หม้อแปลงกระแสช่วยให้สามารถแปลงกระแสสูงเป็นช่วงกระแสที่วัดได้ รีเลย์ที่รวมอยู่ในระบบป้องกันหลายระบบจะถูกนำไปใช้เพื่อให้สามารถใช้กระแสไฟฟ้าที่จ่ายโดยหม้อแปลงกระแสไฟฟ้าเพื่อกระตุ้นได้ นอกจากนี้ยังถือว่าเป็นเรื่องยากที่จะวัดกระแสสลับขนาดสูงโดยใช้แอมป์มิเตอร์ช่วงต่ำปกติดังนั้นหม้อแปลงกระแสจึงใช้เป็นขั้นตอนกลางสำหรับวัตถุประสงค์ในการวัดและแยก
รูปที่ 1. หม้อแปลงกระแสต่างๆ เอื้อเฟื้อภาพโดย Talema Group
แม่เหล็ก ส่วนประกอบโดยทั่วไปมีการใช้กับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังต่างๆมานานหลายทศวรรษ ใช้สำหรับการควบคุมการถ่ายโอนและการปรับสภาพพลังงานไฟฟ้าในขั้นตอนต่างๆและในหลายรูปแบบ
นักออกแบบมักจะมองหาวัสดุทอโพโลยีและกระบวนการใหม่ ๆ อยู่เสมอเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพ มีช่วงเวลาหนึ่งในประวัติศาสตร์ที่การออกแบบแม่เหล็กถือเป็นศิลปะมากกว่าวิทยาศาสตร์ เนื่องจากการออกแบบส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับเทคนิคการลองผิดลองถูกสูตรเชิงประจักษ์และการพิจารณาตามหลักทั่วไป นอกจากนี้ยังมีความพยายามหลายครั้งในการกำหนดมาตรฐานกระบวนการออกแบบเพื่อให้มีความน่าเชื่อถือและทำซ้ำได้มากขึ้น
อ่านเพื่อเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับหลักการทำงานของหม้อแปลงกระแสและแนวคิดหลักที่เกี่ยวข้อง
ภาพรวมของหม้อแปลงและวงจรปัจจุบัน
หม้อแปลงกระแสใช้ในการวัดกระแสที่ไหลในวงจรกำลังสูงโดยทั่วไปสำหรับการวัดหรือวงจรป้อนกลับ การใช้หม้อแปลงกระแสเป็นที่นิยมมากกว่าการวัดกระแสโดยใช้การแบ่งกระแสเป็นอนุกรมกับเส้นทางปัจจุบันเนื่องจากข้อดีของหม้อแปลงกระแสเช่นการแยกระหว่างวงจรไฟฟ้าและวงจรการวัดการมีส่วนช่วยในการสูญเสียพลังงานที่ลดลงและการปฏิเสธโหมดทั่วไปที่ดี [1] โดยทั่วไปหม้อแปลงรองรับการเชื่อมต่อ AC แรงดันไฟฟ้า และการเปลี่ยนแปลงระดับปัจจุบันพร้อมกับการแยก DC [2]
รูปที่ 2. การใช้หม้อแปลงกระแสไฟฟ้าเพื่อวัดกระแสไฟฟ้าสูง [3]
ข้อควรพิจารณาในการออกแบบที่ใช้งานได้จริงสำหรับหม้อแปลงกระแสไฟฟ้าอยู่ภายใต้ความสามารถในการกำหนดค่าที่จำเป็นของกระแสขดลวดปฐมภูมิและทุติยภูมิได้อย่างมีประสิทธิภาพ ซึ่งแปลว่าเป็นทางเลือกที่เหมาะสมของตัวนำพร้อมกับความสามารถในการเชื่อมต่อกำลังไฟฟ้าที่เพียงพอ ตามหลักการแล้วจะต้องมีการควบคุมแรงดันไฟฟ้าที่แน่นโดยไม่มีการรั่วไหลและไม่มีการสูญเสียในปัจจุบัน - ฮิสเทรีซิสหรือหมุนวน - รวมถึงความผิดเพี้ยนของกระแสไฟฟ้าที่น่าตื่นเต้นโดยรวมต่ำ
หากจำเป็นต้องบรรลุเป้าหมายการออกแบบทั้งหมดเหล่านี้อย่างสมบูรณ์ผลิตภัณฑ์ที่ได้อาจมีขนาดใหญ่ซึ่งไม่ได้ตั้งใจอีกต่อไป ดังนั้นจึงเป็นจุดสมดุลที่ยากมากในการตีในแง่ของการออกแบบให้ได้มาซึ่งดีที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้โดยพิจารณาจากข้อควรพิจารณาเหล่านี้
หลักการทำงาน
หม้อแปลงกระแสอยู่ในตระกูลของทรานสดิวเซอร์ปัจจุบันที่สร้างกระแสไฟฟ้าทุติยภูมิตามสัดส่วนของกระแสที่ไหลผ่านด้านหลักในขนาด
ขดลวดปฐมภูมิได้รับการออกแบบให้ประกอบด้วยหนึ่งรอบหรือมากกว่านั้นที่มีพื้นที่หน้าตัดขนาดใหญ่และโดยทั่วไปจะเชื่อมต่อเป็นอนุกรมกับวงจรที่ต้องตรวจจับการไหลของกระแส [4]
ขดลวดทุติยภูมิมีจำนวนรอบมากกว่าและทำจากลวดที่มีพื้นที่หน้าตัดเล็กกว่า ขดลวดทุติยภูมิเชื่อมต่อกับขดลวดปฏิบัติการของรีเลย์หรือกับเครื่องมือวัดกระแสไฟฟ้า
รูปที่ 3. การเป็นตัวแทนของหม้อแปลงกระแส [4]
พื้นที่การใช้งานสำหรับหม้อแปลงกระแสไฟฟ้าบางประเภทถูกควบคุมโดยความแม่นยำอัตราส่วนของกระแสหลักต่อรองประเภทของฉนวนที่ใช้โครงสร้างทางกลและสภาพการทำงานภายนอก
การทำงานของหม้อแปลงกระแสไฟฟ้านั้นคล้ายคลึงกับหม้อแปลงไฟฟ้าทั่วไปเนื่องจากโดยทั่วไปทำหน้าที่เป็นหม้อแปลงแรงดันไฟฟ้าแบบ step-up โดยปกติค่าของกระแสไฟฟ้าจะต่ำกว่าที่ด้านไฟฟ้าแรงสูงและในทางกลับกัน ดังนั้นเมื่อด้านหลักได้รับพลังงานแอมแปร์หันไปทางด้านปฐมภูมิจะสร้างสนามแม่เหล็กในแกนกลาง
แรงเคลื่อนไฟฟ้าเกิดขึ้นที่ด้านทุติยภูมิเนื่องจากฟลักซ์แม่เหล็กที่สร้างขึ้นซึ่งจะขับเคลื่อนกระแสไฟฟ้าทุติยภูมิ แอมแปร์ - เทิร์นมีความสมดุลในหลักและรองและแรงดันตกคร่อมหลักน้อยกว่ามากทำให้กระแสไฟหลักเป็นอิสระจากกระแสไฟฟ้าทุติยภูมิ
ข้อมูลเชิงลึกด้านการออกแบบสำหรับ Transformers ปัจจุบัน
การออกแบบของหม้อแปลงกระแสไฟฟ้าเป็นการลดต้นทุนน้ำหนักจำนวนรอบในขดลวดและประสิทธิภาพโดยรวม [1] การเพิ่มพื้นที่หลักช่วยเพิ่มประสิทธิภาพ แต่ส่งผลเสียต่อต้นทุนและขนาดโดยรวม มีการใช้แกนเฟอร์ไรต์หรือเหล็กและต้องการจำนวนรอบรองที่มากขึ้น โดยปกติแล้วการออกแบบหม้อแปลงกระแสไฟฟ้าที่ดีจะเน้นที่แรงดันไฟฟ้าต่ำที่ด้านทุติยภูมิการใช้วัสดุที่มีการซึมผ่านสูงพื้นที่แกนสูงและรอบรองขนาดใหญ่
การพิจารณาโดยทั่วไปในการเลือกวัสดุหลัก ได้แก่ การสูญเสียแกนต่ำค่าความไม่เต็มใจต่ำและความหนาแน่นของฟลักซ์ต่ำ กระดาษเคลือบเงาวัสดุเทปและรูปแบบต่างๆถูกใช้เพื่อวัตถุประสงค์ในการเป็นฉนวน
หม้อแปลงกระแสอาจเป็นแบบแผลหรือแบบแท่ง ในกรณีของการใช้งานประเภทแรงดันไฟฟ้าต่ำจะมีการพันรอบรองบนเบกาไลต์ตามด้วยรอบปฐมภูมิโดยมีฉนวนที่เหมาะสมระหว่างชั้น ในประเภทแท่งแท่งเดี่ยวจะสร้างขดลวดปฐมภูมิและผ่านตรงกลางแกน
รูปที่ 4. หม้อแปลงกระแสอาจเป็นแบบแท่งหรือแบบแผล
การอ้างอิงที่สำคัญ:
- L. Umanand, SR Bhat,“ Design of Magnetic ส่วนประกอบ สำหรับ Switched Mode Power Converters”, Wiley Eastern Limited
- Marian K. Kazimierczuk,“ ส่วนประกอบแม่เหล็กความถี่สูง”, John Wiley and Sons, Ltd.
- Marcel Dekkar,“ คู่มือการออกแบบ Transformer and Inductor”, 2004
- หม้อแปลงกระแสไฟฟ้า