Meetingsprinsep Samenstelling en Toetsing van Gekombineerde Elektroniese Transformators
1 Meetprinsipe van gekombineerde elektroniese transformateurs
1.1 Spanningsmeetprinsipe
Elektroniese transformateurs meet spanning deur die gebruik van die kapasitiewe spanningsverdelingmetode. Aangesien die spanning oor 'n kondensator nie skielik kan verander nie, het die sekondêre spanning wat direk deur kapasitiewe spanningsverdeling verkry word, 'n swak oorgangsreaksie en lae meetakkuraatheid. Om die meetakkuraatheid te verbeter, word 'n presisie monsterneemweerstand parallel aan die lae-spanningskondensator aangesluit. Die prinsip is in Viguur 1 getoon.
In Viguur 1, onder die voorwaarde dat
Die uitsetspanning van die spanningsverdeelkondensator is eweredig aan die tyd-afgeleide van die gemeetewaarde. Deur 'n integrasiekoppeling by te voeg, kan die primêre spanning gemeet word.
In Viguur 1, aangesien die meeste spanningsval oor C1 plaasvind, is daar baie hoë eise vir die isolering van die kondensator C1. In elektromagnetiese spanningstransformateurs word kragkondensators algemeen gebruik, terwyl in elektroniese spanningstransformateurs kragkondensators nie gebruik word nie; eerder word ekwivalente kondensators aangewend.
Die struktuur van die spanningsverdeelkondensator is dat 'n silinder gemaak van isolerende stof oor 'n geleidende staaf gesleept word. Dan word 'n dubbel-laag buigsame printsplaat aan die buitekant van die silinder bevestig. Die presisie weerstand is 'n chip-weerstand wat aan die buitelaa van die buigsame printsplaat bevestig word. Die strukturele skematiese diagram van die kondensatorspanningsverdeler is in Viguur 2 getoon.
Die kapasiteit van C1 word gevorm deur die binnekant-silinder. Die geleidende staaf is ekwivalent aan een plaat, en die binnekant-koperfilm van die buigsame printsplaat is ekwivalent aan die ander plaat, met die isolerende stof as die dielektrikum. Die kapasiteit van C2 word gevorm deur die buitekant-silinder. Die dubbele-kant koperfilms van die dubbel-laag buigsame printsplaat is ekwivalent aan die plaatte, en die basismateriaal van die buigsame printsplaat, soos poliimide, dien as die dielektrikum. Sy radiale doorsnedeskyf is in Viguur 3 getoon. Die ekwivalente kapasiteit C kan bereken word deur Formule.
In formule: r1 is die binnestraal van die silinder; r2 is die buitestraal van die silinder; H is die lengte van die buigsame printsplank; εr is die relatiewe permitiviteit van die elektroliet; ε0 is die vakuumpermitiviteit.
1.2 Stroommeetprinsipe
Elektroniese transformateurs gebruik Rogowski spoels om stroom te meet. Die verhouding tussen die sekondêre uitsetspanning en die primêre insetstroom is as volg:
In die formule is M 'n konstante onafhanklik van die posisie van die gemeetestroom. Die uitsetspanning van die Rogowski spoel is eweredig aan die afgeleide van die gemeetestroom. Daarom, deur 'n integrasiekoppeling na die uitset van die Rogowski spoel by te voeg, kan die gemeetestroom herstel word.
In hierdie projek is die Rogowski spoel 'n Rogowski spoel gemaak van 'n printsplank. Sy sensitiefheid, meetakkuraatheid, prestasie-stabiliteit, produk-interwisselbaarheid, en produksie-effektiwiteit is allemaal beter as dié van tradisioneel gewonde spoels.
Om die interferensie van die toebhoorende magnetiese veld te verminder en die meetakkuraatheid te verbeter, gebruik die Rogowski spoel gemaak van 'n printsplank algemeen twee spoels in reeks verbinding om 'n differensiaal-inset te vorm. Die windingsrigtings van hierdie twee PCB spoels is verskillend. Een is gewond volgens die regterhandregel, en die ander volgens die linkerhandregel. Op hierdie manier word twee geïnduseerde spannings met teenoorgestelde polariteite gegenereer, en die uitsetspanning van die reeksverbinding is tweemaal dié van 'n enkele Rogowski spoel, soos in Viguur 4 getoon.
1.2 Stroommeetprinsipe (voortgeset)
As gevolg van die verskillende termiese uitbreidingskoëffisiënte van die koperfilm en die PCB-substraat, verskil hul vervormingshoeveelhede wanneer die temperatuur verander. Om foute veroorsaak deur vervorming te verminder en om koperfilm-breuk te voorkom, ondergaan die vervaardigde PCB spoels 'n temperatuur-verouderingsproses. Hierdie proses, aan die een kant, gee die spoels se interne spanninge vry om foute te minimeer, en aan die ander kant, dien dit as 'n skermproses vir die spoels.
Alhoewel Rogowski spoels met differensiaal-uitset 'n sterke gemeenskaplike modus-onderdrukkingvermoë het, bly die 10 kV-elektriese veldinterferensie beduidend. Daarom is dit nodig om die Rogowski spoels met koperfolie te bedek en die koperfolie te grondeer.
2 Samengestelde prinsipe van gekombineerde elektroniese transformateurs
2.1 Samengestelde blokdiagram van gekombineerde elektroniese transformateurs
Die blokdiagram van die gekombineerde elektroniese transformateur is in Viguur 5 getoon. Die primêre spanning en stroom word omgeskakel na sekondêre seinale deur die kondensator en die Rogowski spoel. Deur die sekondêre seinale te integreer en faseverskuif, kan seinale verkry word wat eweredig is aan die primêre seinale. Om akkuraatheid te verbeter, kan die integrasie en fasekompensasie van meetseinale deur digitale seinbewerkingsmetodes bereik word. Echter, digitale seinbewerking het 'n bepaalde vertragting en kan die primêre seinale nie in real-time weerspieël nie. Dus is hierdie bewerkingsmetode nie geskik vir beskermingseinale nie. Aangesien beskermingseinale lage eise vir meetakkuraatheid het, kan analoogkringe direk gebruik word vir versterking, integrasie, en fasekompensasie-bewerkings.
2.2 Struktuur van die sensor-hoof van die gekombineerde elektroniese transformateur
Die gekombineerde elektroniese transformateur enskapsuleer die spanningsmeeteenheid en die stroommeeteenheid in die struktuur soos in Viguur 6 getoon deur middel van epoxy-hars vakuum-gietsel.
Die Rogowski spoel word gegiet op die stroomdragende busbal. Na versterking word die spoeluitsetseinal deur 'n seinlyn gestuur na die uitsetterminal. Aangesien die versterker 'n dubbele kragtoevoer vereis, word 3 van die multi-kern seinlyne gebruik vir kragtoevoer.
Aangesien daar geen stroom deur die geleidende staaf van die spanningstransformateur vloei nie, en om die kruipafstand te verhoog, word 'n struktuur aangewend waarin die geleidende staaf en die stroomdragende busbal loodreg op mekaar is.
Omdat die sensor-hoof van aktiewe tipe is, beperk die lewensduur van elektroniese komponente streng die lewensduur van die elektroniese transformateur sensor-hoof. Daarom moet alle komponente voor gebruik verouderingsskerming ondergaan.
Om die sein-te-ruis-verhouding te verbeter, word stroom- en spanningsseinale binne die sensor-hoof versterk. Die versterkingskring vir die stroomseinal is op die PCB spoel, en die versterkingskring vir die spanningsseinal is op die buigsame printsplank. Hoogprestasie instrumentversterkers word vir die versterkers gebruik.
3 Toetsing van die gekombineerde elektroniese transformateur
Volgens die bo-vereiste prinsipes en struktuur, sowel as die IEC 60044 - 7 en IEC 60044 - 8 standaarde, is 'n 10 kV/600 A geïntegreerde spannings/stroom elektroniese transformateur prototipe ontwerp. Vir die spanningstransformateur, is die meetakkuraatheid Klas 0.5, en die beskermingsvlak is 3P; vir die stroomtransformateur, is die meetakkuraatheid Klas 0.2, en die beskermingsakkuraatheid is 5P20.
Tydens die toets, word verskillende strome deur die elektroniese transformateur gestuur en verskillende spannings daaraan toegepas. Die sekondêre uitset word deur 'n digitale poort uitgevoer. Na vertoning deur die digitale vertoningseenheid, word dit vergelyk met die verwysing stroomtransformateur en die verwysing spanningstransformateur. Sy meetakkuraatheid voldoen aan die ontwerpeise.
Tegelykertyd word netvliesfrekwensie-draagvermoë, gedeeltelike uitslae, donderimpuls, en elektromagnetiese verenigbaarheidstoetse op die prototipe uitgevoer. Die slaags van hierdie toetse wys op die korrektheid van die ontwerpskema.
4 Gevolgtrekkings
(1) Deur 'n spanningsverdeelkondensator bestaande uit ekwivalente kondensators en 'n Rogowski spoel gemaak met 'n printsplank as spannings- en stroomsensors te gebruik, het dit 'n eenvoudige struktuur, goeie produk-interwisselbaarheid, en hoë meetakkuraatheid.
(2) Deur printsplank- en buigsame printsplank-tegnologieë te gebruik, kan die versterkingskring binne die sensor-hoof gebou word, wat die sein-te-ruis-verhouding van die meetseinal verbeter.
(3) Deur die elektroniese spanningstransformateur en die elektroniese stroomtransformateur te kombineer tot 'n gekombineerde spannings-stroomtransformateur, kan dit nie net die koste van primêre toerusting verminder nie, maar ook die akkuraatheid en kapasiteit van die sekondêre kring vir die spanning van 'n enkele lyn verbeter. Dit voldoen aan die nuwe eise vir sekondêre metering en beskerming, en is ook in ooreenstemming met die beheerkonsep van moderne kragstelsels wat swaargelaaste intervalle as eenhede neem.
