ترانسفورماتور جریان برای همه الکترونیک

مدل ترانسفورماتور فعلی یک وسیله الکتریکی است که جریان را در یک مدار اندازه گیری و تبدیل می کند. برای نظارت ، اندازه گیری یا کنترل جریان استفاده می شود.

ترانسفورماتورهای جریان معمولاً در سیستمهای ولتاژ بالا و پایین برای تبدیل جریان در مدار استفاده می شوند. آنها می توانند جریان را از بالا به پایین تبدیل کنند و آن را برای اندازه گیری یا کارکرد تجهیزات مناسب می کنند. ترانسفورماتورهای جریان نیز در شبکه برق برای نظارت بر جریان فعلی و ایجاد دستگاه های محافظت در هنگام جریان بیش از حد مشخص استفاده می شوند.

علاوه بر این ، ترانسفورماتورهای جریان در مهندسی برق برای اندازه گیری جریان در موتورها ، ترانسفورماتورها و ژنراتورها استفاده می شوند. آنها همچنین در صنعت ، مهندسی برق ، معدن و بسیاری از کاربردهای دیگر مورد استفاده قرار می گیرند که نیاز به اندازه گیری دقیق و نظارت بر جریان دارند.

مدل ترانسفورماتور فعلی یک وسیله الکتریکی است که جریان را در یک مدار اندازه گیری یا تبدیل می کند. این معمولاً در شبکه های برق یا منابع انرژی صنعتی برای نظارت یا کنترل جریان استفاده می شود.

کار مدل ترانسفورماتور فعلی بر اساس اصل القای الکترومغناطیسی است. مدل ترانسفورماتور فعلی از مدارهای سیم پیچ اولیه و ثانویه تشکیل شده است که به صورت مغناطیسی به هم وصل می شوند.

در مدار اولیه ، جریان مورد سنجش از سیم پیچ اولیه مدل ترانسفورماتور فعلی عبور می کند. جریان یک میدان مغناطیسی در اطراف سیم پیچ اولیه ایجاد می کند. این میدان مغناطیسی ولتاژ را در سیم پیچ ثانویه مدل ترانسفورماتور فعلی القا می کند.

میزان ولتاژ در سیم پیچ ثانویه به تعداد چرخش در سیم پیچ های اولیه و ثانویه بستگی دارد. مدل ترانسفورماتور فعلی به گونه ای طراحی شده است که نسبت جریان های اولیه و ثانویه را ثابت نگه می دارد. این نسبت به نسبت تبدیل گفته می شود و معمولاً در مدل ترانسفورماتور فعلی نمایش داده می شود.

سپس ولتاژ در سیم پیچ ثانویه می تواند برای تعیین جریان در مدار اولیه اندازه گیری یا پردازش شود. معمولاً ولتاژ ثانویه از طریق مقاومت به جریان متناسب تبدیل می شود.

یکی دیگر از اصول مورد استفاده در برخی ترانسفورماتورهای فعلی ، اصل اثر هال است. در اینجا از سنسور هال برای اندازه گیری میدان مغناطیسی اطراف سیم پیچ اولیه استفاده می شود. چگالی شار مغناطیسی اندازه گیری شده به یک ولتاژ متناسب تبدیل می شود ، که می تواند به عنوان سیگنال خروجی مدل ترانسفورماتور فعلی استفاده شود.

به طور کلی ، عملکرد مدل ترانسفورماتور فعلی می تواند جریان های بالا را اندازه گیری کند یا آنها را به مقادیر پایین تر و قابل کنترل تر تبدیل کند ، که می تواند برای نظارت یا کنترل سیستم های الکتریکی مورد استفاده قرار گیرد.

انواع مختلفی از ترانسفورماتورهای فعلی وجود دارد که به روش های مختلف کار می کنند ، در نظر گرفته می شوند و ویژگی های آنها متفاوت است. در اینجا برخی از متداول ترین انواع ترانسفورماتورهای فعلی آورده شده است:

1ترانسفورماتور جریان بدون آهن: این مدل ترانسفورماتور فعلی از هسته آهنی استفاده نمی کند بلکه بر اساس یک سنسور اثر هال است. آنها کوچک ، سبک و دقیق هستند. آنها معمولاً در تجهیزات الکترونیکی و آمپر استفاده می شوند.

2ترانسفورماتور جریان بدون هسته: این مدل ترانسفورماتور فعلی از یک هسته آهنی ساخته شده از یک ماده با نفوذپذیری بالا مانند فریت یا نیکل روی استفاده می کند. آنها خطی و دقت خوبی دارند ، اما بزرگتر و سنگین تر از ترانسفورماتورهای بدون آهن هستند. آنها معمولاً در سیستم های منبع تغذیه و رله های محافظ استفاده می شوند.

3ترانسفورماتور جریان بر اساس طراحی هسته آهن: این نوع مدل ترانسفورماتور فعلی از هسته ای از مواد مغناطیسی نرم مانند آهن یا فولاد سیلیکون استفاده می کند. آنها دقت و خطی خوبی را ارائه می دهند ، اما بزرگتر و سنگین تر از سایر انواع ترانسفورماتورهای فعلی هستند. آنها معمولاً در کنتورهای انرژی ، ترانسفورماتورهای توزیع و رله های محافظ استفاده می شوند.

4سیم پیچ روگوفسکی: سیم پیچ روگوفسکی یک سیم پیچ انعطاف پذیر مدار باز است که هادی را که از طریق آن جریان می یابد احاطه می کند. آنها پهنای باند بالا ، خطی خوب و دقت بالایی را در اندازه گیری جریان متناوب ارائه می دهند. آنها کوچک ، سبک و نصب آسان هستند و اغلب در برنامه های پر جریان مانند الکترونیک قدرت و اتوماسیون صنعتی مورد استفاده قرار می گیرند.

شایان ذکر است که این نوع ترانسفورماتورهای فعلی ممکن است در مشخصات خاص و مناطق کاربردی متفاوت باشند. انتخاب مدل ترانسفورماتور جریان مناسب به نیازهای خاص برنامه مانند جریان ، فرکانس ، دقت و اندازه بستگی دارد.

استفاده از ترانسفورماتورهای فعلی در منبع تغذیه و اندازه گیری مزایای بسیاری دارد:

1اندازه گیری جریان بالا: ترانسفورماتورهای جریان می توانند جریانهای بالایی را اندازه گیری کنند که معمولاً به طور مستقیم قابل اندازه گیری نیستند. آنها جریان اولیه بالا را به نسبت کمتری از جریان ثانویه تبدیل می کنند ، که می تواند اندازه گیری شود.

2ایمنی: ترانسفورماتورهای جریان روشی ایمن برای اندازه گیری جریان ارائه می دهند زیرا جریان اولیه را از ولتاژ خطرناک جدا می کنند. این خطر شوک الکتریکی و تصادفات را کاهش می دهد.

3افت ولتاژ پایین: ترانسفورماتور جریان از مقاومت داخلی کمی برخوردار است که افت ولتاژ را در حین اندازه گیری به حداقل می رساند. این امر به ویژه در برنامه هایی که نیاز به اندازه گیری دقیق ولتاژ دارند بسیار مهم است.

4دقت: ترانسفورماتورهای جریان هنگام اندازه گیری سطح جریان از دقت بالایی برخوردار هستند. آنها همراه با تجهیزات اندازه گیری دقیق ، می توانند اندازه گیری های دقیقی را ارائه دهند.

5سازگاری با تجهیزات اندازه گیری: ترانسفورماتورهای فعلی دارای اندازه ها و طرح های مختلفی هستند که می توانند با تجهیزات و سیستم های مختلف اندازه گیری سازگار شوند. این باعث می شود ادغام در سیستم های قدرت و اندازه گیری موجود آسان شود.

6انعطاف پذیری: ترانسفورماتورهای فعلی می توانند به طور گسترده ای مورد استفاده قرار گیرند ، از جمله کارخانه ها ، سیستم های منبع تغذیه ، انرژی تجدید پذیر و وسایل نقلیه برقی. از آنها می توان در سیستم های DC و AC استفاده کرد.

به طور کلی ، ترانسفورماتورهای فعلی روشی مطمئن و دقیق برای اندازه گیری و نظارت بر جریان در برنامه های مختلف ارائه می دهند. آنها نقش مهمی در تأمین منبع تغذیه کارآمد و ایمن دارند.

چالش ها و مشکلات مختلفی می تواند هنگام استفاده از ترانسفورماتورهای فعلی ایجاد شود ، از جمله

1دقت: ترانسفورماتور جریان باید جریان را به طور دقیق اندازه گیری کند تا نتایج اندازه گیری دقیق را ارائه دهد. مسائلی مانند میدان مغناطیسی ، تغییر دما و پیری می تواند روی دقت تأثیر بگذارد. این کار با کالیبراسیون دوره ای و بازرسی ترانسفورماتور قابل اصلاح است.

2تغییر فاز: ترانسفورماتور جریان باعث تغییر فاز بین جریان اولیه و جریان ثانویه می شود. این می تواند باعث ایجاد خطا در اندازه گیری توان شود. یکی از راه های حل این مشکل استفاده از ترانسفورماتور جریان با تغییر فاز کوچک یا تغییر فاز جبران شده است.

3اضافه بار: اگر ترانسفورماتور فعلی بیش از حد بارگیری شود ، باعث خرابی یا آسیب دیدن تجهیزات می شود. برای جلوگیری از این مشکل ، ترانسفورماتور جریان باید مطابق با الزامات برنامه و حد مجاز بار مشخص شده انتخاب شود.

4مشکلات عایق بندی: ترانسفورماتورهای فعلی برای محافظت از پرسنل و تجهیزات در برابر ولتاژهای خطرناک باید با خیال راحت عایق بندی شوند. نقص عایق می تواند باعث نشت جریان و شرایط خطرناک شود. بازرسی منظم و آزمایش عایق به شناسایی و تصحیح چنین مشکلاتی کمک می کند.

5تداخل: تداخل خارجی مانند تداخل الکترومغناطیسی بر صحت و قابلیت اطمینان ترانسفورماتورهای فعلی تأثیر می گذارد. استفاده از کابل های محافظ ، فیلترها و اقدامات سرکوب تداخل می تواند به کاهش تداخل کمک کند.

6 نصب و سیم کشی: نصب نادرست یا سیم کشی ترانسفورماتورهای فعلی می تواند باعث خرابی شود. مهم است که دستورالعمل های نصب سازنده را دنبال کنید و از اتصال صحیح اطمینان حاصل کنید.

به طور کلی ، درک نیازهای برنامه ، انتخاب CT های مناسب و انجام تعمیر و نگهداری منظم و بازرسی برای شناسایی و حل مشکلات احتمالی مهم است.

در اصل کارکرد ترانسفورماتور جریان ، مدار ثانویه باز منجر به ولتاژهای اضافی خطرناک تا چند کیلوولت می‌شود، زیرا جریان اولیه کاملاً اشباع هسته را ایجاد می‌کند. جریان مغناطیسی به‌طور غیرقابل‌کنترل افزایش می‌یابد و قله‌های ولتاژی U₂ = N₂ × dΦ/dt با بیش از ۵ کیلوولت تولید می‌کند.

این امر به‌دلیل ولتاژ تماس، کارکنان عملیاتی را در معرض خطر قرار می‌دهد و به‌خاطر تخلیه‌های جزئی، عایق را تخریب می‌کند. علاوه بر این، اشباع منجر به گرمایش شدید هسته با دماهای بیش از ۱۵۰ درجه سانتی‌گراد می‌شود. بنابراین، ترمینال‌های ثانویه با دستگاه‌های اتصال کوتاه مطابق با IEC 61869-2 الزامی هستند که به‌طور خودکار قبل از قطع بار، اتصال کوتاه می‌کنند.

یک ترانسفورماتور جریانی، جریان‌های سمت اولیه را با عایق‌کاری گالوانیک به جریان‌های ثانویه کم (معمولاً ۱ A یا ۵ A) تبدیل می‌کند. وقتی هسته به‌دلیل جریان‌های بیش از حد اشباع می‌شود، تراکم شار از ۱.۶-۱.۸ تسلا فراتر می‌رود و ضریب نفوذ مغناطیسی به‌طور چشمگیری کاهش می‌یابد. جریان مغناطیس‌کننده‌ به‌طور نامتناسب افزایش می‌یابد و جریان ثانویه دیگر به‌صورت خطی جریان اولیه را منعکس نمی‌کند.

اشباع منجر به اعوجاج جریان ثانویه با شکل‌موج مسطح و افزایش خطای تبدیل ＞10٪ می‌شود. این امر سیستم‌های حفاظتی را به خطر می‌اندازد، زیرا رله‌ها جریان‌های خطا را به‌درستی تشخیص نمی‌دهند. راه‌حل: بزرگ‌تر کردن هسته (عامل ALF بالاتر)، flux عملیاتی پایین

مود عملکرد ترانسفورماتور جریان بر اساس القای الکترومغناطیسی است: جریان اولیه مورد اندازه‌گیری، یک میدان مغناطیسی در هسته آهنی ایجاد می‌کند که در سیم‌پیچ ثانویه ولتاژی متناسب القا می‌نماید. نسبت تبدیل n₁/n₂، تبدیل جریان را تعیین می‌کند که معمولاً 100:5 A یا 1000:1 A است.

امپدانس بار در خروجی ثانویه بسیار حیاتی است: یک مقاومت اندازه‌گیری با امپدانس بالا یا مدار ثانویه باز منجر به ولتاژهای اضافی خطرناک چند کیلوولت می‌شود. بنابراین، ترمینال‌های ثانویه ترانسفورماتور جریان باید همیشه کوتاه‌شده یا بارگذاری شوند. کلاس دقت (0.2 / 0.5 / 1.0) حداکثر خطای تبدیل را تعریف می‌کند - که برای فناوری حفاظت و اندازه‌گیری در شبکه‌های ولتاژ متوسط و بالا و همچنین سیستم‌های مدیریت انرژی حائز اهمیت است.

اصل ترانسفورماتور عبوری از هسته بر پایه یک ترانسفورماتور تورییدیال است که در آن هادی اولیه یک‌بار از دهانه مرکزی عبور می‌کند و بدین ترتیب یک دور اولیه واحد (n₁ = 1) تشکیل می‌دهد. سیم‌پیچ ثانویه با n₂ دور روی هسته فریت یا نانوکریستالی، مطابق اصل ترانسفورماتور، جریان اندازه‌گیری کاهش‌یافته متناسبی تولید می‌کند.

در اصل ترانسفورماتور عبوری از هسته، نسبت دورها مستقیماً توسط تعداد دورهای ثانویه تعیین می‌شود: یک ترانسفورماتور با ۱۰۰۰ دور، در جریان اولیه ۱۰۰ آمپر، ۱۰۰ میلی‌آمپر (یا در جریان ۵۰۰۰ آمپر، ۵ آمپر) خروجی می‌دهد. مزایای آن شامل نصب ساده بدون نیاز به قطع مدار، طراحی جمع‌وجور و دقت بالا مطابق با استاندارد IEC 61869 است. این ترانسفورماتور در فناوری اندازه‌گیری انرژی، رله‌های حفاظتی و مانیتورینگ توان کاربرد دارد.