Hogyan működik az áramváltó

2009/7-8. lapszám | Pástyán Ferenc | 60 118 |

Figylem! Ez a cikk 15 éve frissült utoljára. A benne szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).

Az elektrotechnikai gyakorlatban az áramváltókat elsősorban mérési célokra használják, de a kialakítástól függően ezek az eszközök védelmi célokat is szolgálhatnak. Ha egy áramkörben folyó áram értéke túl nagy ahhoz, hogy közvetlenül mérjük a mérőműszerrel, az áramváltó segítségével a primer körben folyó áram „letranszformálható” a műszer által jól mérhető értékre, és ugyanakkor az áramváltó a mérőműszerünket galvanikusan is elválasztja a mért áramkörtől.

A primer körben folyó tényleges áram értékét a „letranszformálási” állandóval történő szorzással kapjuk meg. Ezt az állandót a gyakorlatban az áramváltó áttételének nevezzük.

Mi az áramváltó?

Az áramváltó lényegében egy transzformátor, amely egy primer és egy szekunder tekerccsel rendelkezik és a mérendő áramkörbe a terheléssel sorba van kötve, azaz rajta a terhelés által meghatározott áram folyik keresztül. A működés alapját (eltekintve a veszteségektől) az Ip * Np = Is * Ns egyenlet írja le, ahol I=áram és N=menetszám, p=primer, s=szekunder.

Más szavakkal, a primer oldali menetszám és áram szorzata egyenlő a szekunder oldali menetszám és áram szorzatával. Ha a primer oldali menetszám, ahogy ez általában igaz a gyakorlatban, egyenlő 1-el, akkor láthatóan adott primer áram mellett a szekunder áram értéke a szekunder menetszámmal változtatható. Így pl. ha 300 A-t akarunk mérni és a kimeneten 1 A szekunder áram felel meg a primer oldali 300 A-nek, a szekunder oldali menetszám 300 lesz, a primer oldali menetszám pedig 1, hiszen az maga az az áramvezető (kábel), amelyiken az áramot (300 A) mérjük.

Az áramváltó gyakorlati felépítése

A szekunder tekercs egy gyűrű alakú vasmagon foglal helyet, a primer áramvezető a gyűrűn megy keresztül.

Az áramváltók alkalmazásánál nagyon kell ügyelni arra, hogy a kimenet mindig terhelve legyen. A kimeneti Is áram akkor is át akar folyni a kimeneti Rs terhelésen, ha az szakadás. Ebben az esetben a végtelen ellenálláson igen nagy feszültségek jelennek meg, amelyek tönkreteszik az áramváltót. Minél kisebb a kimenetet terhelő ellenállás (Rs), annál jobb, ezért kis bemeneti ellenállással rendelkező árammérőkkel csatlakozhatunk a kimenetre. Elektronikus áramköröknél ügyelni kell, hogy a csatlakozó áramkör bemenete kis ellenállású legyen. Az áramváltókat rövidrezáró csatlakozó lemezzel szállítják. Ez a rövidrezáró lemez csak az áramváltó beszerelése és a mérőáramkörbe történő bekötése után távolítható el. Kiszereléskor célszerű ezt a rövidrezáró lemezt visszahelyezni.

Az áramváltók szabványos kimeneti áramokkal (1 A, 5 A), IEC 60044-1 szerinti osztálypontossággal (1, 0.1, 0.2s, 0.2, 0.5, 0.5s, 1 és 3) és terhelhetőséggel (1.5, 3, 5, 10, 15, 20, 30, 45 és 60 VA) készülnek. Megjegyzendő, hogy a pontosság függ a terheléstől, ezért egy nagyobb terhelhetőségű áramváltót kisebb terheléssel járatva megadottól jobb pontosságot érhetünk el. Az áramváltók jellemző paramétere még az áttétel, amely a primer és szekunder áram hányadosa, pl. 1000/5 áttételű áramváltó jelentése: 1000 A primer és 5 A szekunder áram.

A lakatfogók mérőfejében is egy áramváltó foglal helyet, azonban ez a használhatóság érdekében nyitható kivitelű. A nyitható áramváltóknak felel meg az osztott vasmagos áramváltó. Ennek előnye, hogy az áramváltó a hálózatba, annak megbontása nélkül szerelhető be, illetve ki, ami az utólagos szerelés és karbantartás szempontjából igen előnyös.

A fent ismertetett működési leírás váltakozó áramokra igaz, és az ezen az elven működő áramváltók is természetszerűleg váltakozó áramú hálózatokban használhatók: a működési elvből adódóan nem kívánnak külön tápfeszültséget.

A méréstechnikában azonban szükség van olyan áramváltókra is, amelyek a kimenetükön ipari egységjelet (0-20 mA, 4-20 mA DC, 5 V, 10 V DC) szolgáltatnak. Ennek a célnak a megvalósítására az áramváltókba külön elektronikát építenek be, amelyek gondoskodnak az áramváltó kimenő jelének feldolgozásáról. Ezek az áramváltók már külön tápfeszültséget (DC vagy AC) igényelnek a működéshez.

Egyenáramú áramváltó

Egyenáramú áramváltó a fenti működési elv alapján nem készíthető, azonban a Hall-elemet használva készíthető egyenáramú áramváltó is. A működési elvet a mellékelt ábrák mutatják. Az Ip primer áram által létrehozott mágneses fluxus áthalad a nyitott toroid hasítékában elhelyezett Hall-elemen. A Hall-elem kimenetén a mágneses fluxussal, azaz az azt létrehozó árammal arányos jel jelenik meg. Az áramváltóba beépített elektronika a Hall-elem jelét dolgozza fel és jeleníti meg ipari egységjelként a kimeneten. Az áramváltó természetszerűleg küldő táplálást igényel. A beépített árakörtől és a külső tápfeszültségtől függően az áramváltó kimenete egy- vagy kétpolaritású (+/-) lehet.