekładnika rooksa i Holta ędie decydował łąd reystora, pry ałożeniu, że reystor ma takie same parametry jak reystor. 3. EKŁADNK OOKA HOLTA MODYFKACJĄ AYAJANA KAETA ayajian i kaets aproponowali rowiąanie układowe, w którym napięcie wyjściowe pretwornika wielkości U wywołane prądami wtórnymi i, występuje na reystore, jak to ilustrowano na rysunku. G U U ys.. rekładnik rooksa i Holta modyfikacją ayajiana i kaetsa

5 465 pretworniku tym astosowano dodatkowo prekładnik wspomagający, którego uwojenie pierwotne włącone jest do owodów wtórnych prekładników G i, a reystor jest usytuowany w drugim owodie wtórnym prekładnika pomocnicego. padek napięcia U występujący na reystore minimaliuje efekt interakcji, jeżeli wartość tego napięcia jest liżona do wartości napięcia U, jak wskauje preprowadona poniżej analia metrologicna. chemat astępcy modyfikowanego prekładnika predstawiono na rysunku 3. łąd analiowanego modyfikowanego prekładnika H gdy wielkością wyjściową jest suma prądów i podaje definicja H. 3. łąd prekładnika wspomagającego określono worem, 3. stąd prąd. 3.3 a A A ~ U U U ys. 3. chemat astępcy prekładnika rooksa i Holta modyfikacją ayajiana i kaetsa, w którym prąd wyjściowy prekładnika wspomagającego ostał astąpiony: a źródłem prądu, źródłem napięcia U

6 466 chemat astępcy analiowanego prekładnika opisuje układ równań.,, 3.4 o uporądkowaniu układu równań otrymano. ], ] 3.5 układu równań wynacono. ] ], ] ] 3.6 o wprowadeniu powyżsych ależności do równania 3. uyskano ] ] ] ] H. 3.7 ierwsy składnik licnika ędie pryjmował wartość minimalną, gdy. eystory i oarcone są łędami godnie wyrażeniem.8. o podstawieniu worów.8 do równania 3.7 i pominięciu składników drugorędnych otrymano. H 3.8 onieważ >>, a łąd prekładnika głównego G

7 467 łąd prekładnika pomocnicego G, 3.9 ~, 3.0 to łąd modyfikowanego prekładnika rooksa i Holta określa wyrażenie H ~ G. 3. omijając składnik treci, który jest nacąco mały w porównaniu poostałymi składnikami, otrymano H. 3. ~ G Należy jesce ra podkreślić, że wór ten jest słusny, gdy reystory i mają liżone wartości, a różnią się i od wartości nominalnej. Jest to nacące ogranicenie właściwości tego prekładnika i o tym ograniceniu należy pamiętać. Gdy wielkością wyjściową prekładnika jest napięcie U, to łąd modyfikowanego pretwornika wielkości jest wyrażony worem H H U. 3.3 G easumując łąd modyfikowanego prekładnika wielkości U H jest nacąco więksy o łąd reystora w porównaniu łędem prekładnika wartości H. Należy auważyć, że łąd prekładnika głównego pryjmuje stosunkowo duże wartości, ponieważ ociążony jest prekładnikiem wspomagającym. Nie wynika to epośrednio e worów w prowadonej analiie, gdyż prekładnika wspomagającego nie scharakteryowano a pomocą jego schematu astępcego, a opisano podając jego łąd po to, ay ułatwić preprowadenie analiy metrologicnej prekładnika. 4. NOK rekładnik rooksa i Holta jest prekładnikiem wielkości i nie występuje w nim efekt interakcji. Uyskano to łącąc reystory ociążające owody wtórne prekładników głównego i pomocnicego w jednym punkcie. łąd prekładnika rooksa i Holta nacąco ależy od dokładności wykonania reystora. Drugorędny wpływ na łąd pretwarania ma dokładność wykonania reystora. prekładniku tym należy dążyć do tego, ay ilocyn łędów prekładników głównego i pomocnicego ył mniejsy od dokładności wykonania reystora. rekładnik rooksa i Holta

8 468 modyfikacją ayajiana i kaetsa może pracować jako pretwornik wielkości i wartości. Najwięksą dokładność pretwarania uyskuje się, gdy prekładnik jest pretwornikiem wartości. ou tych konfiguracjach pracy reystory i powinny yć soie równe. Gdy reystory różnią się o łędy i to występuje w prekładniku efekt interakcji. odonie jak w prekładniku rooksa i Holta należy dążyć do tego, ay łędy prekładników: głównego G, pomocnicego ora wspomagającego yły odpowiednio małe. tym układie, jak asygnaliowano, prekładnik główny G i pomocnicy są ociążone prekładnikiem wspomagającym. Takie usytuowanie prekładnika wspomagającego wprowada nacne łędy. prypadku, gdy modyfikowany prekładnik rooksa i Holta jest wykorystywany jako pretwornik wielkości, to łąd pretwarania epośrednio ależy od dokładności wykonania reystora, a pośrednio od dokładności poostałych narędi pomiarowych. preprowadonych roważań wynika, że jeżeli wielkością wyjściową, która podlega dalsemu pretwaraniu jest prąd, to najwięksą dokładność transformacji uyskuje się stosując prekładnik rooksa i Holta modyfikacją ayajiana i kaetsa. Natomiast gdy w łańcuchu pomiarowym jest pretwarane napięcie, to analiowane prekładniki mają podone właściwości, ponieważ ich łędy ależą od dokładności wykonania reystorów. LTEATUA ] OYAJAN A., KAET.F., ushing-type Current Transformers for Metering, Transactions of the American nstitute of Electrical Engineers, July 99, Vol. 48, No. 3, ] OOK H.., ritisches atent ] OOK H.., HOLT F.C., The Two-tage Current Transformer, Transactions of the American nstitute of Electrical Engineers, Jan. 9, Vol. XL, No., ] DUA D., Dwurdeniowe prekładniki prądowe, w:] Metrologia diś i jutro, pod red. Jerego Jakuca, igniewa Moronia, Henryka Juniewica, rocław, Of. yd. r., 00, ] DUA D., łaściwości metrologicne prekładnika rooksa i Holta, race Naukowe nstytutu Masyn, Napędów i omiarów Elektrycnych r., 0, nr 30, T., ] LOVČ M.A., Transformateurs d intensite compoundes, ull. de la ocie te, Franc. des Electr., 93, No. 3, 59. OOK AND HOLT AND TH AYAJAN AND KAET MODFCATON CUENT TANFOME The paper presents metrological analysis of two-stage rooks and Holt and with ayajian and kaets modification current transformer which are using in precision measurement circuits. First is quantity transducer, while after modification can e also quantity and value transducer. Otained relations indicates that if the output quantity is current the est results of signal transformation quality will otain for rooks and Holt transformer with ayajian and kaets modification. However when voltage signal is processed in measurement line then analyed transformers have similar properties.