Δομή Απόδοσης και Ελέγχου Ηλεκτρονικών Μετατροπέων Ρεύματος

1 Πλεονεκτήματα Απόδοσης

Τα τελευταία χρόνια, οι ηλεκτρονικοί μετατροπείς ρεύματος (ECTs) έχουν εμφανιστεί ως κύρια τάση στη βιομηχανία. Οι εθνικοί πρότυποι ταξινομούν τους ECTs σε δύο τύπους: Ενεργούς Οπτικοί Μετατροπείς Ρεύματος (AOCTs, ενεργός υβριδικός τύπος) και Οπτικοί Μετατροπείς Ρεύματος (OCTs, ανενεργός οπτικός τύπος). Οι ενεργοί υβριδικοί ECTs χρησιμοποιούν χαμηλό-ενέργειας ηλεκτρομαγνητικούς μετατροπείς και καθίλες Rogowski ως βασικά στοιχεία ανίχνευσης (Σχήμα 1).

Οι καθίλες Rogowski ξεπερνούν τους παραδοσιακούς αισθητήρες με μη οριακή κατάσταση και ευρείες δυναμικές διαστάσεις, αυξάνοντας την αποδοτικότητα μεταφοράς ρεύματος. Ωστόσο, παρουσιάζουν χαμηλή αντοχή σε παρεμβολές (ευάλωτοι σε εξωτερικά μαγνητικά πεδία, αλλαγές θερμοκρασίας/υγρασίας) και κινδύνους λανθασμένων μετρήσεων σε χειροκίνητη/πολυεπίπεδη στροφογράφηση. Στους ηλεκτρομαγνητικούς ECTs, οι χαμηλό-ενέργειας μοντέλα ξεχωρίζουν: ώριμη τεχνολογία, σταθερή απόδοση, υψηλή ευαισθησία, έτοιμα για μαζική παραγωγή και ευρεία χρήση σε συστήματα ενέργειας.

2 Δομή & Λειτουργικό Αρχή
2.1 LPCT: Δομή & Λειτουργία

Ο LPCT (χαμηλό-ενέργειας ηλεκτρομαγνητικός ECT) ορίζεται στο GB/T 20840.8—2007 ως εφαρμογή ECT. Ως εκπρόσωπος ηλεκτρομαγνητικού μετατροπέα, η απόδοση και η τεχνολογική ώριμότητα του LPCT αυξάνονται ετησίως, υπόσχοντας ευρείες εφαρμογές.

Ο LPCT ευνοεί τα συστήματα ενέργειας με χαμηλές δευτερεύουσες φορτίες και απαιτήσεις μετρήσης. Χρησιμοποιώντας υλικά με υψηλή μεταβατικότητα (π.χ., νανοκρυσταλλικές συνθέσεις βασισμένες σε σίδηρο), επιτυγχάνει ακριβείς μετρήσεις με μικρά πυρήνες.

Συνθέτεται από αντίσταση δείγματος Rs, ηλεκτρομαγνητικό μετατροπέα και μονάδα μεταφοράς σήματος, ο LPCT λειτουργεί ως εξής: Το ρεύμα του πρωτογενούς μπάρας μετατρέπεται σε δευτερεύον ρεύμα, το οποίο η αντίσταση δείγματος μετατρέπει σε σήμα τάσης ανάλογο με το πρωτογενές ρεύμα. Μια μονάδα μεταφοράς σήματος με διπλή προστασία και συμπλεκτικά σύρματα στέλνει αυτό το σήμα σε Έξυπνο Ηλεκτρονικό Σύστημα (IED), προστατεύοντας το από εξωτερική ηλεκτρομαγνητική παρεμβολή κατά τη μεταφορά.

2.2 Δομή και Λειτουργικό Αρχή των Καθίλων Rogowski

Οι καθίλες Rogowski ξεπερνούν άλλες μεθόδους μέτρησης εναλλακτικού ρεύματος με πλεονεκτήματα όπως εξαιρετική γραμμικότητα, ευρείες ζώνες συχνοτήτων, απουσία σιδηρού πυρήνα, χαμηλό κόστος, ελαφρύ βάρος και εύκολη εγκατάσταση/υπηρεσία. Σημαντικά, αποφεύγουν την ύστερης και την οριακή κατάσταση, διασφαλίζοντας ευρείες, ακριβείς μετρήσεις.

Συνήθως, μαλακά σύρματα είναι στενά στροφογραφημένα γύρω από αμαγνητικά σκελετά (βλέπε Σχήμα 2) για τη δημιουργία καθίλων. Με βάση τον νόμο του Ampère, το ολοκλήρωμα της ισχύος μαγνητικού πεδίου H κατά μήκος ενός κλειστού συνόρου ισούται με το περιεχόμενο ρεύμα. Ωστόσο, η ακριβής, ομοιόμορφη στροφογράφηση (για σταθερές διατομές) είναι δύσκολο να επιτευχθεί στην πράξη, περιορίζοντας τη σταθερότητα.

Για να αντιμετωπιστεί αυτό, βελτιώνονται οι καθίλες για τις ανάγκες του συστήματος. Για παράδειγμα, χρησιμοποιούνται σχεδία PCB με υπολογιστικά/IT εργαλεία για ομοιόμορφη διάταξη συρμάτων και ψηφιακή επεξεργασία διατομών. Η αντίστροφη σειριακή στροφογράφηση δύο καθίλων μπορεί να μειώσει την ηλεκτρομαγνητική παρεμβολή, αυξάνοντας την εξόδους τάση και ακρίβεια με την ακύρωση των μαγνητικών πεδίων κατά μήκος.

Οι βελτιωμένοι PCB καθίλες Rogowski ξεπερνούν τα παραδοσιακά προβλήματα (π.χ., χαμηλή αντοχή σε παρεμβολές, ακριβείς μετρήσεις). Με απλούστερες δομές, επιστημονικά σχεδιασμένα και ακριβή κατασκευή, είναι ιδανικοί για την προώθηση συστημάτων ενέργειας.

3 Δοκιμή Συντελεστών Θερμοκρασίας της Αντίστασης Δείγματος & Εσωτερικής Αντίστασης των Καθίλων Rogowski
3.1 Δοκιμή Συντελεστή Θερμοκρασίας της Αντίστασης Δείγματος του LPCT

Στην πράξη, οι αναποτελεσματικές ιδιότητες/διαδικασίες υλικών προκαλούν αποκλίσεις στις τιμές αντίστασης, επηρεάζοντας την ακρίβεια μετρήσης. Η αντίσταση επίσης αλλάζει με τη θερμοκρασία, επηρεάζοντας σημαντικά τα λάθη λόγου μετατροπέα ρεύματος.

Συμπέρασμα: Οι τιμές αντίστασης των PCB καθίλων Rogowski και του LPCT μεταβάλλονται με τη θερμοκρασία, δημιουργώντας κίνδυνο για τα συστήματα ενέργειας. Συνεπώς, επιστημονικά δοκιμάζονται οι επιπτώσεις της θερμοκρασίας στους PCB καθίλους Rogowski και επιλέγονται αντίστασεις δείγματος για να εξασφαλίσουν ότι οι μετατροπείς πληρούν τις απαιτήσεις σχεδιασμού/λειτουργίας.

3.2 Δοκιμή Παρακμής Αντίστασης & Λάθους Λόγου των Καθίλων Rogowski

Οι τεχνικοί προσομοιώνουν θερμοκρασιακά περιβάλλοντα, λειτουργούν PCB καθίλους Rogowski σε διάφορες θερμοκρασίες, καταγράφουν τις αλλαγές δεδομένων, αναλύουν τις επιπτώσεις της θερμοκρασίας και βελτιώνουν το σχεδιασμό για βελτίωση της απόδοσης.

Αυτή η δοκιμή αξιολογεί την απόδοση και την εφαρμοσιμότητα των PCB καθίλων Rogowski στα συστήματα ενέργειας. Χρησιμοποιώντας μια σταθεροθερμοκρασιακή κάμερα και δοκιμαστή LCR: τοποθετείται ο κάθιλος στην κάμερα, και με τη χρήση συστημάτων LCR/ηλεκτρονικών μετρήσεων ρεύματος, μετρούνται η παρακμή αντίστασης και το λάθος λόγου, διασφαλίζοντας έγκυρα δεδομένα μέσω ελεγχόμενων θερμοκρασιακών συνθηκών (π.χ., -50 °C, 250 °C, 450 °C).

Μετά τη δοκιμή: Η εσωτερική αντίσταση του PCB είναι ευαίσθητη στη θερμοκρασία, αλλά η θερμοκρασία επηρεάζει ελάχιστα τα λάθη γωνίας/λόγου - διασφαλίζοντας την προστασία των συστημάτων ενέργειας.

4 Συμπέρασμα

Οι μετατροπείς ρεύματος είναι κρίσιμοι για την προστασία και τη μέτρηση των συστημάτων ενέργειας. Η απόδοσή τους επηρεάζει άμεσα τη σταθερότητα του συστήματος και την παροχή ηλεκτρικής ενέργειας στους χρήστες. Συνεπώς, ενισχύεται η έρευνα για 10 kV ηλεκτρονικούς μετατροπείς ρεύματος για να υποστηρίξει την υγιή ανάπτυξη της ενεργειακής βιομηχανίας της Κίνας.