Трансформатор тока своими руками: Расчет трансформатора тока | Все своими руками — Мир Антенн

Содержание

Расчет трансформатора тока | Все своими руками

Бывают такие ситуации когда нужно контролировать большие токи в цепях переменного напряжения, например как контролировать ток в цепи сварочного аппарата, где ток достигает 150-250А. Для такого контроля отлично подходит трансформатор тока. Этот трансформатор нечем не отличается от обычного трансформатора, по сути это и есть обычный трансформатор с известным отношением витков первичной и вторичной обмотки.

На схеме представлен пример трансформатора тока с током в первичной обмотке 6А, на выходе этого трансформатора напряжение 6В

Принцип работы такого трансформатора прост и рассчитывается все довольно просто
1. Берется за основу абсолютно любой каркас трансформатора. Для простоты возьму колечко любого размера и намотаю на него 100 витков, это количество витков может быть абсолютно любое, но для простоты расчета пусть будет 100. Эта обмотка вторичка, с которой будет сниматься измеряемое напряжение. Первичная обмотка должна быть один виток, а точнее кабель пропущенный через кольцо. Отсюда известно, что отношение тока между первичной и вторичкой 1:100.

2. Теперь через первичную обмотку в один виток пропущу ток в 6А, зная отношение в витках можно узнать ток в вторичной обмотке трансформатора 6А/100=0,06А. Когда ток вторички известен вспомню закон Ома R=V/I, исходя из него узнаю на сколько Ом нужно нагрузить вторичку, чтобы при токе в 0,06А напряжение на выходе было 6В. R=V/I, R=6(В)/0,06(А)=100 (Ом), то есть если вторичку нагрузить на 100 Ом, напряжение на вторичке будет 6В при токе в первичке 6А
При максимальном токе на резисторе R2 будет рассеиваться некоторая мощность, поэтому нужно еще рассчитать рассеиваемую мощность на резисторе P=U*I, P=6(В)*0,06(А)=0,36(Вт) минимальный резистор рассеиваемой мощностью о,5Вт

Вот таким простым способом можно измерять любые токи, главное правильно рассчитать трансформатор и балластный резистор.
Как смог рассказал о принципе работы, добавить тут нечего. Если вам интересны и полезны мои статьи, подписывайтесь на обновления в Контакте и Одноклассниках, что бы всегда быть в курсе новых тем.

С ув. Эдуард

Похожие материалы: Загрузка…

Трансформатор своими руками: инструкция + фото

Принцип действия трансформатора

От устройства трансформатора перейдём к принципу его работы. Для этого рассмотрим трансформатор изображённый на рисунке ниже.

Данный трансформатор состоит из двух катушек (обмоток) I и II, находящихся на стержневом магнитопроводе. К катушке I подводится переменное напряжение u₁; это катушка называется первичной обмоткой. На выводах катушки II, называемой вторичной обмоткой, формируется напряжение u₂, которое передается приёмникам электрической энергии.

Работа трансформатора заключается в следующем. При протекании переменного тока i₁ в первичной обмотке I создаётся магнитное поле, магнитный поток, которого пронизывает не только создавшую его обмотку (магнитный поток Ф₁), но и частично вторичную обмотку (магнитный поток Ф). То есть обмотки трансформатора являются магнитно связанными, при этом степень связи зависит от взаимного расположения обмоток: чем дальше обмотки друг от друга, тем меньше магнитная связь между ними и меньше магнитный поток Ф.

Так как через первичную обмотку протекает переменный ток, то и создаваемый им магнитный поток непрерывно изменяет свою величину и свое направление. Согласно закону электромагнитной индукции, при изменении пронизывающего катушку магнитного потока, в катушке индуцируется переменная электродвижущая сила. Таким образом, в первичной обмотке индуцируется электродвижущая сила самоиндукции, а во вторичной обмотке – электродвижущая сила взаимноиндукции.

Если присоединить концы вторичной обмотки к приемнику электрической энергии (нагрузке), то через неё потечёт ток i₂. В тоже время в первичную обмотку будет поступать ток i₁ от источника энергии (генератора). Таким образом энергия от первичной обмотки во вторичную будет передаваться при помощи переменного магнитного потока Ф.

На рисунке видно, что часть магнитного потока первичной Ф₁ и вторичной Ф₂ обмотки не замыкается через магнитопровод. Они не участвуют в передаче энергии, а образуют так называемое магнитное поле рассеяния.

Одной из задач проектирования трансформаторов является сведение магнитного потока рассеяния к минимуму.

Трансформатор тока

Кроме стандартного типа трансформаторов напряжения существует особый вид, называемый трансформатором тока. Основное его назначение — изменять значение тока относительно своего входа. Другое название такого вида устройства — токовый.

Токовое устройство по виду ничем не отличается от трансформатора напряжения, его отличия — в подключении и количестве витков в обмотке. Первичка выполняется с помощью одного или пары витков. Эти витки пропускаются через тороидальный магнитопровод, и именно через них измеряется ток. Токовые устройства выполняются не только тороидального типа, но и могут быть выполнены и на других видах сердечниках. Главным условием является то, чтобы измеряемый провод совершил полный виток.

Вторичная обмотка при таком исполнении шунтируется низкоомным сопротивлением. При этом величина напряжения на этой обмотке не должна быть большого значения, так как во время прохождения наибольших токов сердечник будет находиться в режиме насыщения.

В некоторых случаях измерения проводятся на нескольких проводниках которые пропущены через тор. Тогда величина тока будет пропорциональна силе суммы токов.

Как изготовить самостоятельно

Понижающий трансформатор можно выполнить как отдельное устройство либо расположить в блоке питания техники. По сути, это радиоэлектронный элемент и его под силу смастерить своими руками.

Сначала стоит подготовить инструменты и материал, произвести предварительный расчет. Для работы потребуется:

ленточная изоляция высокого качества;
сердечник, снятый со старого телевизора;
провода с эмалевой изоляцией;
простой станок для намотки, например, из доски (ширина – 10 см, длина – 40 см).

Пошаговые действия:

Изготовить каркас, вырезав из картона внутреннюю часть, немного большую в отличие от стержня сердечника. Если используется сердечник в виде буквы “О”, то потребуется 2 катушки. При сердечнике буквой “Ш” хватит одной катушки.
На круглый сердечник предварительно намотать изоляцию в 3 слоя после первичной обмотки.
Накрутить второй слой с и выведением наружу концов обмотки. Вторичная, равно как и первичная обмотка, прокладываются в идентичном направлении. Главное, не забывать выводить провода.
Вставить железные полоски в готовую катушку, обогнуть ими каркас с одной стороны, соединить внизу. Оставить между каркасом и сердечником воздушный зазор.
Сделать основание для трансформатора. На дощечку (толщина 5 см) прикрепить металлическими скобами 2 бруска (50х50 см) на расстоянии в 30 см друг от друга. Согнуть скобы так, чтобы огибали нижнюю часть сердечника.
Вывести на каркас концы обмоток, прикрепить к контактам.

На каждый Вольт должно прийтись по 10 витков. Рассчитать их нужное количество несложно. Сердечник можно вынуть из ненужного трансформатора любого типа или изготовить из жести. Подойдет консервная банка, из которой вырезается 80 полосок в длину 30 см, ширину – 2 см от. Отжигаются полоски их в печи, остужаются, очищаются от окалины и покрываются лаком. Можно с одной стороны оклеить тонкой бумагой.

Заметка! Все разметки и линии нельзя делать графитом.

Расчет конструкции производится по формуле P = U * I,. Из нее исчисляется мощность, которая выдержит вторичную обмотку.

Как организуется внеочередная проверка знаний?

Организует внеочередную проверку знаний:

служба ОТ;
непосредственный руководитель работ;
инспектор ГИТ или другой проверяющий;
специализированный центр по договору с компанией, сотрудники которой будут экзаменоваться. Нужно учитывать, что в центре можно проверять знания только тех сотрудников, которые там обучались. Например, по Положению 1/29 нельзя провести обучение силами предприятия, а на проверку знаний придти в специализированный центр.

Обучение по охране труда в специализированном центре имеет преимущество – в их комиссии по проверке знаний включаются представители надзорных органов. Поэтому к таким проверкам все готовятся особенно тщательно. Во время проверки состояния безопасности на предприятии удостоверение с подписью инспектора – дополнительный «+». В собственные комиссии предприятий их можно не включать – здесь достаточно руководителей и главных специалистов подразделений, специалистов по ОТ, представителей трудящихся. Минимальная численность комиссии – 3 человека. Включая должностных лиц в комиссию, нужно понимать сферу их деятельности и ответственности. Соответственно комплектуются группы. Например, включать в одну группу обучающихся грузчиков и электрослесарей нецелесообразно.

Перед экзаменом трудящимся можно и нужно раздавать билеты, списки контрольных вопросов, чтобы они могли лучше подготовиться к экзамену и не тратить время на изучение ненужного материала. А вот ответы на билеты раздавать нельзя. Эту информацию трудящиеся должны получить во время обучения. Можно проводить пробные проверки знаний, если есть время. Главная ценность такой подготовки – возможность проработать ошибочные ответы, детально разъяснить неправильно понятые положения

Нужно обращать внимание, чтобы трудящиеся не только знали требования правил, инструкций и норм, но и четко понимали, как реализовать их на практике. В этом помогает моделирование ситуаций в аудитории или при помощи автоматизированных обучающих комплексов

Как будет проводиться проверка, какой материал будет проверяться, решает ее инициатор. Поэтому, когда во внеплановую проверку вовлекается большое количество трудящихся, а срок плановой проверки знаний уже близок, можно совместить 2 вида обучения. При этом все вопросы можно проверить в рамках 1 экзамена с заполнением соответствующей документации. Называть мероприятие лучше плановой проверкой, потому что проведение внеплановой проверки ее не отменяет. Чтобы отметить расширенный формат мероприятия, можно назвать его, например «расширенной плановой проверкой знаний».

Материал, по которому проводилась внеплановая проверка знаний, включается в программы последующих обучений и инструктажей. Соответственно, устаревшие нормы из них убираются. Внесенные изменения утверждаются приказом или распоряжением.

Поскольку оперативно корректировать периодичность проверки знаний по охране труда в крупных организациях – дело не одного дня, при вводе новых нормативных документов государство дает специалистам по обучению время на адаптацию учебных программ. Например, документ утверждается и выкладывается в общий доступ в январе, а вступает в силу только в июле. За это время можно успеть организовать обучение трудящихся и избежать нарушений. Возможен другой путь, как это было сделано в ФЗ о спецоценке условий труда – документ был утвержден и сразу же введен в действие, но чтобы перестроиться под требования его положений, компаниям был дан определенный срок.

Как повысить силу тока в цепи?

Бывают ситуации, когда требуется повысить I, который протекает в цепи, но при этом важно понимать, что нужно принять меры по защите электроприборов, сделать это можно с помощью специальных устройств. Рассмотрим, как повысить силу тока с помощью простых приборов

Рассмотрим, как повысить силу тока с помощью простых приборов.

Для выполнения работы потребуется амперметр.

По закону Ома ток равен напряжению (U), деленному на сопротивление (R). Простейший путь повышения силы I, который напрашивается сам собой — увеличение напряжения, которое подается на вход цепи, или же снижение сопротивления. При этом I будет увеличиваться прямо пропорционально U.

К примеру, при подключении цепи в 20 Ом к источнику питания c U = 3 Вольта, величина тока будет равна 0,15 А.

Если добавить к цепи еще один источник питания на 3В, общую величину U удается повысить до 6 Вольт. Соответственно, ток также вырастет в два раза и достигнет предела в 0,3 Ампера.

Подключение источников питания должно осуществляться последовательно, то есть плюс одного элемента подключается к минусу первого.

Для получения требуемого напряжения достаточно соединить в одну группу несколько источников питания.

В быту источники постоянного U, объединенные в одну группу, называются батарейками.

Несмотря на очевидность формулы, практические результаты могут отличаться от теоретических расчетов, что связано с дополнительными факторами — нагревом проводника, его сечением, применяемым материалом и так далее.

В итоге R меняется в сторону увеличения, что приводит и к снижению силы I.

Повышение нагрузки в электрической цепи может стать причиной перегрева проводников, перегорания или даже пожара.

Вот почему важно быть внимательным при эксплуатации приборов и учитывать их мощность при выборе сечения. Величину I можно повысить и другим путем, уменьшив сопротивление

К примеру, если напряжение на входе равно 3 Вольта, а R 30 Ом, то по цепи проходит ток, равный 0,1 Ампер

Величину I можно повысить и другим путем, уменьшив сопротивление. К примеру, если напряжение на входе равно 3 Вольта, а R 30 Ом, то по цепи проходит ток, равный 0,1 Ампер.

Если уменьшить сопротивление до 15 Ом, сила тока, наоборот, возрастет в два раза и достигнет 0,2 Ампер. Нагрузка снижается почти к нулю при КЗ возле источника питания, в этом случае I возрастают до максимально возможной величины (с учетом мощности изделия).

Дополнительное снизить сопротивление можно путем охлаждения провода. Такой эффект сверхпроводимости давно известен и активно применяется на практике.

Чтобы повысить силу тока в цепи часто применяются электронные приборы, например, трансформаторы тока (как в сварочниках). Сила переменного I в этом случае возрастает при снижении частоты.

Если в цепи переменного тока имеется активное сопротивление, I увеличивается при росте емкости конденсатора и снижении индуктивности катушки.

В ситуации, когда нагрузка имеет чисто емкостной характер, сила тока возрастает при повышении частоты. Если же в цепь входят катушки индуктивности, сила I будет увеличиваться одновременно со снижением частоты.

Чтобы повысить силу тока, можно ориентироваться на еще одну формулу, которая выглядит следующим образом:

I = U*S/(ρ*l). Здесь нам неизвестно только три параметра:

S — сечение провода;
l — его длина;
ρ — удельное электрическое сопротивление проводника.

Чтобы повысить ток, соберите цепочку, в которой будет источник тока, потребитель и провода.

Роль источника тока будет выполнять выпрямитель, позволяющий регулировать ЭДС.

Подключайте цепочку к источнику, а тестер к потребителю (предварительно настройте прибор на измерение силы тока). Повышайте ЭДС и контролируйте показатели на приборе.

Как отмечалось выше, при росте U удается повысить и ток. Аналогичный эксперимент можно сделать и для сопротивления.

Для этого выясните, из какого материала сделаны провода и установите изделия, имеющие меньшее удельное сопротивление. Если найти другие проводники не удается, укоротите те, что уже установлены.

Еще один путь — увеличение поперечного сечения, для чего параллельно установленным проводам стоит смонтировать аналогичные проводники. В этом случае возрастает площадь сечения провода и увеличивается ток.

Если же укоротить проводники, интересующий нас параметр (I) возрастет. При желании варианты увеличения силы тока разрешается комбинировать. Например, если на 50% укоротить проводники в цепи, а U поднять на 300%, то сила I возрастет в 9 раз.

Выбор инструментов

Чтобы сделать намотку для трансформатора максимально правильно, следует приобрести нужные для работы приспособления:

Часто для подобных целей применяют колодку из натурального массива, в которой делают отверстие для необходимой оси, а также подгоняют под требуемые каркасные размеры. Легче сделать всё это посредством дрели.

Её следует укрепить таким образом, чтобы размещение было параллельно настольной поверхности, в патрон вставляется непосредственно прут, на который заблаговременно нужно надеть колодку с трансформаторным каркасом. Желательно выбрать прут, который имеет резьбу. В данном варианте колодка просто фиксируется посредством гаек.

Также к элементу, без которого невозможно составить схему для собственноручного создания трансформатора, считается приспособление для размотки. Как правило, подобного типа устройства функционируют, как и приспособления для размотки, разница состоит в том, что в этом варианте можно не использовать ручку вращения.

Чтобы определиться с количеством требуемых витков, потребуется специальный прибор, к примеру, водяной счётчик. Для бесперебойной работы прибора необходимо соединить его со станком наматывающего типа посредством гибкого валика. При отсутствии данного приспособления можно подсчитать витки в уме.

Принцип функционирования

Провод, а также катушку необходимо закрепить в приборе намотке, при этом основу прибора – в приспособлении намотки. Следует проводить спокойные без срывов движения. Опустить провод на каркасную часть.

Между поверхностью, а также проводом должно оставаться 20 сантиметров, чтобы разместить руку на столе для удержания провода. Помимо этого на настольной поверхности должны располагаться дополнительные материалы, без которых невозможно создать собственными руками повышающий трансформатор.

Правой рукой нужно умеренно вращать устройство для намотки, а другой – держать провод

Важно ровная укладка провода. Далее нужно провести изоляцию каркаса, при этом имеющийся на проводе конец следует продеть через отверстие, чтобы быть зафиксированным в области оси прибора намотки.

Начало намотки следует проводить не спеша, максимально аккуратно: важно уметь навыки, чтобы обороты ложились максимально ровно.

Установить счётный прибор на ноль. Склеить изолирующий элемент, либо плотно прижать резиновым кольцом

Все обороты важно делать на пару витков уже в сравнении с предыдущими.

Конструкция и схема трансформатора тока

Обычно трансформаторы тока и амперметры используются вместе как согласованная пара, в которой конструкция трансформатора тока такова, чтобы обеспечить максимальный вторичный ток, соответствующий полномасштабному отклонению амперметра. В большинстве трансформаторов тока существует приблизительное соотношение обратных витков между двумя токами в первичной и вторичной обмотках. Вот почему калибровка трансформатора тока обычно для определенного типа амперметра.

Большинство трансформаторов тока имеют стандартную вторичную номинальную мощность 5 А, при этом первичные и вторичные токи выражаются в таком соотношении, как 100/5. Это означает, что ток первичной обмотки в 20 раз больше, чем ток вторичной обмотки, поэтому, когда в первичном проводнике протекает 100 ампер, во вторичной обмотке будет протекать 5 ампер. Трансформатор тока, скажем, 500/5, будет производить 5 А во вторичной обмотке при 500 А в первичной обмотке, что в 100 раз больше.

Увеличивая количество вторичных обмоток Ns, ток вторичной обмотки можно сделать намного меньшим, чем ток в измеряемой первичной цепи, потому что, когда Ns увеличивается, Is уменьшается пропорционально. Другими словами, число витков и ток в первичной и вторичной обмотках связаны обратно пропорционально.

Трансформатор тока, как и любой другой трансформатор, должен удовлетворять уравнению ампер-виток, и мы знаем из нашего учебника по трансформаторам напряжения с двойной обмоткой, что это отношение витков равно:

из которого мы получаем:

Коэффициент тока устанавливает коэффициент витков, и, поскольку первичный обычно состоит из одного или двух витков, тогда как вторичный может иметь несколько сотен витков, соотношение между первичным и вторичным может быть довольно большим. Например, предположим, что номинальный ток первичной обмотки составляет 100А. Вторичная обмотка имеет стандартный рейтинг 5А. Тогда соотношение между первичным и вторичным токами составляет 100А-5А или 20: 1. Другими словами, первичный ток в 20 раз больше вторичного тока.

Однако следует отметить, что трансформатор тока с номиналом 100/5 не совпадает с трансформатором с номиналом 20/1 или подразделениями 100/5. Это связано с тем, что отношение 100/5 выражает «номинальный ток на входе / выходе», а не фактическое соотношение первичных и вторичных токов. Также обратите внимание, что число витков и ток в первичной и вторичной обмотках связаны обратно пропорционально. Но относительно большие изменения в соотношении витков трансформаторов тока могут быть достигнуты путем изменения первичных витков через окно трансформатора ток, где один первичный виток равен одному проходу, а более одного прохода через окно приводит к изменению электрического соотношения

Но относительно большие изменения в соотношении витков трансформаторов тока могут быть достигнуты путем изменения первичных витков через окно трансформатора ток, где один первичный виток равен одному проходу, а более одного прохода через окно приводит к изменению электрического соотношения.

Так, например, трансформатор тока с отношением, скажем, 300 / 5А можно преобразовать в другой из 150 / 5А или даже 100 / 5А, пропустив основной первичный проводник через его внутреннее окно два или три раза, как показано ниже. Это позволяет более высокому значению трансформатора тока обеспечивать максимальный выходной ток для амперметра, когда используется на меньших первичных линиях тока.

Ссылки по теме

Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей
/ Нормативный документ от 9 февраля 2007 г. в 02:14
Библия электрика
/ Нормативный документ от 14 января 2014 г. в 12:32
Справочник по электрическим сетям 0,4-35 кВ и 110-1150 кВ. Том 10
/ Нормативный документ от 2 марта 2009 г. в 18:12
Кабышев А.В., Тарасов Е.В. Низковольтные автоматические выключатели
/ Нормативный документ от 1 октября 2019 г. в 09:22
Правила устройства воздушных линий электропередачи напряжением до 1 кВ с самонесущими изолированными проводами
/ Нормативный документ от 30 апреля 2008 г. в 15:00
Маньков В.Д. Заграничный С.Ф. Защитное заземление и зануление электроустановок
/ Нормативный документ от 27 марта 2020 г. в 09:05
Князевский Б.А. Трунковский Л.Е. Монтаж и эксплуатация промышленных электроустановок
/ Нормативный документ от 17 октября 2019 г. в 12:36

Монтаж составных частей, требующих разгерметизации бака трансформатора

После выполнения подготовительных работ трансформатор подается по рельсовому пути либо в мастерскую ТМХ, либо в машзал на фундамент или монтажную крестовину.
Монтаж составных частей силового трансформатора ведут без ревизии активной части и подъема «колокола», если не было нарушений условий транспортировки, выгрузки с повреждениями внутри бака трансформатора и хранения их.
Разгерметизацию силового трансформатора для установки составных частей (вводов, цилиндров, ТТ) следует производить в ясную сухую погоду. До этого следует подготовить рабочее место: установить подмости, стеллажи, ограждения. При разгерметизации принимаются меры к предохранению изоляции от увлажнения в процессе монтажа.
Очень эффективным устройством, значительно замедляющим процесс увлажнения изоляции при разгерметизации, является установка осушки воздуха «Суховей». Установка «Суховей» служит для глубокой осушки и очистки от механических примесей воздуха, используемого для подачи в бак трансформатора при его вскрытии, и производстве ревизии активной части. Опыт применения такой установки показывает, что воздух, прошедший через установку «Суховей», во много раз меньше увлажняет твердую изоляцию активной части трансформатора

Время разгерметизации в этом случае может быть значительно увеличено, но при этом не должно превышать 100 ч, а допустимое время разгерметизации больших люков под трансформаторы тока и вводы – 3 ч на каждый.
Работы во время разгерметизации силового трансформатора следует вести по разработанному часовому графику и выполнять с большой осторожностью и аккуратностью во избежание загрязнения внутреннего объема бака и падения внутрь инструментов и посторонних предметов. Монтаж составных частей силового трансформатора производят в следующем порядке

Удаляют из бака бакелитовые цилиндры вводов и крепеж к ним. Снимают транспортные детали и детали крепления отводов Проводят внешний осмотр креплений активной части и состояния механизма и контактов устройства РПН. Устанавливают патрубки вводов, встроенные ТТ. При установке вводов 110 кВ силовых трансформаторов мощностью до 100 МВА масло сливать не требуется.
Для установки ввод следует застропить, поднять, произвести центровку над патрубком, опустить, закрепить его и присоединить токоведущий стержень к отводу обмотки

При монтаже герметичных вводов перед установкой необходимо проверить и отрегулировать давление масла во вводе, обратить особое внимание на правильное размещение и установку соединительных трубок, а также контрольных манометров.
При монтаже наклонных вводов строповка, подъем и установка вводов выполняются с помощью специальной траверсы, полиспаста или талрепов.
После окончания монтажа внутренних частей остатки трансформаторного масла сливают (у трансформаторов, транспортируемых без масла) через донную пробку и герметизируют бак для последующего вакуумирования и заливки или доливки масла в трансформатор

Типы устройств

В зависимости от мощности, конструкции и сферы их применения, существуют такие виды трансформаторов:

Автотрансформатор конструктивно выполнен как одна обмотка с двумя концевыми клеммами, а также в промежуточных точках устройства имеются несколько терминалов, в которых располагаются первичные и вторичные катушки.
Трансформатор тока включает в себя первичную и вторичную обмотку, сердечник из магнитного материала, а также оптические датчики, специальные резисторы, позволяющие ускорять способы регулировки напряжения.
Силовой трансформатор — это устройство, передающее ток, при помощи индукции электромагнитного поля, между двумя контурами. Такие трансформаторы могут быть повышающими или понижающими, сухими или масляными.
Антирезонансные трансформаторы могут быть как однофазными, так и трёхфазными. Принцип работы такого устройства мало чем отличается от трансформаторов силового типа. Конструктивно представляет собой устройство литого типа с хорошей теплозащитой и полузакрытой структурой. Трансформаторы антирезонансного типа применяются при передаче сигнала на большие расстояния и в условиях больших нагрузок. Идеально подходят для работы в любых климатических условиях.
Заземляемые трансформаторы (догрузочные). Особенностью этого типа является расположение обмоток в форме звезды или зигзага. Часто заземляемые приборы применяют для подключения счётчика электрической энергии.
Пик — трансформаторы используются в устройствах радиосвязи и технологиях компьютерного производства, по принципу отделения постоянного и переменного тока. Конструкция такого трансформатора является упрощённой: обмотка с определённым количеством витков расположена вокруг сердечника из ферромагнитного материала.
Разделительный домашний трансформатор применяется при передаче энергии переменного тока к другому устройству или оборудованию, блокируя при этом способности источника энергии. В бытовых условиях такие приборы обеспечивают регулирование напряжения и гальваническую развязку. Чаще всего применяются для подавления электрических помех в чувствительных приборах и защиты от вредного воздействия электрического тока.

Сборка повышающего трансформатора

Разбирают сердечник. Так как использован О-образный его тип из трансформаторного железа от телевизора, то это легко сделать, так как он состоит из двух половин. Надевают на «рога» обе катушки и соединяют обе части аппарата, зажимают крепежные детали.

Схема устройства однофазного трансформатора.

При использовании отдельных пластин для сборки вначале по мощности трансформатора определяют толщину его пакета и, соответственно, нужное число Ш-образных или О-образных листов (по справочнику). Затем их поочередно вставляют в отверстие на гильзе катушки и стягивают шпильками и гайками (в пластинах есть для этого специальные отверстия).

Если при включении трансформатора слышен шум или дребезг, то надо поплотнее закрутить крепеж. Это делают до тех пор, пока «жужжание» не прекратится. Производят испытание: включают трансформатор в сеть вторичной обмоткой – на первичной стороне должно появиться напряжение 12 В.

Если это условие выполнено, то трансформатор собран правильно.

Расчетная часть

Итак, начнем. Для начала необходимо разобраться, что представляет из себя такое устройство. Трансформатор состоит из двух или более электрических катушек (первичной и вторичной) и металлического сердечника, выполненного из отдельных железных пластин. Первичная обмотка создает магнитный поток в магнитопроводе, а тот в свою очередь индуцирует электрический ток во второй катушке, что показано на схеме ниже. Исходя из соотношения числа витков в первичной и вторичной катушки, трансформатор либо повышает, либо понижает напряжение, пропорционально ему меняется и ток.

От размеров сердечника зависит максимальная мощность, которую трансформатор сможет отдать, поэтому при проектировании отталкиваются от наличия подходящего сердечника. Расчет всех параметров начинается с определения габаритной мощности трансформатора и подключаемой к нему нагрузки. Поэтому сначала нам необходимо найти мощность вторичной цепи. Если вторичная катушка не одна, то их мощность нужно суммировать. Расчетная формула будет иметь вид:

P2=U2*I2

Где:

U2 — это напряжение на вторичной обмотке;
I2 — ток вторичной обмотки.

Получив значение, нужно сделать расчет первичной обмотки, учитывая потери на трансформации, предполагаемый КПД около 80%.

P1=P2/0.8=1.25*P2

От значения мощности Р1 подбирается сердечник, его площадь сечения S.

S=√Р1

Где:

S в сантиметрах;
Р1 в ватт.

Теперь мы можем узнать коэффициент эффективной передачи и трансформации энергии:

w’=50/S

Где:

50 — это частота сети;
S — сечение железа.

Эта формула дает приблизительное значение, но для простоты расчета вполне подойдет, так как мы изготавливаем деталь в домашних условиях. Далее можно приступить к расчету количества витков, сделать это можно по формуле:

w1=w’*U1

w2=w’*U2

w3=w’*U3

Так как расчет у нас упрощенный и возможна небольшая просадка напряжения под нагрузкой, увеличьте число витков на 10 % от расчетного значения. Далее нужно правильно определить ток наших обмоток, сделать это нужно для каждой обмотки в отдельности по этой формуле:

I1=P1/U1

Определяем диаметр необходимого провода по формуле:

d = 0.8*√I

Исходя из таблицы 1 выбираем провод с искомым сечением. Если подходящего значения нет, нужно сделать округление в большую сторону до табличного диаметра.

Если посчитанного диаметра нет в таблице, или слишком большое заполнение окна получается, то можно взять несколько проводов меньшего сечения и получить в сумме искомое.

Чтобы узнать поместятся ли катушки на нашем самодельном трансформаторе, требуется посчитать площадь окна тр-ра, это образованное сердечником пространство, в которое помещаются катушки. Уже известное число витков умножаем на сечение провода и коэффициент заполнения:

s= w*d²*0.8

Данный расчет производим для всех обмоток, первичной и вторичной, после чего нужно суммировать площадь катушек и сделать сравнение с площадью окна магнитопровода. Окно сердечника должно быть больше площади сечения катушек.

Оцените статью:

Трансформатор своими руками: пошаговая инструкция

Несмотря на многообразие электрооборудования на рынке, далеко не во всех ситуациях можно найти подходящий преобразовательный агрегат для решения конкретной задачи. Поэтому многие обыватели пытаются изготовить трансформатор своими руками для получения определенных параметров работы. Стоит отметить, что намотать трансформатор может каждый, даже без специализированного оборудования и особых навыков, но этот процесс довольно трудоемкий и кропотливый. Поэтому изначально вам придется определиться с типом и характеристиками прибора.

Что понадобится для сборки?

Все преобразователи подразделяются на две основные категории – повышающие и понижающие трансформаторы.

В зависимости от предназначения, конструктивных особенностей и места установки их можно разделить на такие категории:

Практически каждое из вышеперечисленных устройств вы можете воссоздать в домашних условиях. Наиболее простым вариантом является перемотка трансформатора из заводского изделия, так как он уже содержит необходимые элементы. Главное, чтобы первичная обмотка подходила по номиналу питающего напряжения и мощности. Куда хуже, если перематывать нужно обе обмотки, к примеру, если и первичная, и вторичная обмотка пробиты или получили механическое повреждение.

Для изготовления трансформатора своими руками вам понадобятся:

Магнитопровод – служит в качестве проводника магнитного потока, лучше взять из старого трансформатора, так как он изготовлен из электротехнической стали и обеспечивает необходимые параметры работы, характеризуется малыми потерями в железе.
Провода нужного вам сечения в лаковой, полимерной или стеклотканевой изоляции. Чем тоньше этот слой, тем плотнее прилягут витки к каркасу и друг к другу.

Каркас – служит в качестве основания для обмоток трансформатора, устанавливает габариты по ширине. Можно взять из старого трансформатора, а можно изготовить своими руками. Материалом для каркаса может послужить электротехнический картон, гетинакс или текстолит, важно чтобы он не занимал много места в зазоре между сердечником и проводом.
Изоляция – предназначена для электрического отделения токоведущих элементов друг от друга и от конструктивных элементов трансформатора. В промышленном производстве используется лакотканевая лента, фторопласт, парафиновая пропитка, но при самостоятельном изготовлении подойдет любой имеющийся у вас материал, главное, чтобы его диэлектрической прочности хватало для напряжения сети.
Намоточный станок – позволяет упростить процесс и обеспечить постоянное натяжение. Можно изготовить своими руками из ручной дрели или по принципу вертела на двух шарнирах. Важно, чтобы изготовленный станок имел как можно меньший люфт.

Помимо этого вам могут пригодиться: молоток с деревянной пресс-планкой, паяльник для соединения проводов, ножницы, пассатижи. Но перед изготовлением, обязательно рассчитайте параметры трансформатора.

Расчеты

Рис. 1: принципиальная схема трансформатора

Наиболее сложный вариант, если вы будете изготавливать трансформатор своими руками с нуля. В таком случае расчет электрической машины производится в зависимости от выходной мощности. Исходя из этого параметра, рассчитывается мощность первичной обмотки. Если вы используете заводской сердечник, то можно считать эти величины одинаковыми, если вы соберете его самостоятельно, то P₂ = 0,9 * P₁

Это приблизительный расчет с учетом потерь в сердечнике. В зависимости от качества шихтовки своими руками, разница мощностей может находиться в пределах от 5 до 20%.

В зависимости от мощности первички определяется сечение магнитопровода, которое вычисляется по формуле:

S = √P₁

Следует отметить, что мощность для вычислений берется в Ваттах, а размеры сердечника получаем в квадратных сантиметрах.

Далее определяется коэффициент передачи электромагнитной энергии: k = f/S,

Где k – коэффициент передачи, f – частота сетевого напряжения переменного тока, S – площадь сечения магнитопровода.

Исходя из полученного коэффициента, определяется число витков в обмотках по величине входных и выходных напряжений: N1 = k*U₁, N2 = k*U₂

Это приблизительные вычисления, предназначенные для бытового применения радиолюбителями. Заводские трансформаторы имеют более сложную процедуру расчета, которая производится по справочникам и зависит от их типа и назначения (силовые, измерительные, трехобмоточные, тороидальные устройства и т.д.)

Далее рассчитывается сила тока в первичной обмотке трансформатора: I₁

= P₁/ U₁

Соответственно, ток, протекающий по вторичной обмотке трансформатора, вычисляется по формуле: : I₂ = P₂/ U₂

Исходя из величины тока в каждой обмотке, выбирается сечение жилы. Но заметьте, что проводник в обмотке значительно хуже охлаждается, поэтому запас сечения делается на 20 – 30%. Проще выполнять данную работу медными проводами, но это требование не критично.

Таблица: выбор сечения, в зависимости от протекающего тока

Медный проводник		Алюминиевый проводник
Сечение жил, мм²	Ток, А	Сечение жил. мм²	Ток, А
0,5	11	—	—
0,75	15	—	—
1	17	—	—
1.5	19	2,5	22
2.5	27	4	28
4	38	6	36
6	46	10	50
10	70	16	60
16	80	25	85
25	115	35	100
35	135	50	135
50	175	70	165
70	215	95	200
95	265	120	230
120	300

Сборка повышающего трансформатора

Особенностью повышающего трансформатора является большее сечение жил первичной обмотки трансформатора по отношению к вторичной. Ярким примером может служить любой агрегат, повышающий напряжение питания 220 Вольт до 400, 500, 1000 В и т.д., соответственно класс изоляции трансформатора выбирается по номиналу вторичной обмотки, как в сетевых трансформаторах.

Заметьте, что проводник большого сечения не получится намотать самодельным станком, поскольку вы не сможете выдать достаточное усилие. Определить это довольно просто – если первые витки свободно двигаются по каркасу катушки или хуже того, вы видите явный зазор между жилой и каркасом, переходите к ручной намотке.

Для сборки вам потребуется выполнить такую последовательность действий:

Соберите основание из диэлектрического материала, для этого можно вырезать его по лекалу из картона. Сборка каркаса производится внахлест при помощи клея. Рис. 2: изготовьте каркас для трансформатора

Если у вас имеется готовый образец, можете переходить к следующему этапу.

Сделайте отверстия в щеке катушки под выводы в электрическую сеть и к потребителю. Проденьте в них выводы. Рис. 3: проденьте вывод первичной обмотки

Уложите первый слой изоляции под первичку. Рис. 4: нанесите слой изоляции на катушку
Намотайте первичную обмотку трансформатора – если позволяет толщина, используйте станок, в противном случае, сделайте это руками. При намотке каждые 4 -5 витков проверяйте жесткость фиксации и плотность прилегания. Рис. 5: намотайте первичку

В случае наличия видимых зазоров рекомендуется придавливать витки деревянной пресс-плашкой или прибивать их через плашку молотком.

Посчитайте количество витков, оно должно соответствовать расчетному, выводы проденьте в отверстия. Уложите слой изоляции на первичку.
После слоя изоляции намотайте вторичку, так как здесь будет использоваться более тонкий провод, эту процедуру проще выполнять на станке. Рис. 6: намотайте вторичную обмотку

Периодически проверяйте плотность витков и их фиксацию на стержне. Хорошая фиксация не должна прогибаться и деформироваться при нажатии пальцами.

Если все витки не помещаются в один слой, их выкладывают в несколько, тогда важно соблюдать одно и то же количество витков в каждом из них. Слои перекладываются диэлектрическим материалом, заметьте, что толщина изоляции не должна существенно влиять на общие габариты катушек. Рис. 7: заизолируйте первый слой

Выведете концы вторичной обмотки на щечку каркаса.
Поместите магнитопровод в окно каркаса, сборка сердечника выполняется поочередно с каждой стороны, иначе потери окажутся слишком большими. Затем сердечник распирается для плотности фиксации. Рис. 8: поместите катушки на сердечник

Мощные трансформаторы на большой номинал напряжения дополнительно пропитывается парафиновой изоляцией. Такая процедура приводит к повышению емкостных потерь, но создает дополнительную защиту от электрического тока.

Сборка понижающего трансформатора

Понижающий трансформатор будет отличаться большим количеством витков на первичке. В быту их можно часто встретить в блоках питания, сварочных аппаратах и прочем оборудовании. Правда, в импульсных блоках используется другая технология, поэтому ремонт таких устройств производится без трансформаторов.

Так как изготовление сварочного трансформатора своими руками довольно актуально для домашних самоделок, рассмотрим на примере этот вариант. Требования к процессу сборки соответствует предыдущему. Отличительной особенностью такого агрегата является большое сечение провода во вторичной обмотке, так как сварочный ток может достигать сотен ампер.

Процесс изготовления заключается в следующем:

Возьмите старое или изготовьте основание для катушки.
Зафиксируйте на трансформаторном каркасе слой изоляции.
Намотайте первичную обмотку с попеременной изоляцией слоев.
Заизолируйте первичку и намотайте вторичную обмотку, так как большой диаметр проводов не позволит сделать это вручную, используйте слесарный инструмент.
Зафиксируйте выводы обеих катушек.
Установите пластины сердечника.

Испытание

Для проверки работоспособности П-образных или тороидальных трансформаторов в домашних условиях можно воспользоваться обычным мультиметром. Для этого переведите измерительный прибор в режим прозвона и проверьте целостность каждой из обмоток. Затем проверьте изоляцию между каждой из обмоток и магнитопроводом и сопротивление между обеими обмотками. Это наиболее простой комплекс испытаний, который даст общее представление об исправности самодельного агрегата.

Для проверки отсутствия короткозамкнутых витков используется лампа, включающаяся последовательно к первичной обмотке.

Помимо этого электрические машины испытываются в режиме холостого хода и короткого замыкания. Такие проверки показывают, насколько качественно собран преобразователь, но выполнять их в домашних условиях не обязательно.

Список использованной литературы

Подъяпольский А.Н. «Как намотать трансформатор» 1953
Кислицын А.Л. «Трансформаторы» 2001
Родштейн Л.П. «Электрические аппараты» 1989
Бартош А.И. «Электрика для любознательных» 2019

Как сделать трансформатор тока своими руками — MOREREMONTA

КАК РАСЧИТАТЬ И ИЗГОТОВИТЬ ТРАНСФОРМАТОР ТОКА

Виктор Хрипченко пос. Октябрьский Белгородской обл.

Занимаясь расчетами мощного источника питания, я столкнулся с проблемой — мне понадобился трансформатор тока, который бы точно измерял ток. Литературы по этой теме не много. А в Интернете только просьбы — где найти такой расчет. Прочитал статью [1 ]; зная, что ошибки могут присутствовать, я детально разобрался с данной темой. Ошибки, конечно, присутствовали: нет согласующего резистора Rc (см. рис. 2) для согласования на выходе вторичной обмотки трансформатора (он и не был рассчитан) по току. Вторичная цепь трансформатора тока рассчитана как обычно у трансформатора напряжения (задался нужным напряжением на вторичной обмотке и произвел расчет).

Итак, прежде всего немного теории [4]. Трансформатор тока работает как источник тока с заданным первичным током, представляющим ток защищаемого участка цепи. Величина этого тока практически не зависит от нагрузки вторичной цепи трансформатора тока, поскольку его сопротивление с нагрузкой, приведенное к числу витков первичной обмотки, ничтожно мало по сравнению с сопротивлениями элементов электрической схемы. Это обстоятельство делает работу трансформатора тока отличной от работы силовых трансформаторов и трансформаторов напряжения.

На рис. 1 показана маркировка концов первичной и вторичной обмоток трансформатора тока, навитых на маг-нитопровод в одном и том же направлении (I 1 — ток первичной обмотки, I 2 -ток вторичной обмотки). Ток вторичной обмотки I 2 пренебрегая малым током намагничивания, всегда направлен так, чтобы размагничивать магнитопровод.

Стрелками показано направление токов. Поэтому если принять верхний конец первичной обмотки за начало то началом вторичной обмотки н также является ее верхний конец. Принятому правилу маркировки соответствует такое же направление токов, учитывая знак. И самое главное правило: условие равенства магнитных потоков.

Алгебраическая сумма произведений I 1 x W 1 — I 2 x W 2 = 0 (пренебрегая малым током намагничивания), где W 1 — количество витков первичной обмотки трансформатора тока, W 2 — количество витков вторичной обмотки трансформатора тока.

Пример. Пусть вы, задавшись током первичной обмотки в 16 А, произвели расчет и в первичной обмотке 5 витков — рассчитано. Вы задаетесь током вторичной обмотки, например, 0,1 А и согласно вышеупомянутой формулы I 1 x W 1 = I 2 x W 2 рассчитаем количество витков вторичной обмотки трансформатора.

W 2 = I 1 x W 1 / I 2

Далее произведя вычисления L 2 -индуктивности вторичной обмотки, ее сопротивление X L1 , мы вычислим U 2 и потом R c . Но это чуть позже. То есть вы видите, что задавшись током во вторичной обмотке трансформатора I 2 , вы только тогда вычисляете количество витков. Ток вторичной обмотки трансформатора тока I 2 можно задать любой — отсюда будет вычисляться R c . И еще -I 2 должен быть больше тех нагрузок, которые вы будете подключать

Трансформатор тока должен работать только на согласованную по току нагрузку (речь идет о Rc).

Если пользователю требуется трансформатор тока для применения в схемах защиты, то такими тонкостями как направление намоток, точность резистивной нагрузки Rc можно пренебречь, но это уже будет не трансформатор тока, а датчик тока с большой погрешностью. И эту погрешность можно будет устранить, только создав нагрузку на устройстве (я и имею в виду источник питания, где пользователь собирается ставить защиту, применяя трансформатор тока), и схемой защиты установить порог ее срабатывания по току. Если пользователю требуется схема измерения тока, то как раз эти тонкости должны быть обязательно соблюдены.

На рис. 2 (точки — начало намоток) показан резистор Rc, который является неотьемлимой частью трансформатора тока для согласования токов первичной и вторичной обмотки. То есть Rc задает ток во вторичной обмотке. В качестве Rc не обязательно применять резистор, можно поставить амперметр, реле, но при этом должно соблюдаться обязательное условие — внутреннее сопротивление нагрузки должно быть равным рассчитанному Rc.

Если нагрузка не согласованная по току — это будет генератор повышенного напряжения. Поясняю, почему так. Как уже было ранее сказано, ток вторичной обмотки трансформатора направлен в противоположную сторону от направления тока первичной обмотки. И вторичная обмотка трансформатора работает как размагничивающая. Если нагрузка во вторичной обмотке трансформатора не согласованная по току или будет отсутствовать, первичная обмотка будет работать как намагничивающая. Индукция резко возрастает, вызывая сильный нагрев магнито-провода за счет повышенных потерь в стали. Индуктируемая в обмотке ЭДС будет определяться скоростью изменениями потока во времени, имеющей наибольшее значение при прохождении трапецеидального (за счет насыщения магнитопровода) потока через нулевые значения. Индуктивность обмоток резко уменьшается, что вызывает еще больший нагрев трансформатора и в конечном итоге — выход его из строя.

Типы магнитных сердечников приведены на рис. 3 [3].

Витой или ленточный магнитопровод — одно и то же понятие, также как и выражение кольцевой или тороидальный магнитопровод: в литературе встречаются и то, и другое.

Это может быть ферритовый сердечник или Ш-образное трансформаторное железо, или ленточные сердечники. Ферритовые сердечники обычно применяется при повышенных частотах — 400 Гц и выше из-за того, что они работают в слабых и средних магнитных полях (Вт = 0,3 Тл максимум). И так как у ферритов, как правило, высокое значение магнитной проницаемости µ и узкая петля гистерезиса, то они быстро заходят в область насыщения. Выходное напряжение, при f = 50 Гц, на вторичной обмотке составляет единицы вольт либо меньше. На ферритовых сердечниках наносится, как правило, маркировка об их магнитных свойствах (пример М2000 означает магнитную проницаемость сердечника µ, равную 2000 единиц).

На ленточных магнитопроводах или из Ш-образных пластин такой маркировки нет, и поэтому приходится определять их магнитные свойства экспериментально, и они работают в средних и сильных магнитных полях [4] (в зависимости от применяемой марки электротехнической стали — 1,5.. .2 Тл и более) и применяются на частотах 50 Гц.. .400 Гц. Кольцевые или тороидальные витые (ленточные) магнитопроводы работают и на частоте 5 кГц (а из пермаллоя даже до 25 кГц). При расчете S — площади сечения ленточного тороидального магнитопровода, рекомендуется результат умножить на коэффициент к = 0,7. 0,75 для большей точности. Это объясняется конструктивной особенностью ленточных магнитопроводов.

Что такое ленточный разрезной магнитопровод (рис. 3)? Стальную лента, толщиной 0,08 мм или толще, наматывают на оправку, а затем отжигают на воздухе при температуре 400.. .500 °С для улучшения их магнитных свойств. Потом эти формы разрезаются, шлифуются края, и собирается магнитопровод. Кольцевые (неразрезные) витые магнитопроводы из тонких ленточных материалов (пермаллоев толщиной 0,01.. .0,05 мм) во время навивки покрывают электроизолирующим материалом, а затем отжигают в вакууме при 1000.. .1100 °С.

Для определения магнитных свойств таких магнитопроводов надо намотать 20. 30 витков провода (чем больше витков, тем точнее будет значение магнитной проницаемости сердечника) на сердечник магнитопровода и измерить L-индуктивность этой обмотки (мкГн). Вычислить S — площадь сечения сердечника трансформатора (мм2), lm-среднюю длину магнитной силовой линии (мм). И по формуле рассчитать jll — магнитную проницаемость сердечника [5]:

(1) µ = (800 x L x lm) / (N 2 x S) — для ленточного и Ш-образного сердечника.

(2) µ = 2500*L(D + d) / W 2 x C(D — d) — для кольцевого (тороидильного) сердечника.

При расчете трансформатора на более высокие токи применяется провод большого диаметра в первичной обмотке, и здесь вам понадобится витой стержневой магнитопровод (П-образный), витой кольцевой сердечник или ферритовый тороид.

Если кто держал в руках трансформатор тока промышленного изготовления на большие токи, то видел, что первичной обмотки, навитой на магнитопровод, нет, а имеется широкая алюминиевая шина, проходящая сквозь магнитопровод.

Я напомнил об этом затем, что расчет трансформатора тока можно производить, либо задавшись Вт — магнитной индукцией в сердечнике, при этом первичная обмотка будет состоять из нескольких витков и придется мучиться, наматывая эти витки на сердечник трансформатора. Либо надо рассчитать магнитную индукцию Вт поля, создаваемую проводником с током, в сердечнике.

А теперь приступим к расчету трансформатора тока, применяя законы [6].

Вы задаетесь током первичной обмотки трансформатора тока, то есть тем током, который вы будете контролировать в цепи.

Пусть будет I 1 = 20 А, частота, на которой будет работать трансформатор тока, f = 50 Гц.

Возьмем ленточный кольцевой сердечник OJ125/40-10 или (40x25x10 мм), схематично представленный на рис. 4.

Размеры: D = 40 мм, d = 25 мм, С = 10 мм.

Далее идет два расчета с подробными пояснениями как именно расчитывается трансформатор тока, но слишком большое количество формул затрудняет выложить расчеты на странице сайта. По этой причине полная версия статьи о том как расчитать трансформатор тока была конвертирована в PDF и ее можно скачать воспользовавшись ССЫЛКОЙ.

Расчет on-line трансформатора тока. Изготовление. Применение. (10+)

Трансформатор тока. Принцип действия. Расчет — Он-лайн расчет

Особенности и ошибки проектирования токового трансформатора

Хочу обратить Ваше внимание на то, что напряжение на выходе трансформатора тока будет двуполярным даже если в измеряемой цепи протекает пульсирующий однополярный ток. Трансформатор не может передавать постоянное напряжение. Он передаст на выходную обмотку только переменную составляющую измеряемого тока.

Еще одно замечание. Шунт вторичной обмотки должен пропускать электрический ток в обе стороны. Недопустимо ставить последовательно с выходной обмоткой диод. Это может привести к скачкам напряжения на этой обмотке, насыщению трансформатора, помехам в измеряемой цепи, пробою диода. Можно сначала поставить шунтирующий резистор, а уже потом снять с него напряжение через диод, или поставить мост с включенным в его диагональ шунтирующим резистором. Мост, как известно, обладает двусторонней проводимостью со стороны входов переменного напряжения.

Вашему вниманию подборки материалов:

Конструирование источников питания и преобразователей напряжения Разработка источников питания и преобразователей напряжения. Типовые схемы. Примеры готовых устройств. Онлайн расчет. Возможность задать вопрос авторам

Практика проектирования электронных схем Искусство разработки устройств. Элементная база. Типовые схемы. Примеры готовых устройств. Подробные описания. Онлайн расчет. Возможность задать вопрос авторам

В некоторых случаях полезно измерять сумму токов через несколько проводников. Тогда все эти проводники пропускаются через окно сердечника. Сила тока во вторичной обмотке будет пропорциональна силе суммы токов. Важно направление протекания тока. Если один провод пропущен так, что ток протекает в одном направлении, а второй так, что ток течет навстречу, то на выходе будет разность токов. Как я уже писал, трансформатор тока лучше работает при симметричном измеряемом токе. В некоторых случаях этого можно добиться, пропустив проводники в правильном направлении. Например, в пуш-пульном преобразователе напряжения, для ограничения тока может применяться токовый трансформатор. Можно пропустить проводники, соединенные с коллекторами (стоками) транзисторов так, чтобы ток проходил через трансформатор в одном направлении, но можно пропустить их крест-на-крест, а измеряемое напряжение подать на мост. Тогда трансформатор тока будет работать в более щадящем режиме.

Принцип работы токовых клещей

Токовые клещи представляют собой обычный токовый трансформатор, только разборный. Проводник, силу тока в котором мы измеряем, пропускается внутри сердечника. Далее клещи схлопываются, сердечник замыкается. В ручке токовых клещей размещена вторичная обмотка, намотанная на этом разборном сердечнике.

Такие токовые клещи позволяют измерять силу переменного тока. Для измерения постоянного тока применяется несколько другой принцип. Описание токовых клещей постоянного тока.

Применение трансформатора тока

Посмотрите пример применения токового трансформатора в различных радиоэлектронных устройствах:

Лабораторный импульсный блок питания. Зарядное устройство

На схеме представлен пример трансформатора тока с током в первичной обмотке 6А, на выходе этого трансформатора напряжение 6В

КАК РАСЧИТАТЬ И ИЗГОТОВИТЬ ТРАНСФОРМАТОР ТОКА

Виктор Хрипченко пос. Октябрьский Белгородской обл.

Немного теории

На рис. 1 показана маркировка концов первичной и вторичной обмоток трансформатора тока, навитых на маг-нитопровод в одном и том же направлении (I1 — ток первичной обмотки, I2 -ток вторичной обмотки). Ток вторичной обмотки I2 пренебрегая малым током намагничивания, всегда направлен так, чтобы размагничивать магнитопровод.

Алгебраическая сумма произведений I1 x W1 — I2 x W2 = 0 (пренебрегая малым током намагничивания), где W1 — количество витков первичной обмотки трансформатора тока, W2 — количество витков вторичной обмотки трансформатора тока.

Пример. Пусть вы, задавшись током первичной обмотки в 16 А, произвели расчет и в первичной обмотке 5 витков — рассчитано. Вы задаетесь током вторичной обмотки, например, 0,1 А и согласно вышеупомянутой формулы I1 x W1 = I2 x W2 рассчитаем количество витков вторичной обмотки трансформатора.

W2 = I1 x W1 / I2

Далее произведя вычисления L2 -индуктивности вторичной обмотки, ее сопротивление XL1, мы вычислим U2 и потом Rc. Но это чуть позже. То есть вы видите, что задавшись током во вторичной обмотке трансформатора I2, вы только тогда вычисляете количество витков. Ток вторичной обмотки трансформатора тока I2 можно задать любой — отсюда будет вычисляться Rc. И еще -I2 должен быть больше тех нагрузок, которые вы будете подключать

Трансформатор тока должен работать только на согласованную по току нагрузку (речь идет о Rc).

Типы магнитных сердечников приведены на рис. 3 [3].

На ленточных магнитопроводах или из Ш-образных пластин такой маркировки нет, и поэтому приходится определять их магнитные свойства экспериментально, и они работают в средних и сильных магнитных полях [4] (в зависимости от применяемой марки электротехнической стали — 1,5.. .2 Тл и более) и применяются на частотах 50 Гц.. .400 Гц. Кольцевые или тороидальные витые (ленточные) магнитопроводы работают и на частоте 5 кГц (а из пермаллоя даже до 25 кГц). При расчете S — площади сечения ленточного тороидального магнитопровода, рекомендуется результат умножить на коэффициент к = 0,7…0,75 для большей точности. Это объясняется конструктивной особенностью ленточных магнитопроводов.

Для определения магнитных свойств таких магнитопроводов надо намотать 20…30 витков провода (чем больше витков, тем точнее будет значение магнитной проницаемости сердечника) на сердечник магнитопровода и измерить L-индуктивность этой обмотки (мкГн). Вычислить S — площадь сечения сердечника трансформатора (мм2), lm-среднюю длину магнитной силовой линии (мм). И по формуле рассчитать jll — магнитную проницаемость сердечника [5]:

(1) µ = (800 x L x lm) / (N2 x S) — для ленточного и Ш-образного сердечника.

(2) µ = 2500*L(D + d) / W2 x C(D — d) — для кольцевого (тороидильного) сердечника.

А теперь приступим к расчету трансформатора тока, применяя законы [6].

Пусть будет I1 = 20 А, частота, на которой будет работать трансформатор тока, f = 50 Гц.

Возьмем ленточный кольцевой сердечник OJ125/40-10 или (40x25x10 мм), схематично представленный на рис. 4.

Размеры: D = 40 мм, d = 25 мм, С = 10 мм.

Адрес администрации сайта: [email protected]

что это такое, виды, принцип работы, устройство, назначение

Одно из важнейших открытий человечества – это электричество. Данная форма энергии стала настоящим прорывом и колоссальным потенциалом для научно-технического прогресса. Было разработано множество приборов для преобразования и измерения этого ресурса. Наиболее ярким примером являются трансформаторы тока, которые широко применяются в самых различных сферах.

Зачастую, простые обыватели считают идентичными устройства тока и напряжения, что в корне неправильно. Назначение, конструкция и принцип действия у них, совершенно различные. Разобраться в отличиях будет проще, зная основные понятия и функции преобразователей. А так же, виды, применение и модификации аппаратов.

Описание и назначение устройств

Электроустановки высокой мощности работают с питанием, достигающим несколько сот Вт, при силе тока, превышающей десятки кА. Логично, что произвести измерения величин подобного порядка, обычными приборами, попросту невозможно. Для этого используют трансформаторы тока, выполняющие одновременно несколько функций. Благодаря появлению преобразователей, значительно расширился потенциал измерительных приборов. И открылась возможность передачи энергии по гальванической развязке.

Конструкция аппаратов является их дополнительным преимуществом. К примеру, если бы существовали типовые устройства для измерения напряжения высоковольтных сетей переменного тока, они были бы очень габаритными и дорогостоящими. В отличие от трансформаторов, которые выглядят, относительно, компактно и имеют защиту от неблагоприятных внешних факторов и механических повреждений.

Основная задача трансформаторов тока – преобразовать первичную величину (подаваемого напряжения) до уровня, позволяющего подключить измерительные приборы и системы защиты. Дополнительная функция – обеспечить гальваническую развязку между потребителями низкого и высокого питания, устраняя риски для обслуживающего персонала.

Проще говоря, цель приборов – моделирование определенных условий и процессов в электроустановках для безопасного снятия показаний.

Принцип работы и описание процессов

Главным элементом трансформатора тока является сердечник, состоящий из двух тонких пластин электротехнической стали, первичной и вторичной обмотки. Первичная служит для подключения цепи контролируемого напряжения. К вторичной подключают измерительные приборы и различные реле. Принцип работы устройства основан на законе об электромагнитной индукции, объясняющем действие магнитных и электрических полей, работающих по принципу гармоник переменных синусоид (величин переменного тока).

Прежде чем вникать в подробности работы аппарата, стоит детальнее рассмотреть свойства элементов. Особенно, понятие сопротивления. Начать стоит с того, что трансформаторы тока классифицируются по определенным характеристикам, в том числе и типу конструкции. Наиболее распространенной является обмотка в виде катушек.

Сопротивление

Теперь о главном, – от сечения и металлов зависит уровень сопротивления. В свою очередь, чем выше показатель сопротивления, тем больше выделяется тепла, при «прохождении» напряжения по металлу, а значит, есть риск перегрева. Поэтому, для обмотки выбирают, в большинстве случаев, медную проволоку, как металл, характеризующийся высокой электропроводимость и низким сопротивлением. К тому же, медь обладает высокой эластичностью, устойчивостью к коррозиям и повышенным эксплуатационным нагрузкам, что важно для создания обмотки.

Однако, помимо преимуществ, у меди есть и существенный недостаток – высокая стоимость. В целях экономии, для катушек используют алюминий, но только, для аппаратов низкой и средней мощности. А, так же, при изготовлении устройств, оптимально выбирается площадь поперечного сечения, исключающая возможность перегрева. Для защиты используются масляные смазочные материалы.

Итак, к работе… Ток, поступающий на первичную обмотку, имеющую определенное количество витков, преодолевает ее сопротивление и формирует магнитное поле (направленный поток), направляющееся магнитопроводом, имеющим расположение перпендикулярно направлению вектора. Такая конструкция обеспечивает минимальные потери электроэнергии во время ее преобразования.

Как говорилось ранее, пересекающий первичную обмотку ток формирует в ней электромагнитную энергию, которая воздействует и включает в работу вторичную обмотку. Направленный поток, проходит через нее и «теряет заряд» на ее зажимах. А вот, соотношение векторов носит название – коэффициент трансформации, позволяющий измерить подаваемое напряжение по формуле.

Основная классификация

По назначению

Измерительные – для подключения измерительных приборов.
Защитные – для подключения релейных устройств или для гальванической развязки.
Промежуточные – для выравнивания силовой нагрузки и подключения релейных устройств.
Лабораторные – служат для подключения измерительных приборов высокой точности.

По типу установки

Наружного подключения – для открытых распределительных устройств.
Закрытого подключения.
Встроенные в различные приборы и аппараты.
Накладные – «одеваются» сверху на проходной изолятор.
Переносные – для контрольных и аналитических измерений.

По конструкциям первичных обмоток

Многовитковые.
Одновитковые.
Шинные.

По способу монтажа

Проходные.
Опорные.

По типу изоляции

Сухая, к которой относится группа материалов – литая, эпоксидная, фосфорная, бакелитовая и т.д.
Бумажно-масляная.
Конденсаторная бумажно-масляная.
Газонаполнительная.
Заливочная – с компаундом.

По количеству ступеней трансформации

Одноступенчатые.
Двухступенчатые.

По номиналу рабочего напряжения

До 1 000В.
Более 1 000В.

Главные параметры и характеристики

У каждого устройства есть рабочие показатели, включающие такие аспекты, как – максимальная нагрузка, погрешности, предел мощности и другие. Имеют свои индивидуальные характеристики и трансформаторы тока. К ним относятся:

Номинальный ток

Это предельная величина напряжения при которой, может работать устройство. Подразумевается допустимый номинал первичного тока, проходящего по первичной обмотке. Данный показатель указывается в паспорте, обязательно прилагающемся в базовой комплектации. Выделяют стандартный ряд, отображающийся, так же, в маркировке аппаратов.

Стоит отметить, что чем выше величина, тем габаритнее будет устройство.

Существует еще одно понятие – номинал вторичного тока. Зачастую от стандартный – двух величин 1А или 5А. Однако, некоторые производители предлагают выпуск устройств по индивидуальным характеристикам. Но и в этом случае, выбор будет не велик и ограничится двумя показателями 2А или 2.5А.

Коэффициент трансформации

Это соотношение, позволяющее определить, во сколько раз понижается подаваемое напряжение на первичную обмотку, проходящее через обе обмотки, в сравнении с выходящим. Определяется таким образом – показатель тока, поступающего на первичную обмотку, делится на величину, измеренную во вторичной, получают Кт. При этом, первичную обмотку необходимо закоротить – прервать передачу напряжения по цепи. Рассчитывается коэффициент на производстве. Серийный выпуск устройств производится по аналогии. Все показатели указываются в паспорте или в маркировке.

Токовая погрешность

Это процентное соотношение математической разности величин вторичного тока и первичного, к показателю приведенного тока ко вторичной цепи. Включает в себя два понятия – угловая и относительная погрешности. В соответствии с вышеупомянутым законом об электромагнитной индукции, направленные колебания или векторы образуют угол между первичными и вторичными потоками. Рассчитывает показатель по формуле и выражается в минутах.

Относительная погрешность – это математическая разница между величинами первичного и вторичного тока к реальной величине, приведенного тока ко вторичной цепи. Выделяют дополнительное понятие – относительно полной погрешности. Данный показатель подразумевает соотношение геометрической разности, тех же величин, только, в соответствии с мгновенным значением, т.е. замеренным в определенный интервал времени.

Номинальная предельная кратность

Показатель максимального значения кратности первичного тока, при условии, что полная погрешность на вторичной нагрузке не превысит 10%.

Максимальная кратность вторичного тока

Соотношение наибольшего показателя вторичного тока к его номинальной величине, при номинальном значении вторичной нагрузки. Данный показатель формируется насыщением самого магнитопровода, при условии, что дальнейшее возрастание не приводит к увеличению потока.

Классы точности

Один из важнейших показателей. Регламентирован и контролируется нормативной документацией. Согласно ГОСТу – рассчитывается для каждого типа устройств и должен строго соответствовать установленным нормам. Различают 9 основных классов точности для измерительных приборов и два для защитных. В стандарте предусмотрена таблица с точной нормировкой и условными обозначениями. От класса точности устройства будет зависеть, насколько точны будут показатели измерительных устройств.

Расшифровка маркировки и обозначений

Все специализированные, да и бытовые устройства, маркируются, в обязательном порядке. И если для продавца, большую роль играет штрих- или QR-код, то для потребителя, основным является буквенно-числовой индекс, отражающий характеристики и основную информацию о приобретении. Маркировка трансформаторов тока содержит такие основные показатели:

Первая заглавная буква «Т» – обозначает наименование продукта – трансформатор тока.
Вторая указывает тип конструкции – «П» проходной, «О» опорный, «Ф» фарфоровая покрышка.
Третья обозначает тип изоляции – «М» масляная и «Л» литая.
Число после сочетания букв – это класс изоляции. Указывается просто цифрой подразумевает величину в кВ.

Буквы «У» и «Х» означают возможность эксплуатации в умеренном и холодном климате. В большинстве моделей «УХ».
За ним идет число указывающее категорию устройства.
В конце индекса указывается коэффициент трансформации через «/» – первичной и вторичной обмотки.

Схемы подключения и вариации цепи

Подключение трансформатора тока, стандартно, рассматривается на примере электросчетчика. Более простая, доступная и понятная схема имеет два основных варианта и включает ряд ограничений. Категорически запрещено подключать трансформатор тока к приборам, питающимся напрямую от электросети. На примере трехфазного счетчика:

Внимательно изучите техническую схему расположения контактов. В большинстве устройств их местоположение идентичное, т.к. и принцип работы. Клеммы будут размещаться на тех же местах в прибор различной модификации. Но, все же, будьте внимательны.
Контакт обозначающийся К1 – это питание трансформатора. К2- подключение цепи напряжения. К3 – выходной контакт трансформатора.
По аналогии подключаются остальные две фазы. Имеющие, так же, по три значения с буквой К и последовательным числом.

Наиболее распространенной считается схема раздельного подключения вторичных потоков цепи. На фазный зажим от входного автомата необходимо подать фазовый ток. Для упрощения процесса, к этому же контакту производится подключение второй клеммы катушки напряжения (фаза счетчика). Окончание первичной обмотки трансформатора – это выход фазы, которая подключается к нагрузке распределительного щита. Выход вторичной обмотки трансформатора подсоединяют к концу токовой обмотки учетного прибора. И дальше, по аналогии.

Существует и другой вариант, по схеме совмещенных цепей тока. Подобное явление встречается очень редко, по большей части являясь исключением, если нет других вариантов. При такой последовательности возникают существенные погрешности в измерениях и отсутствует возможность своевременно выявить «пробой». Конечно, вариации есть, однако, данный пример считается наиболее оптимальным и рабочим.

Возможные неисправности и признаки нарушений работоспособности

Трансформаторы сталкиваются с различными негативными факторами в процессе работы. Это и высокие непрерывные нагрузки. Механические повреждения. Окружающие неблагоприятные воздействия. Короткие замыкания. Перегрузы, перегрев устройства и многое другое. Для работы трансформаторов, так же, требуется создавать определенные условия в помещениях, где они располагаются. Регулярно анализировать рабочие процессы, проводить диагностику и своевременно устранять нарушения, предотвращая поломки. Не допускается:

Высокая температура и влажность в помещении.
Отсутствие оптимального уровня масла.
Работа при внутренних повреждениях.

Выявить отклонения на ранних стадиях помогут:

Проверки нагрузки.
Ведение «журнала» обслуживания.
Изменение звука рабочих процессов.
Температура.
Высокие вибрации.
Осмотр обмотки.

Сферы применения

Трансформаторы тока, в тех или иных целях, всегда, активно применяются во всех сферах – промышленной, коммерческой, бытовой и других, где предусмотрена эксплуатация электросети, в частности, высокого напряжения. В тех случаях, когда необходимо преобразование тока, по принципу магнитной индукции, от первичной схемы переменного тока в другую – вторичную. При этом, отличия одной от другой, могут быть самые разнообразные – напряжение, количество фаз, частота и т.д.

В дополнение, защитные устройства, позволяющие подключать приборы и аппараты по гальванической развязке, предотвращают риски, как для потребителя, так и обслуживающего персонала или пользователя. Незаменимы трансформаторы тока для измерения показателей, особенно регулярных или непрерывных.

Методики расчета

Алгоритм расчета при выборе устройств достаточно прост и основывается на характеристиках самих трансформаторов тока. Каждый показатель играет роль. Определяется оптимальная величина напряжения, коэффициент трансформации, уровень погрешности, конструкция устройств и т.д. Все расчеты производятся по формулам. Коэффициент трансформации, к примеру, необходимо определять согласно минимальным и максимальным величинам первичного тока. С учетом данных о присоединяемом устройстве и установленной мощности силовых трансформаторов. Наиболее популярным является метод упрощенного расчета. Берется:

Напряжение первичной обмотки.
Вторичной.
Ток вторичной обмотки.
И ее мощность.

При условии, что обмоток будет несколько – за расчетное берется суммарное значение. Результат выводится по формуле.

Все данные, обозначения и формулы указываются в нормативной документации. К тому же, главная рекомендация: обращайте внимание на технические аспекты, а не стоимость. Это всегда помогает при любом выборе.

Индукционный нагрев своими руками. Техника съема энергии с трансформатора тока

Индукционный нагрев своими руками. Техника съема энергии с трансформатора тока

Целью является практическая реализации обогрева дома с использованием техники индукционной плавки металлов. Идея, не обладает новизной и состоит в том, чтобы индуктор разместить вокруг трубы отопления. Нагревая трубу, тем самым мы нагреваем воду которая циркулирует в системе отопления. Базовой предпосылкой, которая может значительно снизить затраты на электроэнергию является колебательный контур (индуктор->конденсаторы) который работает в резонансе. Возникает повышение напряжения примерно в десятки раз, которым и осуществляется нагрев металла.

Классические индукционные схемы, как показала практика замены выходящих из строя транзисторов, требует дорогой элементной базы. За основу была взята схема индукционного нагрева использующая ZVS (zero voltage switching) метод переключения транзисторов. Схема взята с сайта http://www.rmcybernetics.com/projects/DIY_Devices/diy-induction-heater.htm.

В собранной схеме, были использованы транзисторыы STP40N10, диоды шоттки 50SQ100 5A,100В; резисторы 240 ОМ, измереенная ёмкость батареи конденсаторов CBB81/224/2000V — 2,3 мкф. Магнитная проницаемость ферритового кольца — L2, по заявлению продавца 10000, но схема запускается с ферритовым кольцом. Источниеи питания — два аккумулятора замененны на трансформатор ОСМ1-1.6 c переменным напряжением 24 вольта и постоянным на конденсаторе порядка 27 Вольт. Схема заработала сразу, каких либо настроек не протребовалось. Более или менее интересный результат при данном размере индуктора начинается от 20 вольт.

Напряжение на каждом из транзисторов относительно корпуса по 800 Вольт, не важно где мерять. Частота работы схемы без металлической трубы в индукторе, 321 Кгц, ток потребления 1,7 Ампера. При добавлении металлической трубы частота понижается до 138 Кгц, ток потребления вырастает до 5А. Труба 0,5 дюйма, индуктором с внутренним диаметром 85 мм нагревается в районе средней точки до вишневого цвета.

Лучше всего в таких схемах использовать плёночные конденсаторы фирм Evox Rifa,Faratronic,Pilcor. КПД поднимется,да и количество кондёров потребуется в разы меньше.

Ток потребления определяется заполнением индуктора металлом. Стоит использовать под бесшовную трубу с максимальной толщиной стенок. При токе потребления более 12 ампер, транзисторы STP40N10 долго не живут. Рекомендованное на сайте водяное охлаждение не используется. Греются радиатор и индуктор, конденсаторы холодные. Для охлаждения транзисторных радиаторов я использовал вентилятор от компьютера. При необходимости отвод тепла можно организовать на тот же стояк отопления.

Трансформатор тока.

Вторым, не менее, если не более интересным способом нагрева теплоносителя является трансформатор тока. Трансформатор тока представляет из себя ферритовое кольцо, установленное на проводе идущем от блока конденсаторов к индуктору. Подойдут ферритовые кольца, любой магнитопроницаемости. В том числе и кольцо из трансформаторного железа. Чем ниже магнитная проницаемость магнитопровода, тем меньший радиус кольца допустим, тем ниже частота тока на выходе, тем сильнее греется магнитопровод. В случае использования трансформаторного железа эффективность нагрева максималена. Ферритовые кольца с внутренним диаметром менее 60мм для длительной работы схемы не использовать. При малом, внутреннем, диаметре ферритового кольца, менее 50мм , резко растает ток потребления, необходимый для поддержания резонанса, транзисторы выходят из строя. В случае использования сердечника от ТВС необходим зазор, это не по феншую. В случае встречной намотки обмоток, как показано на фотографии, эдс отсутсвует.

Ниже представлена схема подключения нагрузки. Лампу 220В 95W включать без диодного моста можно, но при этом следует уменьшить число витков трансформатора тока примерно до пяти, иначе лампа эффектоно сгорит. На сдвоенную пару витков, используемых в намотке обращать внимание не стоит. Так же следует поступить с парой проводов черный и красный, на транзисторных радиаторах к ним подключались высоковольтные конденсаторы от СВЧ печей. Конденсаторы сильно грелись, пришлось их заменить, провода пусть пока будут.

Ферритовые кольца размещенные в индукторе увеличивают частоту до 400 кГц, токовый трансформатор ее понижает до 100 кГц. Яркость свечения лампы регулируется частотой за счет увеличения либо уменьшения сердечника из ферритовых колец в индукторе.

На тестере видно, что при подключении нагрузки ток вырос на два ампера. (В первом случае ток необходимо умножить на 100) Это примерно равно мощности используемой лампы. Безвомездного съема энергии с токового трансформатора нет. Подключение активной нагрузки увеличивает ток потребляемый устройством. А вот использовать ферритовые кольца для нагрева теплоносителя в дополнение к индуктору — очень интересный вариант.

Дуговой разряд.

На каждые три-четыре витка токового трансформатора приходится 1000 вольт. Попытка замера напряжения на большем числе витков закончилась неудачей по причине выхода из строя тестера. Можно предположить, что напряжение на токовом рансформаторе около пяти-шести тысяч вольт, поэтому третьим источником тепла, в предлагаемой схеме является дуговой разряд. Как его еспользовать для нагрева теплоносителя, я пока не решил. Плавится все с чем дуговой разряд находится в тесном контакте.

Промежуточный итог.

1. Осуществлять нагрев трубы отопления токами фуко.
2. Дополнительная тепловая мощность за счет охлаждения радиаторов, на которых установлены транзисторы.
3. Охлаждения феррита токового трансформатора теплоносителем (водой).
4. Использование дугового разряда — проблематично. Очень высокая температура. Но очень перспективно. Наличие дуги не увеличивает потребление тока устройством.

Пример страниц руководства:

Скачать руководство полностью:

А.Мищук — Индукционный нагрев. Техника съема энергии с трансформатора тока.pdf

Микроконтроллер

— Как построить трансформатор тока по очень низкой цене?

Найдите самые дешевые трансформаторы с железным сердечником, в которых достаточно места внутри ламинированного «окна», чтобы вы могли пропустить через него провод. Еще лучше место для двух проводов, но достаточно места для одного.

Вставьте изолированный провод через отверстие так, чтобы получилась 1-витковая обмотка.
Оберните концы (изолированные) друг вокруг друга, чтобы они образовали плотную петлю вокруг сердечника.
Два сквозных провода (фактически два витка) МОГУТ сделать его немного менее восприимчивым к помехам из-за движения провода.Может.

Теперь у вас есть трансформатор тока.

Поместите небольшой резистор поперек обмотки.
Пропустите переменный ток через провод.
Измерьте напряжение с помощью измерителя.
Отрегулируйте резистор в соответствии с требованиями.

Небольшой силовой трансформатор должен работать хорошо, но подойдет почти любой трансформатор со стальным сердечником. Небольшие транзисторы межкаскадной связи звука со стальным сердечником должны работать, но большее количество витков обычно дает больше вольт на ампер.

Сообщите об этом.

NB Я НИКОГДА не пробовал эту особую схему, но уверен, что она сработает.
Вы сможете откалибровать ряд трансформаторов, регулируя номинал резистора.

Добавлено

Проектирование трансформатора тока:

Короткий:

Для трансформатора с одним витком первичной обмотки, вторичной обмотки N витков и желаемой выходной мощности K вольт на ампер-дюйм. Резистор R на вторичной обмотке равен

R = k x N

Обратите внимание, что намагничивание и насыщение сердечника являются проблемами в реальных случаях.Для входного тока ампер и 1 витка первичной обмотки сердечник должен поддерживать намагничивание в ампер-витках без насыщения.

Более длинный

Трансформаторы тока могут показаться волшебными, но на самом деле они работают по очень стандартным правилам для трансформаторов.

«Нормальный» (идеальный) трансформатор обычно имеет фиксированное приложенное напряжение, которое отражается на выходе, но умножается на отношение витков N (Vout = Vin x N), а выходной ток умножается на 1 / N, так что Iout = Iin / Н.

Трансформатор тока работает не иначе, НО вместо того, чтобы ограничивать Vin и позволять Iin принимать соответствующее значение, мы вместо этого ограничиваем Iin и позволяем Vin принимать любое значение, которое произойдет.На самом деле, обычно нас не волнует ценность Vin — мы заботимся о Vout. Таким образом, мы устанавливаем Iin — ток, который «измеряется», это дает Iout = Iin / N, мы выбираем выходной резистор для потока Iout, чтобы Vout было некоторым желаемым значением для данного Iin, и затем мы измеряем Vout до установить, что такое Ion. Vin — это Vo / N, но почти никогда не измеряется.

Дан трансформатор с 1 витком первичной обмотки и N витками вторичной обмотки.
R = резистор, подключенный к вторичной обмотке, через который проходит Iout. Is = Isecondary
p = Iprimary.
N = передаточное число оборотов (Turns_in / Turns_out). k = желаемое выходное напряжение на R на ампер первичной обмотки. R = резистор во вторичной обмотке.

Затем

Is = Ip / N (стандартное действие трансформатора)
R = Vs / Is
, но Is = Ip / N
Vs = K.Ip, где мы выбираем R, чтобы сделать K = Vout / Iin, чтобы принять значение по нашему выбору.

Установить Ip = 1 А
Is = Ip / N Vs = k
R = Vs / Is = k / (Ip / N) = KN / Ip
As Ip = 1

R = кН !!! Удивительно просто.т.е. выберите K = выходное напряжение на входной усилитель. Выберите или используйте доступное передаточное число N.

Установить R = k.N = Вольт / А x коэффициент передачи

Чтобы найти резистор на выходе, чтобы получить К вольт на ампер. V = iR, поэтому R = V / I. Для Iprim = 1 V sec = k. R = V / isec = VN / Iprim = кН / 1 = кН. | R = Вольт на ампер x коэффициент трансформации.

Дешевое изолированное измерение сетевого тока

В зависимости от стоимости намотки тонкого эмалированного медного провода через ферритовый тороид, практическим ответом может быть намотка собственного тороида.Это, конечно, просто создание того, что производители продают как «трансформаторы тока». Если вы можете сэкономить, используя всего несколько витков вторичной обмотки или небольшого кольцевого сердечника, то вы выиграете.

Есть два способа использования тороидальной намотки на токоведущем кабеле для обнаружения или измерения тока. Первый — трансформатор тока, второй — трансформатор напряжения с приводом от тока. Они ведут себя совсем по-другому.

В трансформаторе тока происходит короткое замыкание вторичной обмотки или, по крайней мере, нагрузки резистором очень низкого номинала, нагрузочным резистором.Это снижает напряжение, а протекающий вторичный ток нейтрализует большую часть первичного тока и, таким образом, предотвращает насыщение сердечника. «Типичное» ядро с вторичной обмоткой приличного объема, которая почти закорочена, вряд ли будет насыщаться. Коэффициент передачи будет постоянным от детали к детали и в зависимости от температуры, в которой преобладает отношение витков. Никакой особой проницаемости не требуется, только чтобы она была «высокой». Доступны керны с относительной проницаемостью от 2k до 10k.

Поток сердечника можно рассчитать следующим образом.Рассчитайте вторичный ток по коэффициенту витков. Рассчитайте вторичное напряжение, исходя из этого и общего вторичного сопротивления, обмотка + нагрузочный резистор. Рассчитайте необходимое трансформаторное напряжение на виток. Теперь вычислите скорость изменения магнитного потока (поле B умноженное на поперечное сечение сердечника), необходимую для генерирования этого напряжения на виток, и преобразуйте это в пиковый поток. Обратите внимание, что этот расчет не требует длины керна или проницаемости.

В трансформаторе напряжения с токовым приводом вы оставляете вторичную цепь разомкнутой и регистрируете напряжение.Вторичный ток для противодействия первичному току отсутствует, поэтому необходимо использовать низкую проницаемость сердечника, чтобы ограничить поток ниже уровня насыщения. Коэффициент передачи будет зависеть от проницаемости керна, которая будет варьироваться в зависимости от части и температуры. Поэтому измерительные трансформаторы обычно работают в токовом режиме. Это также можно рассматривать как катушку Роговского с сердечником.

Чтобы вычислить магнитный поток сердечника, мы разделим пиковый первичный ток на магнитную длину сердечника, чтобы получить пиковое поле H.Это умножается на проницаемость, чтобы получить пиковую плотность потока. Относительная проницаемость керна обычно должна быть низкой, в пределах низких 100, может быть, даже высоких 10. Эти сердечники рекламируются как подходящие для катушек индуктивности.

Конечно, в обоих режимах, если вам нужно только , обнаружение первичного тока, а не линейное измерение , тогда не имеет значения, насыщается сердечник или нет.

Достижимая стоимость в значительной степени зависит от ваших количеств.Если хотите 1-10, можете сами их накрутить, пока смотрите телевизор. Если вы хотите 100, вы и ваши друзья можете их сделать. Если вы хотите 1000000, вы можете заказать изготовленную на заказ деталь у компании, производящей тороидальные обмотки, с учетом ваших требований. Если вы хотите от 1000 до 100000, то у вас проблемы, о нестандартной детали и речи быть не может. Лучшее, что вы можете сделать, — это попытаться заключить сделку по приличному количеству уже сделанной детали.

Трансформатор тока

| Hackaday

Вытяжка — прекрасное изобретение для удаления излишков дыма и пара с кухни.Но, как и все устройства с электрическим приводом, он работает только при включении. Это была проблема, с которой столкнулся [Питер], чья семья — увлеченные повара, которые часто забывают нажать этот переключатель. Его решение? Автоматический выключатель вытяжки, который включается, когда плита используется, и остается включенным достаточно долго, чтобы полностью рассеять пары.

В основе своей — трансформатор тока на 3-фазной линии электропередачи печи, и мы получили урок чтения с этих устройств с помощью Arduino.У них есть шунтирующий резистор, через который создается напряжение, а на их выход переменного тока подается опорное напряжение постоянного тока для питания вывода микроконтроллера. Импеданс довольно высок, поэтому, когда датчик нужно было разместить на некотором расстоянии от микроконтроллера, потребовался буфер операционного усилителя. Затем показания заставляют Arduino запускать пару реле для включения или выключения вытяжки. Мы можем представить, что семейная кухня становится для нее гораздо более приятной средой.

Плиты также представляют серьезную опасность, когда их оставляют включенными.С этой целью в прошлом мы также использовали будильник для плиты.

Заголовок: Pbroks13, CC BY-SA 3.0.

Первым шагом к снижению энергопотребления в вашем доме является определение того, сколько вы фактически потребляете. В конце концов, вам нужна базовая линия для сравнения, когда вы начнете вносить изменения. Но возиться с высоким напряжением — это то, чего многие хакеры будут изо всех сил избегать. К счастью, как объясняет [Xavier Decuyper], вы можете построить очень надежную систему мониторинга энергопотребления своими руками, не изменяя проводку переменного тока.

В видео после перерыва [Ксавье] рассказывает о теории того, как все это работает, но короткая версия заключается в том, что вам просто нужно использовать датчик трансформатора тока (ТТ). Эти маленькие устройства зажимают провод переменного тока и определяют, сколько тока проходит через него посредством индукции. В своем случае он использовал датчик YHDC SCT-013-030, который может измерять до 30 ампер и стоит около 12 долларов США. Он выдает напряжение от 0 до 1 вольт, что позволяет легко считывать показания с помощью АЦП вашего любимого микроконтроллера.

После того, как вы подключили датчик ТТ к микроконтроллеру, все остальное будет зависеть только от того, насколько далеко вы хотите зайти в области программного обеспечения. Вы можете просто записать текущее потребление в обычный текстовый файл, если это ваш стиль, но [Ксавье] хотел бросить вызов самому себе, чтобы разработать систему мониторинга энергии, которая могла бы конкурировать с коммерческими предложениями, поэтому он взял данные и запустил их.

Хороший отрывок из его рецензии объясняет, как используемые Amazon Web Services (AWS) обрабатывают и в конечном итоге отображают все данные, которые он собирает с помощью своего монитора энергопотребления ESP32.Каждые 30 секунд оборудование сообщает AWS о потребляемом токе через MQTT. Показания хранятся в базе данных, и [Xavier] использует GraphQL и Dygraphs для создания визуализаций. Он даже использовал Ionic для разработки кроссплатформенного мобильного приложения, чтобы на ходу мог любоваться своими профессионально выглядящими диаграммами и графиками.

Мы уже видели, как тщательный мониторинг энергопотребления может выявить некоторые удивительные тенденции, поэтому, если вы хотите идти на экологию и не имеете счетчика электроэнергии с оптической связью, метод датчика CT может быть именно тем, что вам нужно.

Читать далее «Создание безопасного домашнего энергомонитора ESP32» →

Устройства с низким энергопотреблением всегда интригуют, поскольку они открывают возможности для приложений с необходимостью работать удаленно или в течение очень длительных периодов времени без внимания. Существуют также всевозможные методы питания таких устройств, например, использование солнечных батарей, суперконденсаторов или других причудливых устройств. Micro Power Snitch — одно из таких устройств, которое может передавать по беспроводной сети информацию о ваших устройствах с питанием от переменного тока.

Устройство построено на крошечном микроконтроллере ARM и радиомодуле RFM69. Вся схема управляется за счет отбраковки энергии от трансформатора переменного тока, намотанного вокруг одной из линий электропередач устройства переменного тока. Когда устройство потребляет минимальный пороговый ток (500 Вт при 230 В переменного тока, 250 Вт при 115 В переменного тока), устройство отправляет пакет, который может быть получен и зарегистрирован на другом конце.

Однако лучшая часть этого проекта — это рецензия. Проект разделен на серию из 8 частей, в которых подробно описаны концепции, которые используются для того, чтобы это стало возможным.Это отличный учебник для начинающих, если вы заинтересованы в разработке маломощных устройств.

Мы уже видели некоторые из исследований [jcw] в области энергопотребления, например, это руководство по влиянию кода на энергопотребление.

[Спасибо Рональду за подсказку!]

Полностью укомплектованная морозильная камера может быть благословением, но это еще и катастрофа, ожидающая своего часа. В зависимости от вашего вкуса, там может быть еды на сотни долларов, и единственное, что отделяет ее от свалки, — это бесперебойная подача электроэнергии.Держите морозильную камеру в недоступном месте, и ваша еда подвергнется еще большему риску.

Снижение этого риска — это работа этого аварийного сигнала сбоя питания. Морозильник [Дерека] находится в гараже, где по коду разрешены торговые точки GFCI. Раньше мы рассматривали защиту цепей, в том числе GFCI, и хотя они могут спасти жизнь, они также могут случайно сработать и стоить вам стейков. [Дерек] поднял простой сигнал тревоги, основанный на текущем потоке в морозильную камеру. Самодельный трансформатор тока, сделанный из разделенного ферритового сердечника и некоторого количества магнитного провода, является датчиком, а пара операционных усилителей и таймер 555 составляют часть обнаружения и сигнализации.И это все мусорное ведро — возьми эту Мэллори Соналерт из 1983 года!

Конечно, потеря питания в параллельной цепи, вероятно, является одним из менее вероятных видов отказа морозильника, но эти принципы в целом применимы и их стоит знать. И снимаю шляпу перед [Дереком] за то, что он отказался от микроконтроллера и откатил эту старую школу. Не то чтобы с сигналами холодильника и морозильника IoT что-то не так.

Читать далее «Сигнализация морозильной камеры Junkbox сохраняет стейки в безопасности» →

Если вы организация, которая хранит конфиденциальную информацию или инфраструктуру, с вашей стороны было бы безрассудно размещать ее непосредственно в общедоступном Интернете.Независимо от того, насколько хороша ваша безопасность, всегда существует риск того, что злоумышленник сможет ее обойти и причинить всевозможные вреда. Поэтому используемое решение состоит в том, чтобы физически изолировать такое чувствительное оборудование от остального мира, создав воздушный зазор. Ничто не может войти и ничего не может выйти, по крайней мере, так гласит теория.

Ну, во всяком случае, это теория . [Дэвидл] посылает нам некоторые работы, которые пробивают дыру в некоторых сетях с воздушными зазорами, позволяя низкоскоростным данным выходить из воздушного зазора, даже если обратное невозможно.

Так как же выполняется эта, казалось бы, невыполнимая задача? Ответ приходит через сетевую электрическую инфраструктуру: если воздушный зазор перекрывается сетевым кабелем, то нагрузку на этот сетевой кабель можно модулировать, изменяя работу, выполняемую подключенным к нему компьютером. Эта модуляция затем может быть обнаружена с помощью трансформатора тока или даже путем взлома ИБП или счетчика электроэнергии за пределами воздушного зазора.

Конечно, все читатели Hackaday — это порядочные и законопослушные граждане с хорошей репутацией, для которых подобные вопросы представляют чисто академический интерес.Несмотря на это, в статье очень подробно рассматривается тема, и ее чтение будет увлекательным.

Мы уже затрагивали эту тему, рассматривая такие различные методы, как радиопомехи и шум от вентилятора, а также более подробно.

Один из лучших хаков для умного дома — это реализация какого-то монитора энергопотребления. Достаточно просто сказать , что вы пытаетесь сэкономить энергию, но без точных данных — это просто разговоры.Кроме того, это простой и отличный способ собрать что-нибудь своими руками, которое сможет использовать вся семья.

[Богдан] создал простой монитор мощности для всей квартиры с нуля за выходные, и он был достаточно любезен, чтобы провести нас через всю процедуру, начиная с подбора датчика CT с разъемным сердечником и заканчивая готовым проектом.

Основой его проекта является модуль ESP8266, а это означает, что ему нужно было адаптировать датчик CT для выдачи напряжения, которое находится в пределах диапазона АЦП микросхемы от 0 В до 3.3 В. Если вы беретесь за проект по мониторингу энергопотребления, это так же просто, как выбрать правильное значение нагрузочного резистора, а затем сдвинуть заземленное напряжение вверх на 1,6 В или около того. Мы говорим, что это легко, но приятно иметь наработанный пример и несколько снимков прицела. Микроконтроллер часто считывает АЦП, выполняет небольшие вычисления, и все готово. Продолжить чтение «Сколько ватт вы используете?» →

Вы когда-нибудь загружали грязную одежду в стиральную машину и запускали цикл только для того, чтобы полностью забыть об этом и через несколько дней обнаружить тлеющую застывшую массу в машине? [Xose Pérez] делал это более одного раза, и, чтобы это не повторилось, у него есть проект, который контролирует машину в его подвале и уведомляет его, когда его стирка закончена.

В центре монитора его стиральной машины находится выключатель питания ITead Sonoff IoT. Это устройство содержит сетевое реле на 10 А, микросхему ESP8266 для управления им и небольшой сетевой импульсный блок питания. Sonoff не использует контакты ADC ESP, поэтому он сломал один из них на проводе к трансформатору тока, который фиксирует уровень мощности, потребляемой стиральной машиной. Sonoff — одно из тех устройств IoT, которые полагаются на проприетарный облачный сервис и не имеют собственного API, поэтому [Xose] создал для него собственную прошивку, включающую порт ESP библиотеки датчиков тока Arduino.В завершение проекта он добавил к устройству датчик влажности окружающей среды.

Полученный в результате упакованный блок возвращает поминутные текущие показания для всего цикла стирки. Чтобы определить, когда цикл закончился, он ждет момента, когда он не потребляет энергию более пяти минут, после чего его система Node-RED отправляет ему уведомление через Pushover.

Этот проект представляет собой очень аккуратно выполненный хакерский взлом на чрезвычайно дешевом аппаратном обеспечении, возможности которого обычно несколько ограничиваются из-за его проприетарного интерфейса.Удивительно, но это не первый монитор для стирки, который мы видели здесь, на Hackaday, у нас был этот монитор для стирки в квартире, использующий акселерометр и Raspberry Pi, и уведомитель для привередливой сушилки, которая настаивала на остановке в середине цикла.

Трансформаторы тока

: как спроектировать

Марк Харрис

| & nbsp Создано: 20 января 2020 г. & nbsp | & nbsp Обновлено: 21 ноября 2020 г.

Если вам нужно измерить ток от источника переменного тока, трансформатор тока может быть недорогим и точным вариантом.Вы можете найти трансформаторы тока, разработанные специально для применения в линиях электропередач 50/60 Гц и более высоких частотах, которые больше подходят для промышленного / научного оборудования или мониторинга процессов. Трансформаторы тока являются бесконтактными и бесконтактными, что означает, что для многих моделей вам не нужно пропускать переменный ток через печатную плату. Вместо этого провод проходит через отверстие трансформатора, или сам трансформатор может открыться, чтобы позволить ему защелкнуться на проводе.

Проволока, проходящая через трансформатор тока, служит как одиночной обмоткой трансформатора, так и первичной обмоткой.Корпус трансформатора имеет от десятков до тысяч обмоток, образующих вторичную обмотку. В отличие от трансформаторов напряжения, трансформатор тока имеет обратное соотношение. Это означает, что трансформатор тока с соотношением 1000: 1 будет создавать 0,001 А во вторичной обмотке на каждые 1 А через провод, являющийся первичной обмоткой.

Вы можете найти трансформаторы тока с коэффициентами намотки, подходящими для измерения от одного ампер до тысяч ампер и выше, что позволяет использовать их в гораздо более широком диапазоне приложений, чем датчики тока на печатной плате / кондуктивные датчики.

В этом проекте мы рассмотрим несколько способов преобразования выхода трансформатора тока во что-то более полезное для взаимодействия с микроконтроллером. На первый взгляд это может показаться довольно простой задачей, но если вы углубитесь, трансформаторы тока станут немного интереснее, особенно если вы их раньше не использовали. Таким образом, этот проект будет немного более практичным и практическим, чем некоторые из моих предыдущих проектов. Во-первых, мы вытащим макет, функциональный генератор и осциллограф, чтобы понять трансформаторы тока.Затем мы фактически построим плату прецизионного выпрямителя, чтобы иметь возможность оптимально использовать трансформатор тока с входом АЦП микроконтроллера. Вы можете найти файлы печатной платы и схемы для этого проекта на GitHub.

Базовый выход трансформатора тока

Используя закон Ома (V = IR), мы можем преобразовать выходной ток трансформатора в полезное напряжение. Я использую Talema AC1010 в качестве трансформатора тока для всего, что описано в этой статье. Для этого датчика нагрузочный резистор 100 Ом будет генерировать среднеквадратичное напряжение 1 В для 10 А на проводе, проходящем через трансформатор тока.

Подключив трансформатор и резистор параллельно, вы можете просто подключить один конец структуры к земле, а другой — к АЦП, чтобы получить ваши показания. Однако это, вероятно, очень плохая идея. Я представляю эту схему только для того, чтобы показать самый простой способ увидеть трансформатор тока в действии.

Вот как будет выглядеть выходной сигнал АЦП на моем осциллографе. Это выходной сигнал моего функционального генератора для имитации 7-амперной нагрузки, а не фактический выходной сигнал датчика тока — мы скоро к этому вернемся.

Здесь следует отметить несколько важных моментов:

Размах сигнала составляет 2 В, но я сказал, что это нагрузка 7 А (т.е. 0,7 В)!
Форма волны переменного тока, поэтому от + 1 В до -1 В, что не понравится микроконтроллеру.

Трансформаторы тока просто преобразуют ток в линии, поэтому фактический ток будет среднеквадратическим (RMS) сигнала. Функциональный генератор выдает почти идеальную синусоидальную волну, но в зависимости от вашей нагрузки ток в реальной цепи трансформатора тока может быть не таким идеальным.Грубую оценку тока можно определить, считывая только пиковое напряжение, но чтобы получить точное измерение тока, вам нужно будет выполнить множество измерений, чтобы определить общую площадь под кривой, которая представляет собой потребление тока.

С размахом выходного сигнала 2 В, сосредоточенным вокруг земли, это не очень удобно для микроконтроллеров. Нам нужно что-то сделать с сигналом, чтобы его можно было использовать.

Внесение земли

Поскольку трансформатор тока представляет собой просто плавающее напряжение на нагрузочном резисторе, единственный способ получить эталонное напряжение трансформатора — это привязать его к земле.Вместо того, чтобы связывать его с землей, мы можем вместо этого привязать одну ногу к напряжению смещения постоянного тока, полученному через резистивный делитель. Вместо этого это обеспечит смещение постоянного тока для формы сигнала переменного тока.

Это простой делитель напряжения, который будет иметь половину входного напряжения 3,3 В в средней точке между резисторами, что дает смещение 1,65 В постоянного тока. Теперь наш сигнал полного размаха 2 В должен колебаться в районе 1,65 В для диапазона от 0,65 до 2,65 В.

Мы можем показать это с помощью осциллографа. Я использую очень дешевые комплектные резисторы, которые не дают мне единицы.65В в центре делителя напряжения. Синий — это размах сигнала 2 В, а желтый — сигнал со смещением постоянного тока.

У меня есть нагревательная подушка мощностью 1,1 кВт для предстоящего проекта, если я пропущу ее через трансформатор тока AC1010 и те же резисторы, я получу синусоидальную волну напряжения смещения. Обратите внимание на то, что форма волны не так совершенна, как у функционального генератора; реальные нагрузки почти никогда не будут идеальными синусоидальными волнами.

Разрешение АЦП

Обратной стороной этого метода измерения является то, что мы смещаем напряжение формы волны, чтобы удерживать его в пределах диапазона нашего АЦП, а это означает, что существует значительная часть диапазона напряжений, которую мы не используем эффективно.

Относительно недорогой современный микроконтроллер ARM Cortex будет иметь 12-битный АЦП, в то время как некоторые новые модели поставляются с 14-битными или 16-битными АЦП в стандартной комплектации, а некоторые старые — с 10-битными. Однако в этой статье я буду работать над предпосылкой 12-битного АЦП.

Простой 12-битный АЦП даст 212 или 4096 возможных значений. Применительно к диапазону 3300 мВ это дает нам разрешение около 0,8 мВ. Нагрузка, изображенная выше, имеет полный размах напряжения 1219 мВ и должен быть около 4.5-4,7А нагрузка. 1219 мВ дают нам возможные 1523 значения для напряжения, отображаемого с нашим расчетным разрешением, что соответствует примерно 3 мА на значение АЦП при использовании нашего нагрузочного резистора 100 Ом (помните: это среднеквадратичное значение!). Этого более чем достаточно для датчика на 10 ампер. Однако, если вы начнете считывать все большие и большие значения силы тока или использовать трансформатор тока с гораздо большим числом витков, чем AC1010, это может не соответствовать вашим требованиям.

Тем не менее, это напряжение смещения постоянного тока по-прежнему является самым простым способом считывания показаний трансформатора тока, для чего требуется всего 3 резистора.Вы также должны включить TVS-диоды для ограничения нагрузки, чтобы гарантировать, что она не может превысить максимальное номинальное напряжение микроконтроллера во время всплеска тока.

Прецизионный выпрямитель

Вы можете использовать мостовой выпрямитель для выпрямления формы волны из трансформатора тока, но прямое напряжение диодов значительно снизит вашу способность измерения тока. Диод может легко удалить более половины вашего диапазона измерения тока, делая нечитаемым все, что меньше половины диапазона ампер датчика.Еще хуже то, что прямое напряжение диода изменяется в зависимости от напряжения, температуры и других условий, поэтому выпрямленное напряжение вряд ли будет особенно полезным.

Вместо простого мостового выпрямителя мы можем построить прецизионный выпрямитель с использованием двух операционных усилителей. Один операционный усилитель даст вам однополупериодный выпрямитель, которого может хватить для некоторых измерений силы тока. Тем не менее, стоимость дополнительных компонентов для двухполупериодного выпрямителя незначительна, поэтому мы могли бы использовать его даже в ситуациях, в которых было бы достаточно полуволнового выпрямителя.Прецизионные выпрямители широко используются в таких измерительных приборах, как это, и представляют собой фантастический способ генерировать пригодное для использования напряжение. В качестве бонуса, поскольку вы используете операционные усилители, вы также можете усилить выпрямленную форму волны, пока вы на ней.

Я использую дешевый операционный усилитель AD8542 с двумя усилителями в одном корпусе. Несмотря на то, насколько удивительно точная настройка операционных усилителей в наши дни, наличие обоих усилителей в одном корпусе значительно увеличивает вероятность того, что оба усилителя будут применять одинаковое усиление, что очень важно.В моем окончательном проекте я также буду использовать резисторы 0,1% по той же причине.

Наконец, у меня есть простой RC-фильтр 600 Гц на выходе операционного усилителя для удаления любых шумов переменного тока, которые могли быть уловлены. Этот фильтр имеет достаточно высокую частоту среза, чтобы не влиять на сигнал 50 Гц.

В прототипе на моей макетной плате, однако, используются загадочные резисторы, которые, как утверждается, составляют 5%, поэтому наши результаты не так точны.

Обратите внимание, что отрицательная волна немного ниже по напряжению, чем положительная.Это потому, что резисторы, которые я использую, не очень хорошо согласованы.

Поскольку мы тестируем это с нагревательным элементом в качестве нагрузки, ошибка не так заметна. Как и раньше, синий — это сигнал, выходящий из трансформатора тока, а желтый — выход прецизионного выпрямителя.

Поскольку я даю операционному усилителю опорное заземление (а не отрицательное напряжение для работы), у нас есть небольшое смещение постоянного тока 103 мВ для выпрямленного сигнала. Это смещение приемлемо для моего приложения, поскольку оно согласовано и, следовательно, может быть запрограммировано в микроконтроллер во время тестирования платы.

Разрешение АЦП

Для той же нагрузки, примененной методом смещения напряжения, у нас был сигнал 1219 мВ. Тем не менее, с прецизионным выпрямителем и двукратным усилением на выходе у нас фактически есть 2066 мВ размаха для этого сигнала. Мы только что удвоили разрешение!

Поскольку на этот раз мы также можем посмотреть на исходную форму волны с помощью осциллографа, мы можем рассчитать среднеквадратичное напряжение для формы волны, чтобы определить потребляемый ток. 442,9 мВ должно означать, что мы получаем 4.429А через ТЭН. Если это верно, то наш 12-битный АЦП дает разрешение считывания тока 1,71 мА, что достаточно для моего приложения.

Правильный ли датчик тока?

Вопрос в том, как я могу проверить правильность текущего измерения или, по крайней мере, близкое к нему? Каждое устройство будет иметь свой собственный допуск и точность, а логарифмические графики таблицы данных AC1010 затрудняют определение допуска для этой части с нагрузочным резистором 100 Ом. Вместо этого мы можем рассчитать ожидаемую нагрузку и сравнить ее с измеренной формой сигнала от датчика.В идеале я бы сделал это с несколькими загрузками, но в этой статье я просто воспользуюсь одной, чтобы увидеть, приближаемся ли мы хотя бы к ожидаемому результату.

Измерение нагревательного элемента

Я использовал 4-проводное измерение сопротивления для измерения нагревательного элемента. После того, как мой мультиметр на некоторое время усреднил показания, он установился на уровне 50,262 Ом.

Измерение нагрузочного резистора

Учитывая, насколько плохи некоторые из резисторов 10 кОм, которые я использую, я был приятно удивлен, обнаружив, что резистор нагрузки 100 Ом, который я использовал, имеет номинал 99.983 Ом.

Измерение мощности переменного тока

После того, как сопротивление нагрузочного резистора оказалось так близко к указанному на этикетке значению, я не ожидал того же от моего переменного напряжения. Другие страны, в которых я жил, утверждают, что на них есть 240 В, но я измерил 270 В переменного тока у стены. В Великобритании 240 В + 10 / -20%, а в моем доме 239,632 В! Для меня это просто потрясающе.

Собираем все вместе

Теперь вернемся к закону Ома, V = IR, наш 239.623 В при нагрузке 50,262 Ом означает, что мы должны увидеть 4,76766 А. В последнем тесте с прецизионным выпрямителем мы измерили 4,429 В RMS от датчика. С нагрузочным резистором на 99,983 Ом это должно равняться 4,4297А, то есть примерно на 7% меньше.

Вы можете купить более точные трансформаторы тока, но они дешевые, и для моего применения достаточно 10% допуска.

Конструкция прецизионного выпрямителя

Прецизионный выпрямитель имеет довольно простую конструкцию и очень часто используется в точных измерительных приборах.Первый операционный усилитель инвертирует сигнал, а ссылка на землю отсекает отрицательное напряжение, давая нам только положительный наполовину выпрямленный сигнал. Для обеспечения симметрии выпрямленного сигнала коэффициент усиления первого операционного усилителя равен единице (R3 = R6). Второй операционный усилитель объединяет два сигнала, и с резисторами R8 и R5, установленными на 5 кОм и 10 кОм, мы удваиваем выходное напряжение.

R2 и C1, как упоминалось ранее, образуют RC-фильтр на выходе.

Требования к максимальному напряжению

Максимальное напряжение, которое могут выдавать операционные усилители, равно V + минус прямое напряжение на диоде.Это следует учитывать при проектировании прецизионного выпрямителя. Если усиление слишком велико при попытке использовать весь диапазон напряжений, который может считывать АЦП, вы обрежете верхнюю часть осциллограммы.

Максимальный ток

Вы также должны оставить некоторый запас для скачков силы тока. Фактические текущие нагрузки, которые будет считывать этот датчик, должны быть меньше нагрузки 1100 Вт, которую я применил к нему для тестирования. Однако даже на полном диапазоне у этого прецизионного выпрямителя будет около 2.Выход 8В при полной нагрузке 10А. Этого должно быть более чем достаточно для моего приложения, но имейте это в виду на тот случай, если это не для ваших приложений.

Давайте спроектируем печатную плату!

Конструкция платы для этого проекта очень проста, так как на ней всего несколько компонентов и ничего высокочастотного. Это был бы очень хороший первый проект печатной платы для нового пользователя Altium.

Я планирую использовать 6 таких трансформаторов тока в следующем проекте, поэтому я хотел поработать над тем, чтобы конструкция была как можно меньше.Я добавил к плате защелкивающийся соединитель серии Molex SL 70553, который сделает ее практичной автономной платой для измерения тока внутри механизма или другого оборудования. С трансформатором тока, определяющим ширину, и разъемом, определяющим длину платы, мы получаем площадь 25×25 мм для размещения схемы. Я использую компоненты 0603, чтобы сделать этот проект «дружественным для новичков» к сборке и ручной пайке. Версия MSOP-8 операционного усилителя AD8542 может несколько противоречить этому, но она также доступна в корпусе SOIC-8, который можно легко разместить в дополнительном пространстве на плате.Изменение конструкции для использования более крупной ИС может стать хорошим упражнением для новичка.

Я также добавил в конструкцию несколько больших развязывающих конденсаторов 1206. Если эта плата находится на конце кабеля, всегда хорошо иметь немного дополнительной встроенной емкости.

Поскольку эта конструкция имеет частоту 50 или 60 Гц в зависимости от страны, в которой вы живете, нет сигналов, требующих согласования импеданса, или каких-либо других соображений, которые усложняют процесс разработки платы.

Трансформатор тока выглядит огромным на этом трехмерном изображении, что действительно показывает, насколько мала эта плата.На самом деле трансформатор тока AC1010 меньше, чем я ожидал, несмотря на то, что он смоделировал его в 3D, чтобы добавить в свою библиотеку Altium с открытым исходным кодом.

Примечание к схеме

Если вы планируете использовать его с моделью трансформатора тока на 15 А или 20 А, вы можете подумать о замене резистора 5 кОм на резистор 10 кОм, или, возможно, даже более высокого, чтобы обеспечить усиление второго каскада операционного усилителя. не ограничивайте сигнал. Резистор 5 кОм хорошо подходит для датчика 10 А.

Наконец

Надеюсь, этот проект развеял для вас мифы о трансформаторах тока. Вы можете найти файлы дизайна печатной платы и схему для этого проекта на GitHub. Дизайн бесплатный и с открытым исходным кодом, поэтому не стесняйтесь использовать его как хотите.

Как построить каскадные трансформаторы тока для катушек Тесла

Как трансформаторы тока используются в катушках Тесла?

Прежде чем мы начнем, давайте сначала поймем потребность в трансформаторах тока в современных двойных резонансных твердотельных катушках Тесла (DRSSTC).Трансформаторы тока необходимы для измерения тока в первичной цепи и используются контроллером DRSSTC следующими способами:

Обратная связь по току — Контроллеры DRSSTC являются саморезонансными и поэтому требуют выборки формы волны первичного тока для переключения полумостовых или полномостовых силовых цепей.
Обнаружение перегрузки по току — Для защиты полумостовых или полномостовых цепей питания должна быть схема ограничения перегрузки по току, которая отключает мост при превышении предустановленного предела тока.В этом случае используется трансформатор тока для измерения первичного тока, чтобы обеспечить напряжение считывания для цепи ограничения сверхтока.

В каждом из вышеперечисленных случаев обычно используется трансформатор тока с эффективным соотношением витков 1000: 1. Это означает, что при измеренном токе 1000 А в выходной обмотке будет индуцироваться результирующий ток 1 А.

Что такое каскадный трансформатор тока?

Каскадный трансформатор тока обеспечивает простой способ измерения чрезвычайно высоких пиковых токов, обычно более 1000 ампер, в первичной цепи вашей катушки Тесла, не требуя утомительной задачи намотки более 1000 витков на одном сердечнике.Я имею в виду, в конце концов, у кого есть 3 часа свободного времени, чтобы посидеть и намотать 1000 витков провода на один ферритовый сердечник. Однако с каскадным трансформатором тока можно использовать два каскадно соединенных вместе сердечника, чтобы создать одинаковое соотношение витков тока, используя только часть витков, необходимых для каждого сердечника.

Как работает каскадный трансформатор тока?

Для обычного одножильного трансформатора тока эффективное отношение витков эквивалентно следующему:

Эффективное соотношение витков = Число витков: 1

Это означает, что если на сердечнике 1000 витков провода, тогда 1000 А тока, проходящего через сердечник, вызовет 1 А тока в выходной обмотке сердечника, как показано ниже:

Эффективное соотношение витков = 1000: 1

При каскадном трансформаторе тока с двумя сердечниками эффективное соотношение витков становится эквивалентным на следующее:

Эффективное соотношение оборотов = (Сердечник 1 # Оборотов x Сердечник 2 # Оборотов): 1

Глядя на приведенное выше уравнение, очень легко увидеть, что можно получить почти такое же эффективное значение 1000: 1. коэффициент трансформации, как у одножильного трансформатора тока, но в этом случае требуется всего 32 витка на сердечник.

Эффективное соотношение витков = (32 x 32) = 1024: 1

Обмотка 64 витков на двух сердечниках гораздо более управляема, чем намотка 1000 витков на одном сердечнике.

Создание собственного каскадного трансформатора тока

Создание собственного каскадного трансформатора тока невероятно просто. Первое, что нужно сделать, это получить детали, необходимые для сборки трансформатора тока, которые показаны в списке ниже:

Требуемые детали:

Ферритовый сердечник 77-1 — Используйте два из этих сердечников для первичных цепей малой и средней мощности.Размер сердечника обычно зависит от диаметра используемого первичного провода. Жила 77-1 может поддерживать провода диаметром до 8 AWG.
Ферритовый сердечник 5000-1 — для первичных цепей более высокой мощности, где используется более толстый провод, обычно используется более крупный сердечник. Обычно в этом случае используются одно ядро 5000-1 и одно ядро 77-1. При необходимости сердечник 5000-1 может поддерживать провода диаметром до 2 AWG.
Провод 24 AWG — это провод, который будет использоваться для наматывания витков на сердечники.Мы рекомендуем 24 AWG, хотя можно использовать и другие размеры.

Намотка сердечников

В этом примере мы намотаем каскадный трансформатор тока 1000: 1. Поскольку мы не можем получить ровно 31,6 витка на ядро, чтобы получить идеальное соотношение 1000: 1 при использовании двух ядер, мы вместо этого будем использовать 32 витка на ядро. Это даст эффективное соотношение витков 1024: 1, что достаточно близко к 1000: 1 для наших нужд.

Эффективное соотношение витков = (32 x 32) = 1024: 1

Для сердечника 77-1 начните с 7 футов длины провода 24 AWG.Для более крупной жилы 5000-1 начните с 8-футового провода 24 AWG. Начните с намотки 32 витков провода, равномерно расположенных на первом сердечнике. Вы хотите, чтобы обмотки были примерно отцентрированы на куске провода, поэтому оставьте около 12 дюймов дополнительного провода, прежде чем вы начнете наматывать сердечник. Когда вы закончите наматывать первый сердечник, повторите ту же 32-витковую намотку на втором сердечнике. останутся два намотанных сердечника, как показано на изображении ниже.Я использовал два разных цвета только для фотографических целей.

Следующим шагом, как показано на изображении ниже, является пропускание обмотки первого сердечника через середину второго сердечника и электрическое соединение концов этой обмотки путем их пайки. Когда закончите, используйте клей или эпоксидную смолу, чтобы соединить жилы вместе встык. Наконец, оставьте на втором сердечнике длину обмотки не менее 12 дюймов для подключения к контроллеру DRSSTC или другому устройству измерения тока. Обязательно скручивайте два конца последней обмотки вместе, чтобы минимизировать индуктивность.

Для типичной катушки Тесла DRSSTC будут использоваться два из этих каскадных трансформаторов 1024: 1 — один для обратной связи по току и один для измерения перегрузки по току. Для самых мощных катушек Тесла DRSSTC рекомендуется использовать трехканальный каскадный трансформатор тока с одним сердечником 5000-1 и двумя сердечниками 77-1. Об этом будет рассказано в одной из будущих статей с инструкциями.

Сопутствующие товары

Неинвазивные токовые клещи постоянного тока для осциллографа DIY

0.0 Базовое вступление

Иметь осциллограф — это очень хорошо. Это очень полезный инструмент. Но с помощью базовых пробников вы могли наблюдать только значения напряжения. Что, если мы хотим наблюдать за током ???

Существует много типов пробников осциллографов, каждый со своей областью применения. Пробник обеспечивает очень важную связь между измеряемым объектом и осциллографом. В этом видео мы поговорим о токовых пробниках, а точнее о неинвазивных токовых пробниках, что означает, что нам не нужно напрямую подключать их к разомкнутой цепи, чтобы проводить измерения.Токи можно измерить, измерив напряжение на известном сопротивлении. Основным недостатком является то, что для установки этого шунтирующего резистора необходимо разомкнуть цепь. Мы видели такой измеритель тока в одном из моих прошлых руководств по мультиметру на базе Arduino. У вас есть ссылка на этот учебник ниже.

См. Руководство по мультиметру Arduino здесь:

В этом видео мы сделаем что-то другое, потому что это дополнительное сопротивление также может повлиять на измерение своим напряжением нагрузки.Токи также можно измерять с помощью токоизмерительного щупа, также известного как токовые клещи. У этих пробников нет недостатков шунтирующих резисторов, как мы только что описали. Токовый зонд просто зажимается над токоведущим проводом, и цепь не нужно размыкать, что является огромным преимуществом.
Токовые пробники примерно делятся на два типа: токовые клещи переменного и постоянного тока. Я попытаюсь объяснить, как работают оба этих типа. Чтобы понять это, давайте сначала взглянем на мои токовые клещи hantek, которые я только что получил.Это очень полезный инструмент.

Чем как доза это работает? Для этого я сначала открою корпус и осмотрю его компоненты. Как я догадался, схема довольно простая. На наконечнике у нас есть металлический магнитный сердечник, который пропускает через него магнитный поток. Здесь тоже должен быть какой-то датчик и все. Затем у нас есть основная схема, в которой мы, вероятно, найдем усилитель и схему селектора шкалы, поскольку у нас есть две разные шкалы на выбор. Вот выходной сигнал осциллографа.Итак, зная эти компоненты, позвольте мне теперь немного объяснить, как все это работает.

Купите зажим hanteck здесь:

1.0 Токовые клещи переменного тока

Как я уже сказал, токовые пробники делятся на два типа: токовые клещи переменного и постоянного тока. Токовые клещи переменного тока в основном представляют собой трансформатор. Первичная обмотка — это проводник, по которому проходит измеряемый ток, в данном случае простой провод, а вторая обмотка закреплена на сердечнике и подключена к осциллографу. Это пассивный пробник, который может работать только с переменными токами.Обычный трансформатор не справляется с постоянным током. Таким образом, принцип действия датчиков постоянного тока сильно отличается от датчиков переменного тока. Давайте сначала посмотрим, как создать собственный пробник переменного тока. Все, что нам нужно, это сердечник трансформатора и немного медной проволоки для создания наших обмоток.

Все, что нам нужно, это сердечник трансформатора и немного медной проволоки для создания наших обмоток. Ток, проходящий через измеряемый провод, создаст вокруг него магнитное поле, как говорит нам закон электромагнитного поля. Благодаря ферритовому сердечнику зажима это магнитное поле будет направлено через этот ферритовый сердечник.Поскольку ток является переменным, магнитный поток изменится, и это приведет к току, индуцированному во вторичной обмотке, как мы можем видеть на фотографии выше. Если индуцируется ток, между двумя концами обмотки будет падение напряжения. Затем мы могли бы измерить это падение напряжения с помощью нашего осциллографа.

Напряжение на выходе вторичной обмотки равно напряжению на первичной обмотке, умноженному на соотношение между током первичной обмотки и током вторичной обмотки.Допустим, мы не знаем ни одного из этих значений. Но с помощью мультиметра переменного тока мы контролируем ток через измеряемый провод и одновременно выходное напряжение на осциллографе. Мы делаем несколько измерений и строим график, чтобы узнать шкалу зажима.

Вы можете купить такой модуль напрямую за несколько долларов, как это (фото ниже). Этот модуль уже дает нам тогда шкалу выходного напряжения 15А на вольт. Итак, у нас должно быть 100 мВ для тока 1,5 А, проходящего через этот провод.Я подключаю этот трансформатор к осциллографу и подаю сигнал переменного тока через свой провод. Вот и все, вот и у меня на осциллографе есть переменный ток. Довольно просто, верно.

Если мы построим собственный трансформатор, мы должны быть осторожны при вычислении масштаба в зависимости от количества сделанных обмоток и зная, что первичная обмотка будет только одна, поскольку через сердечник будет проходить только один провод. Но если я приложу к этой цепи постоянный ток, то на моем осциллографе будет отметка.Это потому, что ток в трансформаторе индуцируется только при изменении магнитного потока. Таким образом, постоянное магнитное поле не будет индуцировать ток в обмотке, поэтому на выходе будет 0.

1.1 Создайте токовые клещи переменного тока

Нам понадобится

Гнездовой разъем BNC LINK eBay
Зажим трансформатора LINK eBay
Конденсатор 10 пФ LINK eBay
Резистор 9 м LINK eBay

Загрузите схему здесь:

2.0 Токовые клещи постоянного тока

Итак, постоянное магнитное поле не наводит ток в обмотку, поэтому на выходе будет 0.Так как же нам измерить и наблюдать постоянный ток? В этом типе зонда мы также будем использовать ферритовый сердечник, который будет переносить магнитное поле. Сердечник снабжен воздушным зазором, в котором будет находиться датчик, в данном случае датчик Холла, который измеряет магнитный поток в сердечнике. Так что теперь нам больше не нужен переменный ток, поскольку мы можем напрямую измерять величину магнитного потока. Ток в первичном проводе, который является измеряемым проводом, намагнитит сердечник. Это магнитное поле измеряется датчиком.

The Current Sense Transformer — Блоги — Виртуальный класс для университетской программы ADI

The Current Sense Transformer

В прошлых блогах мы обсуждали текущие измерительные функции ADALM1000 (SMU). Каналы SMU ALM1000 могут измерять постоянный ток от -200 мА до + 200 мА. Благодаря частоте дискретизации 100 KSPS он также может измерять переменный ток. Но измеряемый ток должен течь в канал SMU или выходить из него.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 ИС монитора токового шунта, например AD8210 из комплекта аналоговых деталей ADALP2000. Каналы SMU ALM1000 используют эту же микросхему для измерения тока. Диапазон рабочего входного синфазного напряжения AD8210 составляет от -2 В до +65 В относительно заземляющего контакта ИС. Большой диапазон напряжений, но все же недостаточный для безопасного измерения силы тока бытового прибора или осветительного прибора, работающего от 120 В переменного тока.Итак, что мы можем использовать для этого? Введите трансформатор считывания тока.

Трансформатор считывания тока — это трансформатор, который оптимизирован или спроектирован для выработки переменного тока во вторичной обмотке, который пропорционален току, «воспринимаемому» или измеряемому в первичной обмотке. Как и любой трансформатор, трансформаторы тока изолируют измерение токов в цепях высокого напряжения до гораздо более низкого напряжения и обеспечивают удобный способ безопасного контроля фактического электрического тока, протекающего в линии электропередачи переменного тока высокого напряжения.В нашем случае это может быть SMU ALM1000.

Принцип работы базового трансформатора тока немного отличается от принципа действия 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 быть либо с одним плоским витком, либо с катушкой из сверхпрочного провода, намотанной вокруг сердечника, либо просто с проводом, вставленным через центральное отверстие, как показано на фотографии зажимного трансформатора пробника тока (модель LCTC- 0250) рисунок 1.При использовании этого токового «зонда» зажимы открываются, так что его можно зажать вокруг проводника, по которому проходит измеряемый ток, без необходимости отсоединять провод. Токовые пробники, подобные этому, предназначены для использования в сетях переменного тока с частотой 50/60 Гц. Датчик LCTC-0250 имеет диапазон измерения тока до 100 А и встроенный резистор тока к напряжению (нагрузке), поэтому выходное напряжение указано как 15 мВ / А.

Рисунок 1, Накладной трансформатор тока, модель LCTC-0250

Многие производители выпускают 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. 2.В зависимости от конкретной модели и спецификации эти типы трансформаторов тока предназначены для использования в системах управления импульсным источником питания и могут работать в диапазоне частот от 20 кГц до 200 кГц. Показана версия PE-51718 с центральным отводом 100: 1, 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 беспаечной макетной плате .

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

Рисунок 2, Pulse Engineering Center, отвод 100: 1 20 мГн, пример

Трансформатор тока со встроенной первичной обмоткой от CoilCraft показан на рисунке 3. Поскольку он полностью герметизирован, мы не можем сказать, как он устроен. Расчетный частотный диапазон для этого примера 200: 1, 80 мГн составляет от 1 кГц до 1 МГц.

Рисунок 3, CoilCraft 200: 1, 80 мГн, пример CS4200V-01

На рисунке 4 показан трансформатор измерения тока для поверхностного монтажа от Würth Elektronik.В этом примере первичная обмотка — это просто широкая металлическая полоса, которая идет вверх и вокруг центральной вторичной обмотки. Производитель указывает индуктивность для этого примера 200: 1, 20 мГн при 10 кГц, поэтому он, вероятно, также не предназначен для применения в линиях электропередач с более низкой частотой.

Рисунок 4, Würth Elektronik 200: 1, пример 20 мГн из семейства MID-SNS

Для тестирования этих трансформаторов тока я использовал ALM1000 и испытательную схему, показанную на рисунке 5. Пик-пик синусоидального сигнала 4 В генерируется каналом A AWG.Затем сигнал передается по переменному току через большой конденсатор на нагрузочный резистор 10 Ом, который преобразует напряжение в пиковый ток 400 мА. Ток измеряется первичной обмоткой, которая соединена с землей. На вторичной стороне резистор нагрузки 100 Ом подключен к обмотке катушки, и результирующее напряжение измеряется каналом B в режиме Hi-Z. Другой конец катушки привязан к фиксированной шине 2,5 В для центрирования во входном диапазоне канала B.

Для зажимного зонда и катушки PE одна из более длинных перемычек из комплекта аналоговых деталей вставляется через центральное отверстие и используется в качестве первичной обмотки.

Рисунок 5, Схема проверки полосы частот с использованием M1K

Входная частота изменяется от 20 Гц до 1 кГц во всех следующих тестах. Первый график Боде предназначен для зонда с зажимом LCTC с одним проводом, проходящим через зажим. Помните, что зажим имеет встроенную нагрузку, поэтому внешний резистор 100 Ом не был включен в этот тестовый пример. Амплитудно-частотная характеристика очень плоская, в пределах дБ до 20 Гц.

Рисунок 6, График Боде токового датчика LCTC

Далее идет PE-51718.Как мы видим, характеристика ниже 1 кГц не совсем плоская, чего и следовало ожидать с учетом спецификации минимальной частоты 20 кГц. Более светлый набор кривых соответствует одному проводу в качестве первичного, а более темный — для 4 витков в качестве первичного.

Рисунок 7, график Боде PE-51718

Далее у нас есть образцы CoilCraft CS4200V-01 и Würth Elektronik 750316796. Оба имеют отношение витков 200: 1. Более темные кривые относятся к устройству CoilCraft 80 мГн, а более светлые кривые — к устройству Würth 20 мГн.Как и ожидалось, более высокая индуктивность устройства CoilCraft дает лучший низкочастотный отклик. Устройство CoilCraft соответствует и превышает минимальную частоту, указанную в спецификации 1 кГц, а устройство Würth, вероятно, будет работать ровно выше нескольких кГц при таком значении нагрузочного резистора.

Рисунок 8, CoilCraft CS4200V-01 и Würth Elektronik 750316796 график Боде

Электронная нагрузка, преобразователь I в V

Одним из способов улучшить частотную характеристику любого трансформатора тока является замена резистивной нагрузки электронным решением, т.е.е. схема преобразования I в V операционного усилителя. КМОП-усилитель AD8541 с одинарной шиной питания используется в качестве преобразователя напряжения в напряжение, как показано на рисунке 9. Виртуальная земля на суммирующем переходе, вывод 2, представляет собой нагрузку с очень низким импедансом на вторичной обмотке. Резистор обратной связи 1 кОм преобразует ток в напряжение, которое измеряется каналом B на выводе 6.

Рисунок 9, Схема преобразователя I в V операционного усилителя

Для проверки частотной характеристики с помощью операционного усилителя CoilCraft CS4200V-01 (темная кривая) и Würth 750316796 (светлая кривая) снова сравниваются на рисунке 10.Обратите внимание, что вертикальный масштаб теперь составляет 3 дБ / дел. По сравнению с рисунком 8, наблюдается значительное улучшение равномерности отклика при спаде менее чем на дБ при 60 Гц. Отклик CoilCraft теперь примерно такой же ровный, как у датчика тока LCTC на рис. 6.

Рисунок 10, CoilCraft CS4200V-01 и Würth 750316796 график I – V Боде

Выполнение реальных измерений

В качестве реального примера давайте воспользуемся накладным датчиком тока модели LCTC-0250, который мы видели на первом рисунке, и M1k для измерения формы волны тока в гирлянде светодиодного праздничного света.Датчик LCTC-0250 имеет встроенный резистор тока к напряжению (нагрузку), поэтому выходное напряжение указано как 15 мВ / А. Гирлянда состоит из 35 последовательно соединенных белых светодиодов. Было раскручено около 30 см проволоки и 5 раз обернули одну ногу вокруг зажима. Чувствительность должна быть около 75 мВ / А (5 * 15 мВ / А).

Пробник подключается непосредственно ко входу M1k без какого-либо дополнительного усиления или фильтрации. Как вы можете видеть на рисунке 11, ток представляет собой простое 1/2 волны выпрямления, а пиковый ток составляет от 35 до 45 мА.Трудно увидеть точно из-за шума, а сигнал слишком слаб для правильного запуска и применения усреднения трассы.

Рис. 11. Форма кривой тока без обработки сигнала

Применив некоторое математическое волшебство, мы можем убрать шум и сделать «сигнал» достаточно большим (в 10 раз) для запуска и использовать усреднение трассы. Простой автомобильный цифровой фильтр с 20 отводами с общим коэффициентом усиления 10 применяется к захваченной кривой формы сигнала и используется усреднение кривой (устанавливается на среднее значение 8).Форма волны теперь красивая и чистая, а ток в размахе составляет 42 мА.

Рисунок 12, форма волны отфильтрованного тока

Трансформатор считывания тока своими руками

Я все о том, чтобы перепрофилировать вещи для других целей. Поэтому я решил посмотреть, смогу ли я сделать свой собственный трансформатор тока. Для начала нам понадобится катушка с высокой индуктивностью, которая будет использоваться в качестве вторичной обмотки. Нам также необходимо намотать несколько витков провода вокруг вторичной катушки первичной обмотки. У меня в мусорной корзине есть несколько различных реле на 12 В, которые мне не нужны.Эти реле имеют множество обмоток из тонкой проволоки. Индуктивность может быть довольно высокой. Итак, после некоторой деструктивной деконструкции на трех примерах (до и после модификации) я получил следующее:

Рисунок 13, Создание CST от реле 12 В

Начиная с первой попытки слева, это реле, скорее всего, для автомобильных приложений, претерпело, вероятно, большую часть разборки. Черная пластиковая крышка просто отрывается, но мне пришлось отрезать большую часть другого пластика, удерживающего лопаточные разъемы, и добавить перемычки для первичной и вторичной катушек.Для этого я добавил всего 4 витка первичной обмотки, но есть место и для других. Было добавлено немного горячего клея, чтобы проволока держалась на месте. Индуктивность катушки составляла около 350 мГн при сопротивлении постоянному току 82 Ом. Он достаточно хорошо работал на более высоких частотах, но относительно низкая индуктивность ограничивала отклик. Тот, что посередине, нуждался в наименьшей деконструкции. Сняв крышку, я просто намотал катушку на 6 витков и соединил выводы с контактными штырями (сначала я отрезал контакты от штырей).Он прекрасно вставляется в макетную плату. Индуктивность катушки была наивысшей для этого примера и составляла около 1,5 Гн при сопротивлении постоянному току 350 Ом. Эта более высокая индуктивность работает до самой низкой частоты. На третьем справа была наклеена крышка, поэтому потребовалось больше времени на резку с помощью вращающегося инструмента, чтобы получить только катушку. Опять же, для первичной обмотки было добавлено 6 витков. Индуктивность катушки составляла около 1,0 Гн при сопротивлении постоянному току 260 Ом. Нагрузочный резистор 100 Ом использовался для всех частотных испытаний, как и для других CST.ESR этих катушек намного больше, чем у серийно выпускаемых образцов. ESR для примера CoilCraft составляет всего около 4 Ом. Это будет существенно отличаться от частотной характеристики катушек DIY.

Эти трансформаторы тока DIY были протестированы вместе с коммерческим продуктом CoilCraft в качестве основы для сравнения частотной характеристики. Первый график для примера реле 1 (левая часть фото). Более темные кривые всегда относятся к продукту CoilCraft. Величина отклика значительно ниже, но чуть более пологая выше 100 Гц.

Рисунок 14, катушка номер 1 своими руками и CoilCraft.

Далее сравним вторую катушку DIY. Величина отклика также ниже и даже более плоская выше 100 Гц, чем у катушки DIY 1.

Рисунок 15, катушка №2 DIY и CoilCraft.

Далее сравним третью катушку DIY. Величина отклика также ниже и даже более плоская выше 100 Гц, чем у катушки DIY 2.

Рисунок 16. Самодельная катушка номер 3 и CoilCraft.

Для полноты картины на заключительном графике Боде сравниваются самодельные катушки 2 и 3, которые очень близки друг к другу по отклику.

Рисунок 17. Катушка номер 2 и катушка номер 3 своими руками.

Катушки такого типа не будут иметь плотной связи между первичной и вторичной обмотками. Нет такого же количества замыкания магнитного поля от полюса к полюсу, как у тороидальной катушки или катушки E-образной формы. Фактически, индуктивность изменилась с 1 Гн до 1,5 Гн для среднего примера, когда подвижная контактная часть реле была прижата к сердечнику.

У меня есть четвертый пример катушки от герконового реле на 12 вольт. Я удалил геркон, но для катушки нужен магнитный сердечник из какого-то материала, вставленный там, где переключатель должен иметь какую-либо индуктивность.