Какие факторы вызывают погрешность трансформатора тока?

1. Основные факторы
Характеристики основного материала
Нелинейное изменение магнитной проницаемости. Материал сердечника трансформатора тока (например, лист кремнистой стали или пермаллой) имеет магнитную проницаемость, которая не является абсолютной константой. Магнитная проницаемость изменяется при различной напряженности магнитного поля. Когда первичный ток велик, что приводит к увеличению напряженности магнитного поля в сердечнике, магнитная проницаемость может уменьшиться. Это нелинейное изменение приведет к тому, что плотность потока трансформатора больше не будет поддерживать линейную связь с первичным током, тем самым создавая ошибку коэффициента (ошибка соотношения) и угловую ошибку (фазовая ошибка). Например, в условиях сильного тока явление магнитного насыщения материала сердечника приведет к уменьшению магнитной проницаемости, так что вторичный ток не может точно измениться пропорционально первичному току в соответствии с коэффициентом трансформации.
Влияние гистерезисных потерь: Под действием переменного магнитного поля сердечник будет производить гистерезисные потери. Потеря гистерезиса приведет к нагреву сердечника и возникновению запаздывающей зависимости между напряженностью магнитного поля и плотностью магнитного потока. Это повлияет на соотношение фаз между вторичным и первичным токами, что приведет к угловой разнице. В то же время наличие гистерезисных потерь также будет в определенной степени потреблять энергию, влияя на точность трансформатора.
Основная структура и производственный процесс
Влияние формы и размера сердечника. Форма (например, кольцо, прямоугольник и т. д.) и размер сердечника оказывают важное влияние на характеристики трансформатора. Если конструкция магнитной цепи сердечника нерациональна, например, длина магнитной цепи слишком велика или площадь поперечного сечения слишком мала, магнитное сопротивление увеличится, что приведет к неравномерной плотности магнитного потока, что приведет к ошибкам. Для кольцевого сердечника, хотя магнитная цепь замкнута и магнитное сопротивление невелико, если соотношение внутреннего и внешнего диаметров сердечника не подходит, это также может повлиять на распределение магнитного поля, тем самым вызывая ошибки.
Дефекты в процессе изготовления сердечника: в процессе изготовления сердечника, например, из-за плохого ламинирования листов кремнистой стали, внутри сердечника могут образоваться воздушные зазоры. Воздушный зазор значительно увеличит магнитное сопротивление, увеличит утечку магнитного потока и снизит точность трансформатора. Кроме того, если в процессе обработки на сердечник будет воздействовать механическое напряжение, его магнитные свойства также изменятся, что приведет к ошибкам.
2. Факторы намотки
Погрешность витка обмотки: количество витков первичной и вторичной обмотки определяется в соответствии с коэффициентом трансформации. Если в процессе производства возникнет ошибка в количестве витков, это напрямую повлияет на точность коэффициента трансформации. Например, если количество витков вторичной обмотки больше расчетного значения, вторичный ток станет меньше, что приведет к разнице в коэффициентах; и наоборот, если количество витков меньше расчетного значения, вторичный ток станет больше, что также приведет к разнице передаточных чисел. Причем на точность количества витков обмотки влияет и процесс намотки. Например, если в процессе намотки произойдет ошибка в подсчете количества витков или произойдет локальное короткое замыкание в обмотке, это приведет к ошибке поворота.
Сопротивление обмотки и реактивное сопротивление утечки. Сопротивление обмотки приводит к падению напряжения. Когда вторичный ток проходит, падение напряжения на сопротивлении снизит напряжение на конце вторичной обмотки, тем самым влияя на величину вторичного тока и создавая разность коэффициентов. В то же время реактивное сопротивление рассеяния обмотки вызовет разность фаз между вторичным током и первичным током, вызывая угловую разницу. Особенно в условиях высоких частот влияние реактивного сопротивления рассеяния будет более значительным, поскольку реактивное сопротивление рассеяния пропорционально частоте. Увеличение частоты приведет к увеличению реактивного сопротивления рассеяния, тем самым увеличивая угловую разницу.
Распределенная емкость обмотки: между обмотками, а также между обмотками и железным сердечником имеется распределенная емкость. При прохождении высокочастотного тока распределенная емкость будет генерировать емкостной ток, который будет накладываться на индуктивный ток вторичной обмотки, изменяя величину и фазу вторичного тока, тем самым внося погрешность. Более того, размер распределенной емкости также связан с такими факторами, как геометрия обмотки и диэлектрическая проницаемость изолирующего материала.
3. Факторы, связанные с условиями труда
Первичный размер тока и форма сигнала
Влияние величины первичного тока: когда первичный ток слишком мал или слишком велик, это влияет на точность трансформатора. Когда первичный ток слишком мал, плотность магнитного потока в сердечнике низкая, магнитная проницаемость нестабильна, и возникает большая разница в соотношениях и углах. Когда первичный ток слишком велик, близок к номинальному току насыщения трансформатора или превышает его, сердечник будет насыщен, в результате чего вторичный ток не сможет точно следовать изменениям первичного тока, что приведет к серьезным ошибкам.
Влияние формы первичного тока: если первичный ток не является стандартной синусоидальной волной, например, он содержит гармонические составляющие, сердечник и обмотка трансформатора будут по-разному реагировать на разные частотные составляющие, что приведет к ошибкам измерения. Для токов, содержащих гармоники высших порядков, потери в сердечнике будут увеличиваться, а реактивное сопротивление рассеяния и распределенная емкость обмотки будут по-разному влиять на разных частотах, тем самым изменяя амплитуду и фазу вторичного тока и внося погрешности.
Влияние вторичной нагрузки: Вторичная нагрузка включает в себя эквивалентное сопротивление таких устройств, как амперметры, реле и счетчики энергии, подключенных к вторичной обмотке. Когда сопротивление вторичной нагрузки слишком велико, согласно закону Ома, ток вторичной обмотки уменьшится, что приведет к ошибке коэффициента трансформации. В то же время свойства вторичной нагрузки (например, индуктивная, емкостная или резистивная) также будут влиять на фазу вторичного тока и вызывать угловую ошибку. Например, если вторичная нагрузка является индуктивной, вторичный ток будет отставать от идеальной фазы, увеличивая угловую ошибку.