هيكل الأداء واختبار المحولات الإلكترونية للتيار

1 مزايا الأداء

في السنوات الأخيرة، ظهرت المحولات الإلكترونية للتيار (ECTs) كاتجاه رئيسي في الصناعة. تصنف المعايير الوطنية هذه المحولات إلى نوعين: المحولات الضوئية النشطة (AOCTs، النوع الهجين النشط) والمحولات الضوئية (OCTs، النوع البصري السلبي). تستخدم المحولات الإلكترونية الهجينة النشطة محولات كهرومغناطيسية منخفضة الطاقة ولفائف روغوفسكي كعناصر استشعار رئيسية (الشكل 1).

تفوق لفائف روغوفسكي المستشعرات التقليدية بفضل عدم التشبع ومداها الديناميكي الواسع، مما يعزز كفاءة نقل التيار. ومع ذلك، تعاني من قدرة ضعيفة على مقاومة التداخل (الحساسية للتغيرات المغناطيسية الخارجية والتغيرات الحرارية والرطوبة) ومخاطر الأخطاء في التلقيم المتعدد الطبقات. بين المحولات الكهرومغناطيسية ECTs، تبرز النماذج ذات الطاقة المنخفضة: تقنية ناضجة، أداء مستقر، حساسية عالية، جاهزية لإنتاجها الضخم، واستخدام واسع في أنظمة الطاقة.

2 البنية ومبادئ العمل
2.1 LPCT: البنية والعمل

LPCT (محول كهرومغناطيسي إلكتروني ذو طاقة منخفضة) يتم تعريفه في GB/T 20840.8—2007 كتنفيذ لـ ECT. كمحول كهرومغناطيسي ممثل، يشهد LPCT تحسينًا سنويًا في الأداء والتقنية، مما يعد بتطبيقات واسعة.

يوفر LPCT فوائد لأنظمة الطاقة ذات الأحمال الثانوية المنخفضة ومتطلبات القياس المتساهلة. باستخدام مواد ذات نفاذية عالية (مثل سبائك النانو القائمة على الحديد)، يمكن تحقيق قياسات دقيقة مع مراكز صغيرة.

يتكون LPCT من مقاومة عينة Rs، محول كهرومغناطيسي، ووحدة نقل الإشارات، ويقوم بالعمل كالتالي: تحويل التيار الرئيسي للأمبير إلى تيار ثانوي، والذي تقوم مقاومة العينة بتحويله إلى إشارة فولتية تناسبية للتيار الرئيسي. تقوم وحدة النقل المزدوجة المدرعة بإرسال هذه الإشارة إلى جهاز إلكتروني ذكي (IED)، مما يوفر الحماية من التداخل الكهرومغناطيسي الخارجي أثناء النقل.

2.2 البنية ومبادئ عمل لفائف روغوفسكي

تفوق لفائف روغوفسكي طرق قياس التيار المتردد الأخرى بمزايا مثل الخطية الممتازة، نطاقات التردد الواسعة، عدم وجود نواة حديدية، التكلفة المنخفضة، الوزن الخفيف، والتركيب والصيانة السهلة. وبشكل أساسي، تتجنب التأخر والتشبع، مما يضمن قياسات واسعة ومحددة بدقة.

عادة، يتم لف الأسلاك الناعمة بإحكام حول الهياكل غير المغناطيسية (انظر الشكل 2) لتشكيل اللفات. بناءً على قانون أمبير، يكون تكامل شدة المجال المغناطيسي H على محيط مغلق يساوي التيار المحصور. ومع ذلك، يكون تحقيق التلقيم الدقيق والمتساوي (للقطع العرضية الموحدة) صعبًا في الواقع، مما يحد من الاستقرار.

لحل هذا، يتم تحسين اللفات لتلبية احتياجات النظام. على سبيل المثال، استخدام تصميمات قائمة على اللوحة الدوائر المطبوعة (PCB) والأدوات الحاسوبية/التقنية لتحقيق توزيع الأسلاك الموحد ومعالجة الرقمية للقطع العرضية. يمكن أن يؤدي التلقيم العكسي المتسلسل للفائفتين إلى تقليل التداخل الكهرومغناطيسي، مما يعزز خرج الجهد والدقة عن طريق إلغاء المجالات المغناطيسية الطولية.

تحل لفائف روغوفسكي المحسنة القائمة على PCB المشاكل التقليدية (مثل المقاومة الضعيفة للتداخل والقياسات غير الدقيقة). بفضل هياكلها البسيطة، التصميم العلمي، والتصنيع الدقيق، فهي مثالية لتعزيز أنظمة الطاقة.

3 اختبار معاملات درجة الحرارة للمقاومة العينة ومقاومة داخلية للفائف روغوفسكي
3.1 اختبار معامل درجة الحرارة للمقاومة العينة في LPCT

في الواقع، تسبب خصائص المواد والعمليات غير المتناسقة انحرافات في قيم المقاومة، مما يؤثر على دقة القياس. كما تتغير المقاومة مع درجة الحرارة، مما يؤثر بشكل كبير على أخطاء نسبة المحول.

الخاتمة: تتغير قيم المقاومة للمقاومة العينة في LPCT ولفائف روغوفسكي القائمة على PCB مع درجة الحرارة، مما يشكل مخاطر على أنظمة الطاقة. وبالتالي، يجب إجراء اختبارات علمية لتأثير درجة الحرارة على لفائف روغوفسكي القائمة على PCB وفحص المقاومات العينة لضمان استقرار التصميم والتشغيل للمحولات.

3.2 اختبار الانحراف في مقاومة لفائف روغوفسكي وأخطاء النسبة

يقوم المشغلون بمحاكاة بيئات درجة الحرارة، يعملون لفائف روغوفسكي القائمة على PCB تحت درجات حرارة مختلفة، يسجلون تغييرات البيانات، يحللون تأثيرات درجة الحرارة، ويحسنون التصميمات لتحسين الكفاءة.

يقيس هذا الاختبار أداء وملاءمة لفائف روغوفسكي القائمة على PCB لأنظمة الطاقة. باستخدام غرفة ثابتة الحرارة وجهاز اختبار LCR: يتم وضع اللفائف في الغرفة، ثم استخدام نظام اختبار LCR والجهد الكهربائي لقياس الانحراف في المقاومة وأخطاء النسبة، مما يضمن الحصول على بيانات صالحة عبر ظروف درجة الحرارة المسيطر عليها (مثل -50 °C، 250 °C، 450 °C).

تحليل ما بعد الاختبار: مقاومة PCB الداخلية حساسة لدرجة الحرارة، ولكن درجة الحرارة تؤثر بشكل ضئيل على أخطاء الزاوية والنسبة- مما يضمن حماية أنظمة الطاقة.

4 الخاتمة

تعد المحولات الإلكترونية للتيار مهمة لحماية وأنظمة قياس الطاقة. يؤثر أداؤها مباشرة على استقرار النظام وتزويد المستخدمين بالكهرباء. لذا، يجب تعزيز البحث حول المحولات الإلكترونية للتيار بقوة 10 كيلو فولت لدعم نمو صناعة الطاقة في الصين بشكل صحي.