Pengubah suai kuasa tradisional menghadapi masalah bawaan disebabkan oleh sensor mereka. Secara kritis, mereka penting untuk pemantauan, kawalan, dan perlindungan stesen janakuasa (contohnya, perekaman kesalahan, kawalan keselamatan). Walau bagaimanapun, transmisi tenaga elektrik yang besar melalui pembawa maklumat dan kekurangan output isyarat digital daripada sistem digital memperumit komunikasi sekunder. Kawat sekunder yang kompleks mengimbangi kebolehpercayaan tinggi mikrokomputer, memudahkan perlindungan dan peranti sekunder. Inovasi ini akan mengintegrasikan peralatan sekunder ke dalam sistem, mempercepatkan digitalisasi/komputerisasi stesen pengubah suai dan mentransformasikan automasi/perlindungan sistem kuasa.
Pengubah suai elektronik menangani isolasi transmisi optik, tetapi garis-garis voltan tinggi untuk perekaman/transmisi isyarat memerlukan tenaga DC yang stabil dan boleh dipercayai—sebuah cabaran teknikal utama yang berakar pada fizik. Medan elektromagnetik berubah-ubah di sekitar konduktor voltan tinggi yang diukur, yang dapat diperoleh melalui induksi elektromagnetik, adalah ideal (tenaga adalah “self-stimulating,” diekstrak dari dan digunakan untuk objek yang diukur, berdasarkan stimulasi elektromagnetik AC). Namun, rintangan teknikal memaksa bergantung pada kaedah yang mahal (contohnya, laser, gelombang mikro). Kertas kerja ini meneroka pengaturan diri bekalan tenaga melalui teknologi elektronik terkini, merangkumi komunikasi optik dan bahan magnet.
1 Kumparan Inti Udara
Pada tahap ini, ETA voltan tinggi menggunakan kumparan inti udara sebagai elemen pengesan. Laser semikonduktor voltan rendah, dikuasakan oleh serat optik pada garis modulasi voltan tinggi, menukar isyarat voltan. Maklumat elektrik yang diukur (dimasukkan sebagai isyarat digital) mendorong LED, dengan serat optik mentransmisikan isyarat ke sisi voltan rendah sebagai pulsa optik.
Berdasarkan perbezaan dengan pembungkusan transformer tradisional, kumparan inti udara mengikuti peraturan ketat: Pembungkusan sekunder tersebar secara merata pada rangka magnetik non-logam (penyeberangan seragam); kumparan mempunyai bentuk yang sama; setiap pembungkusan pada satah mendatar harus sejajar tegak dengan tangen cangkerang kumparan (jika tidak, ralat pengukuran meningkat). Pembungkusan separuh manual sering gagal memenuhi kriteria ini dalam praktik, meningkatkan penggunaan tenaga semasa pengeluaran berskala besar. Biasanya, ketepatan struktur kumparan inti udara mencapai 0.1% (purata 2%).
Walaupun operasi berkaitan suhu adalah mudah, piawaian IEC memerlukan keperluan kuantitatif yang jelas untuk output sekunder di bawah arus dinilai—semua penyimpangan awal dikira ke dalam ralat pengukuran. Penyelesaian atomisasi transformer inti udara dalam pengeluaran adalah penting. Transformer dengan label rintangan memerlukan kelulusan khas (dari Jabatan Perkhidmatan Elektrik dan Mekanikal) untuk output sekunder, menghalang industrialisasi. Oleh itu, struktur sensor optik kumparan inti udara baru diperlukan. Melalui teknologi PCB, penyelidik telah mengembangkan reka bentuk inovatif, meningkatkan ketepatan dan kestabilan pengukuran.
2 Ciri-ciri Transien
Dalam grid voltan tinggi, kapasiti sistem yang besar menyebabkan siklus primer yang berterusan, relatif panjang. Perlindungan relay diaktifkan semasa transisi, dengan arus pendek berjangka panjang. Untuk memastikan operasi peranti perlindungan, transformer harus sedikit terdistorsi; isyarat output kedua menggantikan arus gangguan pertama, dan cacat transien dalam masa yang ditetapkan tidak boleh melebihi had. Prestasi transien transformer kuasa elektronik berbasis kumparan inti udara adalah kekuatan utama.
Integrator, dengan pemalar masa yang terbatas, memulihkan isyarat elektrik yang diukur. Jika litar mempunyai komponen iodin-periodik, ciri-ciri ralat lebih bergantung pada frekuensi rendah. Frekuensi rendah yang lebih rendah meningkatkan penjejakan dan mengurangkan ralat (contohnya, elemen pembukaan sistem yang lemah dalam 0.5s memerlukan frekuensi rendah pemindah kuasa untuk kekal di bawah 2Hz untuk penjejakan siklus redaman yang lebih baik). Penurunan transien yang lebih lambat dan pelemahan isyarat output berlaku apabila transformer arus inti udara dan integrator dimatikan pada arus primer sifar. Ketidaksesuaian dengan sistem pemadaman posisi sifar menyebabkan ralat pengukuran. Oleh itu, reka bentuk dan optimalisasi integrator adalah penting untuk prestasi transformer inti udara.
3 Bekalan Tenaga Sisi Voltan Tinggi
Transformer kuasa inti udara menggunakan “bekalan tenaga ambil energi” untuk mengambil tenaga dari konduktor primer pada voltan tinggi. Litar elektronik menyediakan tenaga, tetapi arus primer yang sangat rendah (contohnya, ≤5% arus dinilai) mencegah pemindah arus mengekalkan gegutan normal atau mentransmisikan tenaga, menciptakan zon mati tenaga. Reka bentuk tenaga serat optik untuk litar modulasi voltan tinggi laser semikonduktor sisi rendah menghadapi penggunaan tenaga yang tinggi (≈60mW).
Menyeimbangkan penggunaan tenaga dan prestasi adalah kunci: dengan 30% kecekapan pemindahan fotoelektrik, laser semikonduktor memerlukan output minimal 180mW—mengurangkan umur simpanan dan meningkatkan kos. Pemindah tenaga hibrid menyelesaikan ini: KT menyediakan tenaga untuk arus primer yang tinggi; bekalan berbasis laser memperpanjang umur simpanan untuk arus rendah. Bergantung pada laser membawa risiko kegagalan transformer jika mereka berhenti, maka dua modulator optik dan strategi kawalan pintar (untuk meramal perubahan mode dan menangani pendekan) diperlukan, menambah kos tetapi memastikan bekalan tenaga yang boleh dipercayai.
4 Reka Bentuk Kebolehpercayaan
Penahan elektronik mengatasi penahan tradisional tetapi bergantung pada teknologi yang kompleks (contohnya, pemindahan teknologi, kepakaran voltan tinggi), akhirnya menggantikannya. Redundansi meningkatkan kebolehpercayaan: saluran perlindungan menggunakan kumparan inti udara dan pemindah ganda-redundan. Alat utama (contohnya, pemindah modul kuasa) memerlukan otomatisasi yang mudah. Tindakan perlindungan menangani impak pendekan pada siklus sampel dan laser berprestasi tinggi dalam saluran perlindungan ATM. Laser berprestasi tinggi membawa risiko kepada operator tetapi dimatikan dengan modul kuasa untuk mencegah bahaya.