مبدأ القياس تركيب واختبار المحولات الإلكترونية المركبة
1 مبدأ القياس للمحولات الإلكترونية المركبة
1.1 مبدأ قياس الجهد
تستخدم المحولات الإلكترونية طريقة التقسيم الكهربائي لقياس الجهد. بما أن الجهد عبر المكثف لا يمكن أن يتغير فجأة، فإن الجهد الثانوي المستخرج مباشرة عبر التقسيم الكهربائي يعاني من استجابة عابرة ضعيفة ودقة قياس منخفضة. لتحسين دقة القياس، يتم توصيل مقاومة عينة دقيقة بالتوازي مع المكثف ذو الجهد المنخفض. مبدئه موضح في الشكل 1.
في الشكل 1، تحت شرط
الجهد الخرج للمكثف القاطع يتناسب مع المشتق الزمني للجهد المقاس. بإضافة رابط التكامل، يمكن قياس الجهد الأساسي.
في الشكل 1، بما أن معظم الانخفاض في الجهد يحدث عبر C1، هناك متطلبات عالية جداً لعزل المكثف C1. في محولات الجهد الكهرومغناطيسية، يتم استخدام المكثفات الكهربائية بشكل عام، بينما في محولات الجهد الإلكترونية، لا يتم استخدام المكثفات الكهربائية بدلاً من ذلك يتم استخدام المكثفات المكافئة.
هيكل المكثف القاطع هو أن أسطوانة مصنوعة من مادة عازلة يتم تغليفها على قضيب موصل. ثم يتم تثبيت لوحة دوائر مرنة ثنائية الطبقة على خارج الأسطوانة. المقاومة الدقيقة هي مقاومة رقاقة مثبتة على الطبقة الخارجية للوحة الدوائر المرنة. مخطط الهيكل للمكثف القاطع موضح في الشكل 2.
السعة C1 تتشكل بواسطة الأسطوانة الداخلية. القضيب الموصل يعادل لوحة كهرباء واحدة، والأفلام النحاسية الداخلية للوحة الدوائر المرنة تعادل اللوحة الأخرى، مع المادة العازلة كوسط. السعة C2 تتشكل بواسطة الأسطوانة الخارجية. الأفلام النحاسية الثنائية الجانب للوحة الدوائر المرنة الثنائية الطبقة تعادل لوحات الكهرباء، والمواد الأساسية للوحة الدوائر المرنة مثل البولييميد تخدم كوسط. صورة مقطعية شعاعية له موضحة في الشكل 3. السعة المكافئة C يمكن حسابها بالصيغة.
في الصيغة: r1 هو نصف قطر الدائرة الداخلي للأسطوانة؛ r2 هو نصف قطر الدائرة الخارجي للأسطوانة؛ H هو طول لوحة الدوائر المطبوعة المرنة؛ εr هو ثابت النفاذية النسبية للمحلول؛ ε0 هو ثابت النفاذية الفراغ.
1.2 مبدأ قياس التيار
تستخدم المحولات الإلكترونية ملفات روغوفسكي لقياس التيار. العلاقة بين الجهد الخرج الثانوي والتيار الداخل الأساسي هي كما يلي:
في الصيغة، M هي ثابتة غير ذات صلة بموقع التيار المقاس. جهد الخرج لملف روغوفسكي يتناسب مع مشتق التيار المقاس. لذلك، بإضافة رابط التكامل بعد الخرج لملف روغوفسكي، يمكن استعادة التيار المقاس.
في هذا المشروع، ملف روغوفسكي هو ملف روغوفسكي مصنوع من لوحة دوائر مطبوعة. حساسيته ودقة القياس والاستقرار الأداء وقابلية التبديل بين المنتجات وكفاءة الإنتاج كلها أفضل من ملفات التفاف تقليدية.
للتقليل من تداخل المجال المغناطيسي وتحسين دقة القياس، يتم عادة استخدام ملف روغوفسكي مصنوع من لوحة دوائر مطبوعة بملفين متصلين سلسلة ليشكلوا مدخلًا تفاضليًا. اتجاهات التفاف هذين الملفين الثنائيين للدوائر المطبوعة مختلفة. أحدهما متفاف وفقًا لقاعدة اليد اليمنى، والآخر متفاف وفقًا لقاعدة اليد اليسرى. بهذه الطريقة، يتم إنتاج جهدين موجهين بقطبيتين معاكستان، وجهد الخرج المتصل سلسلة يكون ضعف جهد الخرج لملف روغوفسكي واحد، كما هو موضح في الشكل 4.
1.2 مبدأ قياس التيار (المتابعة)
بسبب اختلاف معاملات التمدد الحراري للأفلام النحاسية والقاعدة PCB، تختلف كمية التشوه عند تغيير درجة الحرارة. لتقليل الأخطاء الناجمة عن التشوه ومنع انكسار الأفلام النحاسية، تخضع ملفات PCB المصنعة لعملية الشيخوخة الحرارية. هذه العملية، من ناحية، تفرج عن الإجهاد الداخلي للملفات لتقليل الأخطاء، ومن ناحية أخرى، تعمل على فحص الملفات.
على الرغم من أن ملفات روغوفسكي ذات الخرج التفاضلي لها قدرة قوية على القمع المشترك، إلا أن التداخل الكهربائي 10 كيلو فولت لا يزال كبيراً. لذا، من الضروري تغليف ملفات روغوفسكي بورق نحاسي وتوصيله بالأرض.
2 مبدأ التركيب للمحولات الإلكترونية المركبة
2.1 مخطط كتلة التركيب للمحولات الإلكترونية المركبة
مخطط الكتلة للمحول الإلكتروني المركب موضح في الشكل 5. يتم تحويل الجهد والتيار الأساسيين إلى إشارات ثانوية بواسطة المكثف وملف روغوفسكي. من خلال دمج وإزاحة الطور للإشارات الثانوية، يمكن الحصول على إشارات تناسبية للإشارات الأساسية. لتحسين الدقة، يمكن تحقيق التكامل وتعويض الطور للإشارات القياسية من خلال طرق معالجة الإشارة الرقمية. ومع ذلك، فإن المعالجة الرقمية لها تأخير معين ولا يمكنها أن تعكس الإشارات الأساسية في الوقت الحقيقي. لذا، ليست هذه طريقة معالجة مناسبة للإشارات الحامية. بما أن الإشارات الحامية تتطلب متطلبات أقل لدقة القياس، يمكن استخدام الدوائر التناظرية مباشرة لعمليات التكبير والتكامل وتعويض الطور.
2.2 هيكل رأس الاستشعار للمحول الإلكتروني المركب
يتم تغليف وحدة قياس الجهد ووحدة قياس التيار في المحول الإلكتروني المركب في الهيكل الموضح في الشكل 6 باستخدام صب الايبوكسي بالفراغ.
يتم صب ملف روغوفسكي على الحافلة الحاملة للتيار. بعد التكبير، يتم إرسال إشارة الخرج للملف عبر خط إشارة إلى الطرف الخرج. بما أن المكبر يحتاج إلى تغذية مزدوجة، يتم استخدام 3 من الخطوط المتعددة النواة لإرسال الطاقة.
نظرًا لعدم وجود تيار يمر عبر القضيب الموصل لمحول الجهد، ولزيادة المسافة الزحفية، يتم استخدام هيكل حيث القضيب الموصل والحافلة الحاملة للتيار عموديان على بعضهما البعض.
بما أن رأس الاستشعار هو من النوع النشط، فإن عمر خدمة المكونات الإلكترونية يقيد بشدة عمر خدمة رأس الاستشعار للمحول الإلكتروني. لذا، يجب أن تخضع جميع المكونات لعملية الفحص بالشيخوخة قبل الاستخدام.
لتحسين نسبة الإشارة إلى الضوضاء، يتم تكبير إشارات التيار والجهد داخل رأس الاستشعار. دائرة التكبير لإشارة التيار موجودة على ملف الدائرة المطبوعة، ودائرة التكبير لإشارة الجهد موجودة على اللوحة الدوائر المرنة. يتم استخدام مكبرات أدوات قياس عالية الأداء كمكبرات.
3 اختبار المحول الإلكتروني المركب
وفقًا للمبادئ والهيكل المذكورين أعلاه، بالإضافة إلى معايير IEC 60044-7 و IEC 60044-8، تم تصميم نموذج أولي لمحول جهد/تيار إلكتروني متكامل بـ 10 كيلو فولت/600 أمبير. بالنسبة لمحول الجهد، تكون دقة القياس من المستوى 0.5، ومستوى الحماية هو 3P؛ بالنسبة لمحول التيار، تكون دقة القياس من المستوى 0.2، ودقة الحماية هي 5P20.
خلال الاختبار، يتم تمرير تيارات مختلفة عبر المحول الإلكتروني ويتم تطبيق جهود مختلفة عليه. يتم إخراج الخرج الثانوي عبر منفذ رقمي. بعد عرضه بواسطة وحدة العرض الرقمية، يتم مقارنته بمحول التيار المرجعي ومحول الجهد المرجعي. دقة القياس تلبي متطلبات التصميم.
في نفس الوقت، يتم إجراء اختبارات تحمل الجهد الترددي وتصريف الجزء المحلي وضربة البرق والتوافق الكهرومغناطيسي على النموذج الأولي. نجاح هذه الاختبارات يشير إلى صحة خطة التصميم.
4 استنتاجات
(1) باستخدام مكثف قاطع مكون من مكثفات مكافئة وملف روغوفسكي مصنوع من لوحة دوائر مطبوعة كحساسات للجهد والتيار، فإنه يتمتع بهيكل بسيط وقابلية تبديل جيدة ودقة قياس عالية.
(2) من خلال استخدام تقنيات لوحات الدوائر المطبوعة واللوحات الدوائر المرنة، يمكن بناء دائرة التكبير داخل رأس الاستشعار، مما يحسن نسبة الإشارة إلى الضوضاء للإشارة المقاسة.
(3) الجمع بين محول الجهد الإلكتروني ومحول التيار الإلكتروني في واحد لتشكيل محول جهد-تيار مركب يمكنه ليس فقط تقليل تكلفة المعدات الأساسية ولكن أيضًا تحسين دقة وسعة الدائرة الثانوية لجهد الخط الواحد. يلبي متطلبات جديدة لقياس الثانوي والحماية ويتوافق أيضًا مع مفهوم السيطرة لنظام الطاقة الحديث الذي يعتبر فواصل المفاتيح الوحدات.
