6.3. ИЗМЕРЕНИЕ МГНОВЕННЫХ ЗНАЧЕНИЙ ТОКА В ПРОЦЕССЕ ВКЛЮЧЕНИЯ И ВЫКЛЮЧЕНИЯ СПП

Скорость изменения тока в силовой цепи на интервале включения или выключения тиристора и диода может достигать . При таких скоростях изменения тока даже на небольших по длине участках проводников, находящихся в цепи тока или попадающих в магнитное поле тока, наводятся значительные ЭДС индукции. Поэтому при использовании обычных измерительных шунтов получить достоверную картину процесса изменения тока не удается.

В этом случае следует применять безындукционные шунты специальной конструкции и принимать меры предосторожности при выполнении цепи, по которой напряжение с безындукционного шунта поступает на электронный осциллограф.

Наиболее распространенная конструкция современного безындуктивного (точнее, малоиндуктивного) шунта представляет собой коаксиальный цилиндр (рис. 6.4), внешняя оболочка которого выполняется из относительно высокоомного материала (нихрома, манганина, стали и т! п.). В зависимости от материала и конструкции такого шунта его омическое сопротивление может лежать в пределах от нескольких миллиом до десятых долей ома.

Метод измерения тока посредством безындукционных шунтов позволяет получить абсолютные значения в течение всего процесса. Точность в зависимости от тщательности калибровки шунтов и электронного осциллографа составляет 5—10%. Формы кривых на экране осциллографа достаточно точно отражают реальное изменение тока.

Рис. 6.4. Конструкция безындуктивного шунта

Относйтельно большое сопротивление безындуктивного шунта в некоторых случаях может внести значительные искажения в исследуемый процесс и изменить значение тока, протекающего через данный СПП. Например, если исследуется преобразовательная установка с низким напряжением или измеряется распределение тока между параллельно работающими тиристорами, то при использовании безындуктивного шунта невозможно получить правильную картину явлений. В других случаях большие выделяющиеся потери в безындукционном шунте и его значительные габариты не позволяют расположить его в непосредственной близости к исследуемому СПП.

Установка шунта требует нарушения монтажных соединений схемы ПУ.

Рис. 6.5. Схема устройства индуктивного датчика мгновенных значений тока СПП

Рис. 6.6. Эквивалентная схема электрических цепей индуктивного датчика тока

Все это затрудняет или исключает возможность применения безындукционных шунтов при исследовании ПУ, находящихся в эксплуатации. Поэтому безындукционные шунты используют как эталон для калибровки других средств измерения мгновенных значений тока.

Наиболее перспективным для ПУ является применение индуктивных датчиков тока, подробно рассмотренных в § 6.2. Но необходимость фиксации изменения тока на временных интервалах длительностью около с требует внесения определенных изменений как в конструкцию датчика, так и в схему интегрирования сигнала датчика.

На рис. 6.5 показана принципиальная схема устройства для измерения мгновенных значений тока СПП. На провод 1 надет цилиндр из немагнитного диэлектрического материала 2, на котором имеется обмотка L. Напряжение этой обмотки поступает на интегрирующую цепь, содержащую сопротивление и конденсатор С. Выходной сигнал снимается с конденсатора С, при этом

где - напряжение на конденсаторе; - ток заряда конденсатора; -напряжение на выходе обмотки датчика; Ф — магнитный поток, охватываемый обмоткой; - число витков обмотки; - сечение, охватываемое обмоткой; - длина пути магнитного потока в катушке 2; — магнитная проницаемость вакуума, равная ; - ток в проводе .

Рис. 6.7. Эквивалентная схема датчика тока с высокоомной обмоткой

Рис. 6.8. Схема замещения для датчика тока с высокоомной обмоткой и компенсирующим сопротивлением

При больших значениях и малых интервалах времени на выходном сигнале датчика существенно сказываются распределенные индуктивности и паразитные емкости схемы и монтажа.

На рис. 6.6 приведена схема замещения устройства, показанного на рис. 6.5, с учетом дополнительных индуктивностей и распределенных емкостей.

Индукционный датчик тока изображен в виде индуктивности L. Межвитковая емкость обмотки датчика показана в виде конденсатора , а интегрирующая цепь представлена сопротивлением и конденсатором .

Из рис. 6.6 видно, что при высоких частотах, когда небольшая емкость начинает играть заметную роль, ответвляя на себя часть тока обмотки датчика, выходной сигнал будет сильно искажаться. Поэтому первым шагом является устранение влияния межвитковой емкости за счет выполнения обмотки датчика проводом из металла с высоким удельным сопротивлением. Тогда сопротивление интегрирующей цепи вводится внутрь обмотки датчика, а межвитковая емкость суммируется с емкостью интегрирующей цепи (рис. 6.7).

Полная схема замещения устройства измерения мгновенных значений тока дана на рис. 6.8. Здесь - индуктивность обмотки датчика, — индуктивность рассеяния обмотки, — сопротивление обмотки, - межвитковая емкость обмотки индуктивного датчика, - емкость интегрирующей цепи, - компенсирующее сопротивление.

На рис. 6.9, 6.10 показаны осциллограммы тока тиристора, снятые с помощью датчика тока (рис. 6.9) и безындуктивного шунта (рис. 6.10). Параметры датчика тока: Ом; Ом.

Рис. 6.9. Осциллограмма тока тиристора, снятая с помощью безындуктивного шунта

Рис. 6.10. Осциллограмма тока, снятая посредством индуктивного датчика тока

Датчик тока выполнен на немагнитной диэлектрической полой цилиндрической катушке с внешним диаметром 4, внутренним диаметром 3,6 см, высотой 3,75 см, первичная обмотка имеет 1 виток, вторичная обмотка витков, нихром диаметром 0,05 мм с эмалевой изоляцией. Конденсатор безындуктивный.

Из осциллограмм видно, что ток нарастает со скоростью , изменяется по синусоидальному закону, достигая амплитуды 600 А, спадает до Нуля, затем протекает обратный ток, нарастающий до 170 А и спадающий со скоростью . Сравнение осциллограмм рис. 6.9 и 6.10 показывает, что они практически идентичны.

Из осциллограмм, снятых с помощью устройства с индукционным датчиком, можно определить остаточный заряд и амплитуду динамического обратного тока.

Наиболее точным методом измерения (до ) является измерение напряжения с помощью осциллографа на калиброванной индуктивности, последовательно включенной в цепь тока. Значение индуктивности должно составлять или . При конструировании индуктивности необходимо обеспечить достаточную жесткость обмотки для сохранения ее постоянного значения. Целесообразно взять катушку в виде тороида с сечением примерно , диаметром около 10 см из немагнитного диэлектрического материала. Обмотка выполняется многожильным проводом и состоит из четырех — восьми параллельных ветвей с одинаковым числом витков. Число витков в ветви три — шесть сечение выбирается исходя из получения минимума омического сопротивления при заданном эффективном значении тока в цепи измерения. Применение тороидальной формы катушки сводит к минимуму влияние внешних полей. Калиброванная индуктивность может быть снабжена вторичной обмоткой, но необходимо, чтобы индуктивность рассеяния между обмотками была сведена к минимуму.

При больших токах (более нескольких килоампер) напряжение для измерения можно снимать с калиброванного участка шины. Целесообразно снимать падение напряжения на индуктивности не непосредственно с шины. Для этого следует проложить провод возможно ближе к шине, чтобы было обеспечено минимальное влияние внешних магнитных полей на измерительный контур.

Калибровка измерительного реактора производится либо непосредственным измерением индуктивности, либо измерением методом амперметра и вольтметра. В последнем случае реактор может быть присоединен к сильноточной обмотке прецизионного измерительного трансформатора тока (например, типа , измерительные приборы могут быть включены в цепи первичной обмотки. Для получения большего значения напряжения и увеличения точности измерений целесообразно измерительную схему питать от источника переменного напряжения повышенной частоты, например 400 Гц.

Измерив , можно рассчитать амплитуду установившегося аварийного тока по формуле

где — угловая частота переменного напряжения, ; а — фазовый угол регулирования, при котором определялось . град; — угол коммутации, . град.

Отсюда может быть определена максимально возможная амплитуда аварийного тока с учетом переходного процесса: