Високопрецизни токови трансформатори: Принципи на приложение на нанокристални магнитни ядра

При интелигентното измерване на мрежата, преобразувателите за съхранение на енергия, автомобилното електронно управление, промишлената релейна защита и оборудването за прецизно вземане на проби, токовите трансформатори (CT) са основните компоненти за получаване на сигнали и мониторинг на данни. Точността на измерване и надеждността на защитата на оборудването зависят пряко от производителността на пробите на трансформатора. За клас 0.1 и клас 0.2S високо прецизни трансформаторни токове, докато дизайнът на веригата и процесите на навиване са важни, истинският определящ фактор за тавана на точността на вземане на проби, линейността при нисък ток и стабилността при широки температури се крие в материала на магнитната сърцевина. Много инженери се сблъскват с проблеми по време на тестване на прототипи и масово производство - като неточно вземане на проби с нисък ток, фазово изместване, дрейф на грешка при висока/ниска температура и прецизно отклонение след импулсни събития - които в крайна сметка произтичат от несъответстващ избор на материал на магнитната сърцевина. В сравнение с традиционната силициева стомана, ферит и пермалой, нанокристалните магнитни сърцевини се превърнаха в един от основните материали за сърцевината за високопрецизни измервателни и прецизни защитни трансформатори, благодарение на техните уникални електромагнитни свойства, и представляват ключовото решение за различни предизвикателства при грешки при вземане на проби.

 

 

Ограниченията на традиционните материали за магнитна сърцевина ограничават прецизните надстройки

Различните материали на магнитната сърцевина се различават драстично по пропускливост, коерцитивност, температурна стабилност и характеристики на насищане, като всеки има присъщи ограничения, които затрудняват изпълнението на взискателните изисквания на високопрецизните CT. Силициевите стоманени сърцевини предлагат висока плътност на потока на насищане и силно съпротивление на токов импулс, което ги прави подходящи за високотокови защитни трансформатори с мощност и честота. Техните недостатъци обаче са значителни: ниска първоначална пропускливост, висока коерцитивност и висока грешка при хистерезис. Те показват висока загуба на възбуждане при условия на слаб ток, което прави грешката на съотношението и грешката на фазата трудна за контролиране. Те не могат да отговорят на стандартите за точност за високопрецизно измерване от клас 0.2S и по-висок и са подходящи само за сценарии за конвенционална индустриална защита.

Феритните сърцевини се представят отлично при загуба на висока честота, но имат ниска плътност на магнитния поток при насищане и ниска температура на Кюри. Техните магнитни параметри се променят значително при температурни колебания. Междувременно тяхната сензорна чувствителност при слаби магнитни полета е недостатъчна, което води до лоша линейност за вземане на проби с малък сигнал и неадекватна стабилност в широки температурни диапазони - което ги прави напълно неподходящи за приложения с високо прецизно, високостабилно измерване и вземане на проби.

Пермалоевите сърцевини предлагат висока пропускливост и отлична точност, отговаряйки на изискванията за прецизно вземане на проби. Те обаче имат два основни недостатъка: цената на суровината е непосилно висока, което възпрепятства широкомащабното масово производство; и плътността на потока на насищане е относително ниска, което води до слабо съпротивление на импулси при претоварване и недостатъчна надеждност при сложни работни условия.

 

Нанокристална магнитна сърцевина - предпочитаният материал за високопрецизни CT

Нанокристалните меки магнитни материали се открояват с пет основни предимства: висока пропускливост, нисък хистерезис, стабилност при широка температура, високо насищане и отлична рентабилност. Тези свойства съвпадат точно с изискванията за проектиране на високопрецизните CT, което прави нанокристалните ядра стандартния материал за магнитна сърцевина за интелигентно измерване от висок клас и оборудване за прецизна защита.

1. Свръхвисока начална пропускливост - значително намалява грешката при вземане на проби

Основният източник на грешка в токовите трансформатори е загубата на възбуждане в сърцевината. Нанокристалните ядра притежават изключително висока първоначална пропускливост и ултра ниска коерцитивност, което води до минимален ток на възбуждане и изключително висока ефективност на свързване на потока. Дори при сценарии за вземане на проби с много слаб първичен ток, те поддържат отлична линейност, като значително намаляват грешката в съотношението и фазовата грешка. С подходящ дизайн и контрол на процеса, те могат да поддържат приложения за точност от клас 0.1 и клас 0.2S. Обърнете внимание, че точността на КТ също се влияе от коефициента на завъртане, вторичното натоварване, въздушната междина, размагнитването и повишаването на температурата.

2. Изключително нисък хистерезис и остатъчна устойчивост - Осигурява консистенция на пробите

При събития на пренапрежение в мрежата, импулси на късо съединение и мигновени състояния на висок ток, обикновените магнитни сърцевини лесно запазват остатъчен магнетизъм, което води до непрекъснато отклонение на последващите данни от пробите и влошаване на точността - пряко въздействие върху преценката за защита на оборудването. Нанокристалните ядра имат изключително тесни вериги на хистерезис и минимална остатъчна устойчивост. След импулсни токови събития те бързо възстановяват първоначалната си магнитна производителност без остатъчна магнитна интерференция, осигурявайки стабилни и последователни данни за вземане на проби през множество цикъла на измерване. Това значително подобрява оперативната надеждност при сценарии за релейна защита и запис на грешки.

3. Отлична стабилност при широка температура - Елиминира грешката на температурния дрейф

Електрическите мрежи на открито, автомобилното оборудване и станциите за съхранение на енергия са рутинно изложени на широк температурен диапазон от -40 градуса до 125 градуса. Обикновените магнитни сърцевини са склонни към дрейф на магнитните параметри при температурни промени, което води до превишаване на границите на грешки при измерване. Нанокристалните материали имат висока температура на Кюри, с минимално влошаване на магнитните свойства в широкия температурен диапазон. Те ефективно потискат предизвиканото от температурата дрейф на вземане на проби, осигурявайки стабилна точност при всякакви работни условия и денонощна производителност, което ги прави подходящи за различни взискателни среди на крайния потребител.

4. Висока плътност на потока на насищане - балансира миниатюризацията и масовото производство

Плътността на потока на насищане на нанокристалните материали е далеч по-добра от тази на пермалой, осигурявайки по-силна устойчивост на импулси при претоварване и способността да издържат на мигновени удари на висок ток без магнитно насищане. При еквивалентни спецификации за точност, нанокристалните ядра са с по-малък обем и по-компактна структура, идеално подходящи за тенденцията на миниатюризация на съвременното оборудване. Междувременно, в сравнение с пермалой, нанокристалният предлага значителни предимства в разходите при масовото производство - балансираща точност, размер и рентабилност за широкомащабно внедряване.

 

Прецизно производство - ключът към консистенцията на партидния продукт

Висококачествените материали са в основата на точността, но прецизните производствени процеси са в основата на стабилността на ниво партида. Конвенционалните нанокристални сърцевини на пазара често страдат от неравномерна топлинна обработка, нестабилно напрежение на намотката и елементарни процеси на втвърдяване, което води до големи индивидуални отклонения на параметрите, лоша консистенция на партидите и колебания в производителността при високи/ниски температури - в крайна сметка водещо до неравномерна точност в токовите трансформатори на крайния потребител.

Sunbow е дълбоко ангажиран в областта на меките магнитни материали в продължение на много години, овладявайки пълен набор от патентовани производствени процеси и притежавайки множество технологични патенти. Изградена върху повече от десетилетие опит в формулирането на материалите и процесите, компанията използва прецизни производствени процеси за фино оптимизиране на вътрешната зърнеста структура на магнитните ядра, осигурявайки еднакви магнитни вериги, прецизен контрол на междините и последователни магнитни параметри във всяко отделно ядро. Патентован процес на втвърдяване допълнително оптимизира съвпадението на термичното разширение на сърцевината, като значително намалява влошаването на производителността при висока и ниска температура на околната среда и задълбочено се справя с предизвикателствата в цялата индустрия на лошото EMC представяне и последователност на точността в серийно произведени продукти.

Sunbow е постигнал мащабен производствен капацитет от 300 милиона ядра годишно. Нейните продукти са валидирани чрез многобройни проекти за мрежи, съхранение на енергия и автомобилни терминали, демонстрирайки стабилна производителност и силна адаптивност към различни условия на работа - цялостно отговарящи на изискванията за прецизно масово производство на токови трансформатори от висок клас.

 

Заключение

За конвенционалните високотокови защитни трансформатори с мощност и честота силиконовата стомана предлага по-рентабилен избор. За високочестотни прости сценарии на вземане на проби, феритът е подходящ вариант. Въпреки това, за високопрецизно измерване от клас 0.1/0.2S, широкотемпературно вземане на проби при всякакви метеорологични условия и приложения за релейна защита с висока надеждност, нанокристалните магнитни ядра са едно от най-важните решения.

При проектирането на високопрецизни токови трансформатори е от решаващо значение да не разчитате единствено на компенсация на задната верига за коригиране на грешки. Изборът на правилното нанокристално ядро ​​от самото начало и контролирането на качеството на производство на ядрото са от съществено значение за фундаментално разрешаване на основни проблеми като дрейф на пробите, фазово изместване и несъответствие в точността на партидата - значително намалявайки трудността при отстраняване на грешки на прототипа и риска от преработване на масовото производство.

Дълбоко фокусиран върху аморфни и нанокристални меки магнитни материали, Sunbow 8 продължава да се занимава с основните болни точки в прецизното вземане на проби, електромагнитната съвместимост и управлението на топлината. Със стабилно качество на материалите, зрели прецизни производствени процеси и мащабирани възможности за масово производство, компанията предоставя надеждни решения с магнитна сърцевина за високопрецизно токово трансформаторно оборудване в различни индустрии.

СЛЪНБОУ МАГНИТЕН

ВАШИЯТ НАЙ-ДОБЪР ПАРТНЬОР ЗА МАГНИТНИ МАТЕРИАЛИ