MỘT Cảm biến vôn , hay bộ chuyển đổi điện áp, là thành phần cảm biến thiết yếu giúp thu thập điện thế và chuyển đổi tín hiệu điện áp cao thô thành đầu ra mức thấp được tiêu chuẩn hóa, an toàn để đo lường, bảo vệ rơle và điều khiển hệ thống điện. Nó đóng vai trò là 'mắt điện áp' của thiết bị điện, được sử dụng rộng rãi trong lưới điện, điện tử công suất, truyền động công nghiệp và các trạm năng lượng mới, đồng thời nó hoạt động tuân theo các quy luật vật lý khác nhau tùy thuộc vào thiết kế của nó.
Loại cơ bản nhất dựa trên nguyên lý phân áp điện trở. Hai điện trở chính xác được mắc nối tiếp qua điện áp đo được. Theo định luật Ohm, điện áp phân bố tỷ lệ thuận với giá trị điện trở. Cảm biến đo điện áp rơi trên điện trở nhỏ hơn để tính điện áp đầu vào ban đầu. Cấu trúc đơn giản này hoạt động tốt cho các bảng mạch điện áp thấp và thử nghiệm trong phòng thí nghiệm. Tuy nhiên, nó tạo ra tổn thất nhiệt năng liên tục và bị chênh lệch nhiệt độ, do đó nó không thể áp dụng cho các tình huống truyền tải điện áp cao.
Đối với hệ thống điện truyền thống, máy biến điện áp cảm ứng (VT/PT) chiếm ưu thế. Có cấu trúc tương tự như máy biến áp thông thường, chúng sử dụng cảm ứng điện từ. Cuộn dây sơ cấp nối với đường dây cao thế và điện áp xoay chiều tạo ra từ thông biến thiên bên trong lõi sắt. Sau đó, từ thông sẽ tạo ra một điện áp thấp được tiêu chuẩn hóa và giảm quy mô trên cuộn dây thứ cấp, thường là 100 V để bảo vệ lưới điện. Công nghệ hoàn thiện này mang lại độ chính xác ổn định trong các điều kiện định mức, tuy nhiên nó có những điểm yếu rõ ràng: lõi sắt có thể bão hòa khi xảy ra sự cố và rủi ro cộng hưởng sắt từ có thể xuất hiện trong môi trường điện áp cực cao. Nó cũng cồng kềnh và nặng nề.
Máy biến điện áp điện dung (CVT) là một giải pháp điện áp cao chủ đạo khác. Một dãy tụ điện nối tiếp chia điện áp đầu vào bằng điện kháng. Một cuộn cảm điều chỉnh sẽ bù lỗi pha, tạo ra tín hiệu thứ cấp có thể sử dụng được. CVT nhẹ hơn VT lõi sắt và thường được lắp đặt trên đường dây truyền tải điện áp cao trên không.
Các trạm biến áp kỹ thuật số hiện đại ngày càng áp dụng các cảm biến điện áp quang học được chế tạo dựa trên hiệu ứng Pockels. Khi điện áp được đặt vào một tinh thể quang điện, tinh thể đó sẽ làm thay đổi góc phân cực của ánh sáng laser truyền qua nó. Bộ tách sóng quang chuyển sự thay đổi phân cực này thành số đọc điện. Thiết kế quang học này loại bỏ các cuộn dây kim loại và lõi sắt, mang lại khả năng cách nhiệt tuyệt vời và khả năng chống nhiễu điện từ mạnh mẽ.
Gần như tất cả các cảm biến volt đều tích hợp các mạch hậu điều hòa để lọc, khuếch đại và cách ly điện. Đầu ra cuối cùng có thể là tín hiệu tương tự như 4–20 mA hoặc dữ liệu số cho rơle bảo vệ và nền tảng giám sát. Khi kết hợp với các cảm biến dòng điện như cuộn dây Rogowski, cảm biến điện áp cung cấp dữ liệu cốt lõi giúp hệ thống điện có thể đo lường, kiểm soát và an toàn.
