Hvilke faktorer forårsager fejlen i strømtransformatoren?
Jan 15, 2025| 1. Kernerelaterede faktorer
Kernematerialeegenskaber
Ikke-lineær ændring af magnetisk permeabilitet: Kernematerialet i strømtransformatoren (såsom siliciumstålplade eller Permalloy) har en magnetisk permeabilitet, der ikke er en absolut konstant. Den magnetiske permeabilitet ændres under forskellige magnetiske feltstyrker. Når den primære strøm er stor, hvilket resulterer i en stigning i magnetfeltstyrken i kernen, kan den magnetiske permeabilitet falde. Denne ikke-lineære ændring vil medføre, at transformatorens fluxtæthed ikke længere opretholder et lineært forhold til primærstrømmen, hvorved der indføres en forholdsfejl (forholdsfejl) og en vinkelfejl (fasefejl). For eksempel vil det magnetiske mætningsfænomen af kernematerialet under høje strømforhold få den magnetiske permeabilitet til at falde, således at den sekundære strøm ikke nøjagtigt kan ændre sig i forhold til den primære strøm i henhold til transformationsforholdet.
Påvirkningen af hysteresetab: Kernen vil producere hysteresetab under påvirkning af et vekslende magnetfelt. Hysteresetab vil få kernen til at varme op og forårsage et forsinkelsesforhold mellem den magnetiske feltstyrke og den magnetiske fluxtæthed. Dette vil påvirke faseforholdet mellem den sekundære strøm og den primære strøm, hvilket resulterer i en vinkelforskel. Samtidig vil tilstedeværelsen af hysteresetab også forbruge energi til en vis grad, hvilket påvirker transformatorens nøjagtighed.
Kernestruktur og fremstillingsproces
Indflydelsen af kerneform og størrelse: Formen (såsom ring, rektangel osv.) og størrelsen af kernen har en vigtig indflydelse på transformatorens ydeevne. Hvis det magnetiske kredsløbsdesign af kernen er urimeligt, såsom det magnetiske kredsløbslængde er for lang eller tværsnitsarealet er for lille, vil den magnetiske modstand stige, hvilket resulterer i ujævn magnetisk fluxtæthed, hvilket vil forårsage fejl. For ringkernen, selvom det magnetiske kredsløb er lukket, og den magnetiske modstand er lille, kan det, hvis forholdet mellem kernens indre og ydre diameter ikke er passende, også påvirke magnetfeltfordelingen og derved forårsage fejl.
Fejl i kernefremstillingsprocessen: Under fremstillingsprocessen af kernen, såsom dårlig laminering af siliciumstålplader, kan der være luftspalter inde i kernen. Luftgabet vil i høj grad øge den magnetiske modstand, øge den magnetiske fluxlækage og reducere transformatorens nøjagtighed. Desuden, hvis kernen påvirkes af mekanisk belastning under behandlingen, vil dens magnetiske egenskaber også ændre sig, hvilket resulterer i fejl.
2. Afviklingsfaktorer
Vindingsfejl: Antallet af vindinger af primærviklingen og sekundærviklingen bestemmes i henhold til transformationsforholdet. Under fremstillingsprocessen, hvis der er en fejl i antallet af omdrejninger, vil det direkte påvirke transformationsforholdets nøjagtighed. For eksempel, hvis antallet af vindinger af sekundærviklingen er mere end designværdien, vil sekundærstrømmen blive mindre, hvilket resulterer i en forholdsforskel; omvendt, hvis antallet af vindinger er mindre end designværdien, vil sekundærstrømmen blive større, hvilket også vil resultere i en forholdsforskel. Desuden påvirkes nøjagtigheden af antallet af viklinger af viklingen også af viklingsprocessen. For eksempel, hvis der er en fejl i antallet af vindinger under viklingsprocessen, eller hvis der er en lokal kortslutning i viklingen, vil det forårsage en drejningsfejl.
Viklingsmodstand og lækagereaktans: Viklingens modstand vil give et spændingsfald. Når den sekundære strøm passerer igennem, vil modstandsspændingsfaldet reducere spændingen ved den sekundære viklingsende, hvorved størrelsen af sekundærstrømmen påvirkes og en forholdsforskel. Samtidig vil viklingens lækreaktans forårsage en faseforskel mellem sekundærstrømmen og primærstrømmen, hvilket forårsager en vinkelforskel. Især under højfrekvente forhold vil effekten af lækagereaktans være mere signifikant, fordi lækagereaktansen er proportional med frekvensen. Frekvensstigningen vil øge lækagereaktansen og derved øge vinkelforskellen.
Viklingsfordelt kapacitans: Der er fordelt kapacitans mellem viklingerne og mellem viklingerne og jernkernen. Når en højfrekvent strøm passerer igennem, vil den distribuerede kapacitans generere en kapacitiv strøm, som vil blive overlejret på sekundærviklingens induktive strøm, hvilket ændrer størrelsen og fasen af den sekundære strøm, hvorved der indføres en fejl. Desuden er størrelsen af den distribuerede kapacitans også relateret til faktorer som viklingens geometri og isoleringsmaterialets dielektriske konstant.
3. Faktorer relateret til arbejdsforhold
Primær strømstørrelse og bølgeform
Påvirkningen af den primære strømstørrelse: Når primærstrømmen er for lille eller for stor, vil det påvirke transformatorens nøjagtighed. Når den primære strøm er for lille, er den magnetiske fluxtæthed i kernen lav, den magnetiske permeabilitet er ustabil, og der vil blive genereret en stor forholdsforskel og vinkelforskel. Når primærstrømmen er for stor, tæt på eller overstiger transformatorens nominelle mætningsstrøm, vil kernen blive mættet, hvilket resulterer i, at sekundærstrømmen ikke nøjagtigt kan følge de primære strømændringer, hvilket resulterer i alvorlige fejl.
Påvirkningen af den primære strømbølgeform: Hvis primærstrømmen ikke er en standard sinusbølge, for eksempel, den indeholder harmoniske komponenter, vil kernen og viklingen af transformeren reagere forskelligt på forskellige frekvenskomponenter, hvilket vil forårsage målefejl. For strømme, der indeholder overtoner af høj orden, vil tabet af kernen stige, og viklingens lækreaktans og fordelte kapacitans vil have forskellige virkninger på forskellige frekvenser, hvorved amplituden og fasen af den sekundære strøm ændres og der indføres fejl.
Indflydelsen af sekundær belastning: Den sekundære belastning inkluderer den ækvivalente impedans af enheder som amperemetre, relæer og energimålere forbundet til sekundærviklingen. Når den sekundære belastningsimpedans er for stor, vil sekundærstrømmen ifølge Ohms lov falde, hvilket resulterer i en forholdsfejl. Samtidig vil egenskaberne for den sekundære belastning (såsom induktiv, kapacitiv eller resistiv) også påvirke sekundærstrømmens fase og producere en vinkelfejl. For eksempel, når den sekundære belastning er en induktiv belastning, vil den sekundære strøm halte efter den ideelle fase, hvilket øger vinkelfejlen.