A Stromwandler ist ein Messwandler, bei dem der Sekundärstrom unter normalen Betriebsbedingungen im Wesentlichen proportional zum Primärstrom ist und von diesem in der Phase um einen Winkel abweicht, der ungefähr Null beträgt.
Die Auslegung und Prüfung von Stromwandlern ist in der Norm IEC 61869-2:2012 (ersetzt IEC 60044-1:1996) geregelt.
Das Funktionsprinzip eines Stromtransformators ist das gleiche wie das eines Leistungstransformators. Der Stromwandler hat eine Primär- und eine Sekundärwicklung. Ein Wechselstrom, der in der Primärwicklung fließt, induziert einen Wechselstrom in der Sekundärwicklung.
Die Primärwicklung kann eine einzige Windung oder eine geringe Anzahl von Windungen haben, die Sekundärwicklung hat je nach Übersetzungsverhältnis viel mehr Windungen. Die Nennübersetzung ist das Verhältnis zwischen dem Primärnennstrom und dem Sekundärnennstrom.
Unten sehen Sie eine einfache Schaltung mit einer einwindigen 10-A-Primärwicklung und einem 1000-T-Stromwandler mit einer Nennlast von R 100 Ω.
Ip = 10
Is = 10/1000 = 10 mA
Vb = 10 mA × 100 = 1 V
Die Sekundärwicklung wird am Nennlastwiderstand abgeschlossen, dem Wert, auf dem die Genauigkeitsanforderungen des Stromwandlers beruhen.
Bei einem idealen Stromwandler spiegelt der Strom in der Sekundärwicklung den tatsächlichen Primärstrom ohne Stromverhältnisfehler oder Phasenverschiebung wider. Unter normalen Bedingungen kommt es jedoch zu einem Stromverhältnisfehler und einer Phasenverschiebung zwischen Primär- und Sekundärstrom.
Fehler im aktuellen Verhältnis
Der Current Ratio Error in Prozent wird durch die folgende Formel angegeben:
Wo:
Kn = Nennübersetzungsverhältnis
Ip = Tatsächlicher Primärstrom
Is = Tatsächlicher Sekundärstrom, wenn Ip fließt, unter den Bedingungen der Messung
Phasenverschiebung
Die Phasenverschiebung ist die Phasendifferenz zwischen dem primären und dem sekundären Stromvektor: θ=Phasenwinkelfehler, der bei einem idealen Stromwandler null ist.
Wo:
I1 = Primärstrom
I2 = Sekundärstrom
N = Sekundärwindungen
Im = Erregerstrom
Ir = Reaktive Komponente von Im
Iw = Watts Verlustkomponente von Im
V = Sekundärspannung
R2 = Bürde Ω
θ = Phasenwinkelfehler
e = Fehler des aktuellen Verhältnisses
Aus dem Diagramm geht der Primärstrom I1 unterscheidet sich von dem sekundären I2 in Betrag und Phasenwinkel.
Der Winkelfehler θ ist Sin-1 Ir/I1 und Größe von I1 = √{ (I2N2 + Iw)2 + Ir2 }
In der Praxis ist der Winkel so klein, dass Näherungswerte möglich sind:
θ = Ir/I1 Radiant und I1 = I2N2 + Iw
d.h. der Stromfehler ist auf die Wattverlustkomponente zurückzuführen und der Phasenwinkel ist proportional zur Blindkomponente Ir.
Der Übersetzungsfehler kann durch Änderung des Windungsverhältnisses, d. h. ± Sekundärwindungen, korrigiert werden.
PDer Hasenwinkel kann nicht korrigiert werden, da er von der reaktiven Komponente der Erregungseigenschaften des Kerns abhängt.
Genauigkeitsklasse
Die Genauigkeitsklasse ist eine Bezeichnung für einen Stromwandler, bei dem die Fehler unter vorgeschriebenen Einsatzbedingungen innerhalb bestimmter Grenzen bleiben.
Wenn beispielsweise die Genauigkeitsklasse eines Stromwandlers 1 ist, beträgt der Übersetzungsfehler ±1% beim primären Nennwert.
Bei Messstromwandlern sind die Genauigkeitsklassen typischerweise 0,1, 0,2, 0,5 und 1
Für die Klassen 0,1, 0,2, 0,5 und 1 dürfen der Stromfehler und die Phasenverschiebung die in Tabelle 201 angegebenen Werte nicht überschreiten, wenn die Sekundärbürde einen Wert zwischen 25% und 100% der Nennbürde hat.
Schlussfolgerung
Stromwandler eignen sich für verschiedene Anwendungen, und es gibt zahlreiche Stromwandlerausführungen, die für diese Anwendungen geeignet sind. Wir werden diese verschiedenen Stromwandlertypen in Teil 2 dieser Serie.
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