Những yếu tố nào gây ra lỗi của máy biến dòng?

1. Các yếu tố liên quan đến cốt lõi
Đặc tính vật liệu cốt lõi
Sự thay đổi phi tuyến của độ thấm từ: Vật liệu lõi của máy biến dòng (như tấm thép silicon hoặc Permalloy) có độ thấm từ không phải là hằng số tuyệt đối. Độ thấm từ thay đổi theo cường độ từ trường khác nhau. Khi dòng điện sơ cấp lớn dẫn đến cường độ từ trường trong lõi tăng lên thì độ thấm từ có thể giảm. Sự thay đổi phi tuyến này sẽ làm cho mật độ từ thông của máy biến áp không còn duy trì mối quan hệ tuyến tính với dòng điện sơ cấp, từ đó gây ra sai số tỷ lệ (lỗi tỷ lệ) và sai số góc (lỗi pha). Ví dụ, trong điều kiện dòng điện cao, hiện tượng bão hòa từ của vật liệu lõi sẽ làm cho độ thấm từ giảm, do đó dòng điện thứ cấp không thể thay đổi chính xác tỷ lệ với dòng điện sơ cấp theo tỷ lệ biến đổi.
Ảnh hưởng của tổn thất trễ: Lõi sẽ tạo ra tổn thất trễ dưới tác dụng của từ trường xoay chiều. Mất trễ sẽ làm cho lõi nóng lên và gây ra mối quan hệ trễ giữa cường độ từ trường và mật độ từ thông. Điều này sẽ ảnh hưởng đến mối quan hệ pha giữa dòng điện thứ cấp và dòng điện sơ cấp, dẫn đến chênh lệch góc. Đồng thời, sự hiện diện của tổn thất trễ cũng sẽ tiêu tốn năng lượng ở một mức độ nhất định, ảnh hưởng đến độ chính xác của máy biến áp.
Cấu trúc cốt lõi và quy trình sản xuất
Ảnh hưởng của hình dạng và kích thước lõi: Hình dạng (như hình tròn, hình chữ nhật, v.v.) và kích thước của lõi có ảnh hưởng quan trọng đến hiệu suất của máy biến áp. Nếu thiết kế mạch từ của lõi không hợp lý, chẳng hạn như chiều dài mạch từ quá dài hoặc tiết diện quá nhỏ, điện trở từ sẽ tăng lên, dẫn đến mật độ từ thông không đồng đều, sẽ gây ra lỗi. Đối với lõi vòng, mặc dù mạch từ khép kín và điện trở từ nhỏ nhưng nếu tỷ lệ đường kính trong và ngoài của lõi không phù hợp cũng có thể ảnh hưởng đến sự phân bố từ trường, từ đó gây ra sai số.
Khiếm khuyết trong quá trình sản xuất lõi: Trong quá trình sản xuất lõi, chẳng hạn như việc cán mỏng các tấm thép silicon kém, có thể xuất hiện các khe hở không khí bên trong lõi. Khe hở không khí sẽ làm tăng đáng kể điện trở từ, tăng rò rỉ từ thông và giảm độ chính xác của máy biến áp. Ngoài ra, nếu lõi bị ảnh hưởng bởi ứng suất cơ học trong quá trình xử lý, tính chất từ ​​của nó cũng sẽ thay đổi, dẫn đến sai số.
2. Yếu tố cuộn dây
Lỗi vòng dây: Số vòng dây của cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp được xác định theo tỷ số biến đổi. Trong quá trình sản xuất, nếu xảy ra sai sót về số vòng quay sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác của tỷ lệ chuyển đổi. Ví dụ, nếu số vòng dây của cuộn thứ cấp lớn hơn giá trị thiết kế thì dòng điện thứ cấp sẽ nhỏ hơn, dẫn đến chênh lệch tỷ số; ngược lại, nếu số vòng dây nhỏ hơn giá trị thiết kế thì dòng điện thứ cấp sẽ lớn hơn cũng dẫn đến chênh lệch tỷ số. Hơn nữa, độ chính xác của số vòng dây quấn cũng bị ảnh hưởng bởi quá trình quấn dây. Ví dụ: nếu có lỗi về số vòng đếm trong quá trình cuộn dây hoặc nếu xảy ra đoản mạch cục bộ trong cuộn dây thì sẽ gây ra lỗi vòng dây.
Điện trở cuộn dây và điện kháng rò rỉ: Điện trở của cuộn dây sẽ tạo ra hiện tượng sụt áp. Khi dòng thứ cấp đi qua, điện trở sụt giảm sẽ làm giảm điện áp ở đầu cuộn thứ cấp, từ đó ảnh hưởng đến cường độ dòng điện thứ cấp và tạo ra sự chênh lệch tỷ số. Đồng thời, phản kháng rò rỉ của cuộn dây sẽ gây ra sự lệch pha giữa dòng điện thứ cấp và dòng điện sơ cấp, gây ra sự lệch góc. Đặc biệt trong điều kiện tần số cao, ảnh hưởng của phản ứng rò rỉ sẽ đáng kể hơn, vì phản ứng rò rỉ tỷ lệ thuận với tần số. Việc tăng tần số sẽ làm tăng phản ứng rò rỉ, do đó làm tăng chênh lệch góc.
Điện dung phân bố của cuộn dây: Có điện dung phân bố giữa các cuộn dây và giữa các cuộn dây với lõi sắt. Khi dòng điện tần số cao đi qua, điện dung phân bố sẽ tạo ra dòng điện dung, dòng điện này sẽ chồng lên dòng điện cảm ứng của cuộn thứ cấp, làm thay đổi cường độ và pha của dòng điện thứ cấp, từ đó gây ra sai số. Hơn nữa, kích thước của điện dung phân bố còn liên quan đến các yếu tố như hình dạng của cuộn dây và hằng số điện môi của vật liệu cách điện.
3. Các yếu tố liên quan đến điều kiện làm việc
Kích thước và dạng sóng sơ cấp
Ảnh hưởng của kích thước dòng sơ cấp: Khi dòng sơ cấp quá nhỏ hoặc quá lớn sẽ ảnh hưởng đến độ chính xác của máy biến áp. Khi dòng điện sơ cấp quá nhỏ, mật độ từ thông trong lõi thấp, độ thấm từ không ổn định và sẽ tạo ra chênh lệch tỷ lệ và góc lệch lớn. Khi dòng điện sơ cấp quá lớn, gần hoặc vượt quá dòng bão hòa định mức của máy biến áp, lõi sẽ bị bão hòa dẫn đến dòng điện thứ cấp không thể theo dõi chính xác sự thay đổi của dòng điện sơ cấp, dẫn đến sai số nghiêm trọng.
Ảnh hưởng của dạng sóng dòng điện sơ cấp: Nếu dòng điện sơ cấp không phải là sóng hình sin tiêu chuẩn, ví dụ nó chứa các thành phần hài, lõi và cuộn dây của máy biến áp sẽ phản ứng khác nhau với các thành phần tần số khác nhau, sẽ gây ra sai số đo. Đối với dòng điện chứa sóng hài bậc cao, tổn thất trong lõi sẽ tăng lên, điện kháng rò rỉ và điện dung phân bố của cuộn dây sẽ có tác động khác nhau lên các tần số khác nhau, do đó làm thay đổi biên độ và pha của dòng điện thứ cấp và gây ra sai số.
Ảnh hưởng của tải thứ cấp: Tải thứ cấp bao gồm trở kháng tương đương của các thiết bị như ampe kế, rơle, đồng hồ đo năng lượng nối vào cuộn thứ cấp. Khi trở kháng tải thứ cấp quá lớn, theo định luật Ohm, dòng điện thứ cấp sẽ giảm dẫn đến sai số tỷ số. Đồng thời, các đặc tính của tải thứ cấp (như điện cảm, điện dung hoặc điện trở) cũng sẽ ảnh hưởng đến pha của dòng điện thứ cấp và tạo ra sai số góc. Ví dụ, khi tải thứ cấp là tải cảm ứng, dòng điện thứ cấp sẽ trễ hơn pha lý tưởng, làm tăng sai số góc.