بررسی جریان های هجومی در ترانسفورماتور

۱-۱- جریان هجومی مغناطیس کننده ترانسفورماتور : Transformer magnetizing inrush current

درشرایط معمولی یک ترانسفورماتور در حالت بی باری جریان مغناطیس کننده ای حدود ۵/۰ تا ۲ درصد جریان نامی اش از منبع میکشد . این جریان بعلت اثرات اشباع آهن سینوسی نیست ( شکل ۱) بررسی جریان های هجومی در ترانسفورماتور

شکل ۱- جریان بی باری

مقداراعوجاج بستگی به مقدار چگالی فوران مغناطیسی دارد که هسته در آن چگالی کار میکند . تغییرات فوران هسته و جریان مغناطیس کننده بنحوی است که درهر پریود ( دوره تناوب ) یکبار دور حلقه هیسترزیس (Hysteresis loop )  طی میشود (شکل2)

شکل ۲- حلقه هیسترزیس

همچنین تغییرات فوران هسته بنحوی است که در هر لحظه نیروی محرکه الکتریکی( emf ) لازم را برای برابری با ولتا ژ لحظه ای منبع تولید کند . در شکل ۳ حلقه هیسترزیس همراه با منحنی مغناطیسی magnetizing curve  مکان قرار گرفتن رئوس حلقه های هیسترزیس است که در ولتاژ های اعمال شده به ترانسفورماتور در حالت ماندگار ( steady state ) بدست آمده اند   (شکل ۴ ). بررسی جریان های هجومی در ترانسفورماتور

شکل ۳- حلقه هیسترزیس همراه با منحنی مفناطیسی

شکل ۴- حلقه های هیسترزیس مربوط به اعمال ولتا ژ مختلف

بدیهی است همانگونه که ولتاژ افزایش میابد و در نتیجه این امرفوران بیشتر وبیشتری از هسته عبور میکند. ماگزیمم جریان نیز بسرعت افزایش پیدامیکند زیرا هسته اشباع میشود.

شکل5- وضعیت مغناطیسی هسته ترانسفور ماتور در زمان وصل به منبع

در حلقه هیسترزیس شکل ۵ تغییرات فوران بین می‌باشد که این امر در حالت ماندگار حاصل شده است . حال می‌خواهیم ببینیم در شرایط گذار که پس از وصل کلید و اعمال ولتاژ منبع به سیم پیچ ترانسفورماتور پیش می‌آید ، چه اتفاقی می‌افتد . بدین منظور به آخرین دفعه‌ای بازمی‌گردیم که  ترانسفورماتور برقدار بوده و سپس از منبع تغذیه قطع شده است. شکل ۵ نشان می‌دهد که در لحظه‌ای که جریان از صفر عبور می‌کند فوران پسماند  در هسته وجود دارد ( Residual Flux ) ، که فقط با تغییر جهت جریان و تغییرات آن تا صفر می‌توان آن را از بین برد .

لذا باید انتظار داشت که پس از قطع ترانسفورماتور از منبع نیز ، فوران قابل ملاحظه‌ای در هسته باقی بماند . معمولاً این فوران پسماند از مقدار  مشخص شده در شکل ۵ کمتر است ، زیرا بعد از قطع جریان توسط کلید ، یک جریان گذرا در سیم پیچ عبور می‌کند که نتیجه تخلیه ظرفیت خازنی ترانسفورماتور یا جریان بار است . البته توضیح بیشتر راجع به کاهش یافتن فوران پس‌ماند در قسمت ۶ خواهد آمد . فرض می‌کنیم که مقدار فوران پس‌ماند  باشد.

همچنین فرض می‌کنیم که در هنگام برقدار شدن مجدد ترانسفورماتور پلاریته ولتاژ به نحوی باشد که فوران در جهت مثبت افزایش یابد . اگر موج ولتاژ اعمال شده در لحظه وصل در حال عبور از صفر به طرف نیمه مثبت موج باشد ، فوران مجبور است به اندازه  افزایش یابد تا زمانیکه موج ولتاژ در  به ماکزیمم خود برسد . چون فوران از مقدار اولیه  آغاز شده ، در  به مقدار که مساوی  است ، و در  به ماکزیمم  خواهد رسید ، این امر در شکل به وضوح دیده می‌شود ، که در آن فوران اولیه  مساوی  است .

–  انواع جریان هجومی :

جریان هجومی علاوه بر آنکه در لحظه برقرار شدن اتفاق می‌افتد ( Initial inrush )  ممکن است در عین برقرار بودن ترانسفورماتور نیز به یکی از طرق ذیل جاری شود .

الف – جریان هجومی بازیابی : ( Recovery inrush )

این جریان وقتی به راه می‌افتد که ولتاژ ترمینال ترانسفورماتور به علت وقوع خطای خارجی سقوط نموده و سپس با عملکرد رله و قطع کلید ، قسمتی که دارای خطا بوده از مدار جدا می‌شود ، یا خطا بر طرف می‌گردد و لذا ولتاژ نامی مجدداً به ترمینال ترانسفورماتور بازگشت می‌نماید ( شکل ۱۰ ) . در این حالت میزان افزایش ولتاژ ترمینال ترانسفورماتور نامی است . لذا مقدار جریان هجومی بازیابی همیشه کمتر از جریان هجومی اولیه است .

برای مطالعه کامل این پایان نامه لطفا آن را دانلود کنید

فهرست مطالب

فصل ۱ : مباحث پایه

۱-۱- جریان هجومی مغناطیس کننده ترانسفورماتور

۱-۲-  بررسی ریاضی جریان هجومی

۱-۳-  دامنه و مدت عبور جریان هجومی

۱-۴-  انواع جریان هجومی

۱-۵-  ثابت زمانی مدار ترانسفورماتور در حین عبور جریان هجومی

۱-۶-  فوران پسماند : ( Residual or Remaining Flux)

۱-۷- نحوه کنترل و کاهش شدت جریان هجومی

۱-۸- مدل کردن جریان هجومی

۱-۹-  به دست آوردن مشخصه مغناطیسی ترانسفورماتور

۱-۱۰-  تشریح مشخصه مغناطیسی مورد استفاده در این پروژه

۱-۱۰-۱-  نمایش منحنی مغناطیسی با سه خط شکسته

۱-۱۰-۱- نشان دادن منحنی مغناطیسی ترانسفورماتور به وسیله فرمول

۱-۱۲-  اثر تلفات هسته

۱-۱۳-  مدار معادل ترانسفورماتور

فصل ۲ : مباحث تکمیلی

۲-۱-  حفاظت دیفرانسیل ترانسفورماتور و تاثیر جریان هجومی در آن

۲-۳- اضافه ولتاژهای ناشی از جریان هجومی

۲-۴-  محاسبه اندوکتانس کلی ترانسفورماتور در حالت‌های خطی و اشباع

۲-۵-  نحوه محاسبه هارمونیک‌های جریان هجومی

۲-۶-  روش برازش منحنی به منظور پیدا کردن فرمول مناسب برای منحنی مغناطیسی

۲-۷-  بررسی جریان هجومی در ترانسفورماتورهای سه فاز تغذیه شده به وسیله منبع با امپدانس زیاد

فصل ۳ : نتیجه‌گیری و پیشنهاداتی برای ادامه کار

۳-۱- نتیجه‌گیری

۳-۲-  پیشنهاداتی برای ادامه کار

فصل چهارم :حالت گذرای ترانسفورماتورها

۴-۱- طبقه‌بندی حالت گذرا

۴-۲- جریان بیش از حد (Over Currents)

۴-۲-۱- جریان شروع ( جریان هجومی ) ( Starting Current )

۴-۲-۲- جریان اتصال کوتاه ناگهانی

۴-۳- پدیده حرارتی مدار اتصال کوتاه

۴-۴- نیروهای مکانیکی به وجود آمده در زمان اتصال کوتاه ناگهانی

۴-۵- ماهیت و علت اضافه ولتاژها در ترانسفورماتور

۴-۶- مدار معادل ترانسفورماتور در حالت اضافه ولتاژ

۴-۷- توزیع ولتاژ اولیه در طول سیم‌پیچ ترانسفورماتور

۴-۸- حفاظت ترانسفورماتور در برابر اضافه ولتاژها