Máy biến dòng cho phép chuyển đổi dòng điện cao thành một dải dòng điện có thể đo được. Các rơ le kết hợp trong một số hệ thống bảo vệ được thực hiện sao cho dòng điện được cung cấp bởi máy biến dòng có thể được sử dụng để kích hoạt chúng. Việc đo dòng điện xoay chiều cường độ cao cũng được coi là khó khăn bằng cách sử dụng ampe kế dải thấp thông thường và do đó, máy biến dòng được sử dụng như một khâu trung gian cho mục đích đo lường và cách ly.
Hình 1. Một loạt các máy biến dòng. Hình ảnh do Tập đoàn Talema cung cấp.
có từ tính các thành phần, nói chung, đã được sử dụng trong các thiết bị điện tử công suất khác nhau trong nhiều thập kỷ. Chúng được sử dụng để điều khiển, chuyển giao và điều hòa năng lượng điện ở các giai đoạn khác nhau và dưới nhiều hình thức.
Các nhà thiết kế luôn tìm kiếm các vật liệu, cấu trúc liên kết và quy trình mới hơn để cải thiện hiệu suất. Đã có một thời gian trong lịch sử, việc thiết kế từ tính được coi là một nghệ thuật hơn là một khoa học. Điều này là do thiết kế chủ yếu phụ thuộc vào kỹ thuật thử và sai, công thức thực nghiệm và cân nhắc quy tắc ngón tay cái. Hơn nữa, đã có một số nỗ lực chuẩn hóa quy trình thiết kế để làm cho quy trình này trở nên đáng tin cậy hơn và có thể lặp lại.
Đọc tiếp để tìm hiểu thêm về nguyên lý làm việc của máy biến dòng và các khái niệm chính liên quan.
Máy biến áp hiện tại và Tổng quan về mạch
Máy biến dòng được sử dụng để đo dòng điện chạy trong các mạch công suất cao, thường dùng cho các mạch đo lường hoặc mạch phản hồi. Việc sử dụng máy biến dòng được ưu tiên hơn so với việc đo dòng điện bằng cách sử dụng các bộ ngắt dòng nối tiếp với đường dẫn dòng điện, vì các ưu điểm của máy biến dòng như cung cấp cách ly giữa mạch nguồn và mạch đo, giảm thiểu tổn thất điện năng và loại bỏ chế độ chung tốt. [1]. Nói chung, một máy biến áp hỗ trợ khớp nối AC, Vôn và biến đổi mức dòng cùng với cách ly DC [2].
Hình 2. Việc sử dụng máy biến dòng để đo dòng điện cao. [3]
Các cân nhắc thiết kế thực tế đối với máy biến dòng được điều chỉnh bởi khả năng dẫn các giá trị cần thiết của dòng điện cuộn sơ cấp và thứ cấp một cách hiệu quả. Điều này dẫn đến sự lựa chọn dây dẫn phù hợp cùng với khả năng đạt được khớp nối công suất thích hợp. Lý tưởng nhất là điều chỉnh điện áp chặt chẽ, không có rò rỉ và không có tổn thất dòng điện - độ trễ hoặc xoáy - cũng như độ méo dòng điện kích thích tổng thể thấp là mong muốn.
Nếu tất cả các mục tiêu thiết kế này cần phải được đáp ứng hoàn toàn, sản phẩm tạo ra có thể cồng kềnh mà một lần nữa không được mong đợi. Vì vậy, đó là một sự cân bằng cực kỳ khó khăn để đạt được thiết kế tốt nhất có thể dựa trên những cân nhắc này.
Nguyên tắc làm việc
Máy biến dòng thuộc họ máy biến dòng tạo ra dòng điện thứ cấp tỉ lệ với cường độ dòng điện chạy qua bên sơ cấp.
Cuộn sơ cấp được thiết kế sao cho nó bao gồm một hoặc nhiều vòng dây có tiết diện lớn và thường được mắc nối tiếp với mạch cần cảm nhận dòng điện [4].
Dây quấn thứ cấp có số vòng dây nhiều hơn và được làm bằng dây có tiết diện nhỏ hơn. Cuộn thứ cấp được nối với cuộn dây vận hành của rơ le hoặc với dụng cụ đo dòng điện.
Hình 3. Biểu diễn của máy biến dòng [4]
Khu vực ứng dụng cho một loại máy biến dòng cụ thể được điều chỉnh bởi độ chính xác của nó, tỷ lệ dòng điện sơ cấp và thứ cấp, loại cách điện được sử dụng, kết cấu cơ khí và điều kiện vận hành bên ngoài.
Cách làm việc của máy biến dòng tương tự như máy biến áp thông thường vì về cơ bản chúng có chức năng như máy biến điện áp bậc thang. Thông thường, giá trị của dòng điện sẽ thấp hơn ở phía điện áp cao và ngược lại. Do đó, khi phía sơ cấp được cung cấp năng lượng, ampe quay ở phía sơ cấp sẽ tạo ra từ trường trong lõi.
Một suất điện động cảm ứng ở phía thứ cấp do từ thông sinh ra, từ đó dẫn động dòng điện thứ cấp. Các vòng quay của ampe được cân bằng trong sơ cấp và thứ cấp, đồng thời điện áp rơi trên sơ cấp cũng ít hơn nhiều, làm cho dòng điện sơ cấp không phụ thuộc vào dòng điện thứ cấp.
Thông tin chi tiết về thiết kế cho Máy biến áp hiện tại
Thiết kế của máy biến dòng là sự thỏa hiệp về chi phí, trọng lượng, số vòng trong cuộn dây và hiệu suất tổng thể của nó [1]. Tăng diện tích lõi giúp tăng cường hiệu suất, nhưng ảnh hưởng xấu đến chi phí và kích thước tổng thể. Ferrite hoặc lõi thép được sử dụng và số lượng vòng thứ cấp lớn hơn được ưu tiên. Thông thường, một thiết kế máy biến dòng tốt tập trung vào điện áp thấp hơn ở phía thứ cấp, sử dụng vật liệu có tính thấm cao, diện tích lõi cao và số vòng quay thứ cấp lớn.
Các cân nhắc thông thường để chọn vật liệu lõi bao gồm suy hao lõi thấp, giá trị từ trở thấp và mật độ thông lượng thấp. Vật liệu giấy, véc ni, băng keo và các biến thể của chúng được sử dụng cho mục đích cách nhiệt.
Máy biến dòng có thể là kiểu quấn hoặc kiểu thanh. Trong trường hợp ứng dụng điện áp thấp kiểu quấn, các lượt thứ cấp được quấn trên bakelite, sau đó là các lượt sơ cấp có cách điện thích hợp ở giữa các lớp. Trong kiểu thanh, một thanh đơn tạo thành cuộn sơ cấp và đi qua tâm của lõi.
Hình 4. Máy biến dòng có thể là loại thanh hoặc loại quấn.
Các tài liệu tham khảo chính:
- L. Umanand, SR Bhat, “Thiết kế từ tính các thành phần dành cho Bộ chuyển đổi nguồn ở Chế độ Chuyển đổi ”, Wiley Eastern Limited.
- Marian K. Kazimierczuk, “Các thành phần từ tính tần số cao”, John Wiley và Sons, Ltd.
- Marcel Dekkar, “Sổ tay thiết kế máy biến áp và cuộn cảm”, 2004.
- Máy biến áp hiện tại