Prinsip Pengukuran Komposisi dan Pengujiannya bagi Transformator Elektronik Bergabung

1 Prinsip Pengukuran Penjana Elektronik Gabungan
1.1 Prinsip Pengukuran Voltan

Penjana elektronik mengukur voltan menggunakan kaedah pembahagian voltan kapasitif. Kerana voltan merentasi kapasitor tidak boleh berubah secara tiba-tiba, voltan sekunder yang diperoleh secara langsung melalui pembahagian voltan kapasitif mempunyai sambutan sementara yang buruk dan ketepatan pengukuran yang rendah. Untuk meningkatkan ketepatan pengukuran, resistor sampel tepat disambung selari merentasi kapasitor voltan rendah. Prinsipnya ditunjukkan dalam Rajah 1.

Dalam Rajah 1, di bawah keadaan yang

Voltan keluaran kapasitor pembahagi voltan adalah berkadar dengan terbitan masa daripada voltan yang diukur. Dengan menambah hubungan kamiran, voltan utama boleh diukur.

Dalam Rajah 1, kerana sebahagian besar jatuh voltan berlaku merentasi C₁, terdapat keperluan insulasi yang sangat tinggi untuk kapasitor C₁. Dalam penjana voltan elektromagnetik, kapasitor kuasa biasanya digunakan, manakala dalam penjana voltan elektronik, kapasitor kuasa tidak digunakan; sebaliknya, kapasitor setara digunakan.

Struktur kapasitor pembahagi voltan adalah silinder yang dibuat daripada bahan insulator dipasangkan pada batang konduktor. Kemudian, lapan papan litar fleksibel dilampirkan ke luaran silinder. Resistor tepat adalah resistor cip yang dilekatkan pada lapisan luar papan litar fleksibel. Gambar rajah struktur skematik kapasitor pembahagi voltan ditunjukkan dalam Rajah 2.

Kapasitansi C₁ dibentuk oleh silinder lapisan dalaman. Batang konduktor setara dengan satu plat elektrod, dan filem tembaga dalaman papan litar fleksibel setara dengan plat elektrod yang lain, dengan bahan insulator sebagai dielektrik. Kapasitansi C₂ dibentuk oleh silinder lapisan luar. Filem tembaga dua sisi papan litar fleksibel dua lapisan setara dengan plat elektrod, dan bahan asas papan litar fleksibel, seperti poliimida, bertindak sebagai dielektrik. Pandangan rentasan radialnya ditunjukkan dalam Rajah 3. Kapasitansi setara C boleh dikira menggunakan Formula.

Dalam formula: r₁ adalah jejari dalaman silinder; r₂ adalah jejari luar silinder; H adalah panjang papan litar cetak fleksibel; ε_r adalah permittiviti relatif elektrolit; ε₀ adalah permittiviti vakum.

1.2 Prinsip Pengukuran Arus

Penjana elektronik menggunakan gegelung Rogowski untuk mengukur arus. Hubungan antara voltan keluaran sekunder dan arus input utama adalah seperti berikut:

Dalam formula, M adalah pemalar yang tidak berkaitan dengan kedudukan arus yang diukur. Voltan keluaran gegelung Rogowski adalah berkadar dengan terbitan arus yang diukur. Oleh itu, dengan menambah hubungan kamiran selepas output gegelung Rogowski, arus yang diukur boleh dipulihkan.

Dalam projek ini, gegelung Rogowski adalah gegelung Rogowski yang dibuat daripada papan litar cetak. Kesan peka, ketepatan pengukuran, kestabilan prestasi, ketergantian produk, dan kecekapan pengeluarannya semua lebih unggul daripada gegelung yang dililit secara tradisional.

Untuk mengurangkan gangguan medan magnet aksesori dan meningkatkan ketepatan pengukuran, gegelung Rogowski yang dibuat daripada papan litar cetak biasanya menggunakan dua gegelung yang disambung selari untuk membentuk input diferensial. Arah pelilitan kedua-dua gegelung PCB ini berbeza. Satu ditulis mengikut peraturan tangan kanan, dan yang lain ditulis mengikut peraturan tangan kiri. Dengan cara ini, dua voltan teraruh dengan polariti yang berlawanan dihasilkan, dan voltan keluaran sambungan selari adalah dua kali ganda voltan sebuah gegelung Rogowski, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 4.

1.2 Prinsip Pengukuran Arus (Lanjutan)

Disebabkan oleh koefisien ekspansi termal yang berbeza antara filem tembaga dan substrat PCB, jumlah deformasi mereka berbeza apabila suhu berubah. Untuk mengurangkan ralat yang disebabkan oleh deformasi dan mencegah putus filem tembaga, gegelung PCB yang dibuat menjalani proses penuaan suhu. Proses ini, di satu sisi, melepaskan tekanan dalaman gegelung untuk mengurangkan ralat, dan di sisi lain, bertindak untuk menyaring gegelung.

Walaupun gegelung Rogowski dengan output diferensial mempunyai keupayaan penindasan mod bersama yang kuat, gangguan medan elektrik 10 kV masih signifikan. Oleh itu, perlu untuk membungkus gegelung Rogowski dengan foil tembaga dan mengebumikan foil tembaga tersebut.

2 Prinsip Susunan Penjana Elektronik Gabungan
2.1 Gambarajah Blok Susunan Penjana Elektronik Gabungan

Gambarajah blok penjana elektronik gabungan ditunjukkan dalam Rajah 5. Voltan utama dan arus diubah menjadi isyarat sekunder oleh kapasitor dan gegelung Rogowski. Dengan mengamir dan mengimbangi fasa isyarat sekunder, isyarat yang berkadar dengan isyarat utama boleh diperoleh. Untuk meningkatkan ketepatan, pengamiran dan pengimbangan fasa isyarat pengukuran boleh dicapai melalui kaedah pemprosesan isyarat digital. Walau bagaimanapun, pemprosesan isyarat digital mempunyai penundaan tertentu dan tidak dapat mencerminkan isyarat utama secara real-time. Oleh itu, kaedah pemprosesan ini tidak sesuai untuk isyarat perlindungan. Sejak isyarat perlindungan mempunyai keperluan yang lebih rendah untuk ketepatan pengukuran, litar analog boleh digunakan secara langsung untuk pengamplifikasi, pengamiran, dan pengimbangan fasa.

2.2 Struktur Kepala Sensing Penjana Elektronik Gabungan

Penjana elektronik gabungan mengemas unit pengukuran voltan dan unit pengukuran arus ke dalam struktur yang ditunjukkan dalam Rajah 6 menggunakan pencetakan vakum resin epoksi.

Gegelung Rogowski dicetak ke atas busbar bawaan arus. Selepas pengamplifikasi, isyarat output gegelung dihantar ke terminal output melalui talian isyarat. Kerana pengamplifikasi memerlukan bekalan kuasa dwikutub, 3 dari talian isyarat multi-inti digunakan untuk penghantaran kuasa.

Kerana tiada arus yang mengalir melalui batang konduktor penjana voltan, dan untuk meningkatkan jarak jelajah, struktur di mana batang konduktor dan busbar bawaan arus tegak lurus satu sama lain digunakan.

Kerana kepala sensing adalah jenis aktif, umur hidup komponen elektronik sangat membatasi umur hidup kepala sensing penjana elektronik. Oleh itu, semua komponen mesti menjalani penyaringan penuaan sebelum digunakan.

Untuk meningkatkan nisbah isyarat-hingar, isyarat arus dan voltan diamplifikasi di dalam kepala sensing. Litar amplifikasi untuk isyarat arus berada pada gegelung PCB, dan litar amplifikasi untuk isyarat voltan berada pada papan litar fleksibel. Amplifier instrumen prestasi tinggi digunakan untuk amplifier.

3 Ujian Penjana Elektronik Gabungan

Berdasarkan prinsip dan struktur yang disebutkan di atas, serta piawaian IEC 60044-7 dan IEC 60044-8, prototaip penjana elektronik gabungan 10 kV/600 A telah direka. Untuk penjana voltan, ketepatan pengukuran adalah Kelas 0.5, dan tahap perlindungan adalah 3P; untuk penjana arus, ketepatan pengukuran adalah Kelas 0.2, dan ketepatan perlindungan adalah 5P20.

Semasa ujian, arus yang berbeza dialirkan melalui penjana elektronik dan voltan yang berbeza dikenakan kepadanya. Output sekunder dikeluarkan melalui port digital. Setelah ditunjukkan oleh unit paparan digital, ia dibandingkan dengan penjana arus rujukan dan penjana voltan rujukan. Ketepatan pengukurannya memenuhi keperluan reka bentuk.

Pada masa yang sama, ujian tekanan frekuensi kuasa, pelepasan separa, impuls petir, dan serasi electromagnetic dilakukan pada prototaip. Lulusan ujian ini menunjukkan betulnya skema reka bentuk.

4 Kesimpulan

(1) Menggunakan kapasitor pembahagi voltan yang terdiri daripada kapasitor setara dan gegelung Rogowski yang dibuat dengan papan litar cetak sebagai sensor voltan dan arus, ia mempunyai struktur yang mudah, ketergantian produk yang baik, dan ketepatan pengukuran yang tinggi.

(2) Dengan menggunakan teknologi papan litar cetak dan papan litar cetak fleksibel, litar amplifikasi boleh dibina di dalam kepala sensing, meningkatkan nisbah isyarat-hingar isyarat pengukuran.

(3) Menggabungkan penjana voltan elektronik dan penjana arus elektronik menjadi satu untuk membentuk penjana voltan-arus gabungan tidak hanya dapat mengurangkan kos peralatan utama tetapi juga meningkatkan ketepatan dan kapasiti litar sekunder untuk voltan garisan tunggal. Ia memenuhi keperluan baru untuk pengukuran sekunder dan perlindungan, serta sesuai dengan konsep kawalan sistem kuasa moden yang mengambil interval peralatan pemutus sebagai unit.