بررسی جریان های هجومی در ترانسفورماتور

1-1- جريان هجومی مغناطيس کننده ترانسفورماتور : Transformer magnetizing inrush current

درشرایط معمولی یک ترانسفورماتور در حالت بی باری جریان مغناطیس کننده ای حدود 5/0 تا 2 درصد جریان نامی اش از منبع میکشد . اين جريان بعلت اثرات اشباع آهن سينوسی نيست ( شکل 1) بررسی جریان های هجومی در ترانسفورماتور

شکل 1- جريان بی باری

مقداراعوجاج بستگی به مقدار چگالی فوران مغناطيسی دارد که هسته در آن چگالی کار میکند . تغييرات فوران هسته و جريان مغناطيس کننده بنحوی است که درهر پريود ( دوره تناوب ) يکبار دور حلقه هيسترزيس (Hysteresis loop )  طی ميشود (شکل2)

شکل 2- حلقه هيسترزيس

همچنين تغييرات فوران هسته بنحوی است که در هر لحظه نيروی محرکه الکتريکی( emf ) لازم را برای برابری با ولتا ژ لحظه ای منبع توليد کند . در شکل 3 حلقه هيسترزيس همراه با منحنی مغناطيسی magnetizing curve  مکان قرار گرفتن رئوس حلقه های هيسترزيس است که در ولتاژ های اعمال شده به ترانسفورماتور در حالت ماندگار ( steady state ) بدست آمده اند   (شکل 4 ). بررسی جریان های هجومی در ترانسفورماتور

شکل 3- حلقه هيسترزيس همراه با منحنی مفناطيسی

شکل 4- حلقه های هيسترزيس مربوط به اعمال ولتا ژ مختلف

بديهی است همانگونه که ولتاژ افزايش ميابد و در نتيجه اين امرفوران بيشتر وبيشتری از هسته عبور ميکند. ماگزيمم جريان نيز بسرعت افزايش پيداميکند زيرا هسته اشباع ميشود.

شکل5- وضعيت مغناطيسی هسته ترانسفور ماتور در زمان وصل به منبع

در حلقه هيسترزيس شکل 5 تغييرات فوران بين مي‌باشد كه اين امر در حالت ماندگار حاصل شده است . حال مي‌خواهيم ببينيم در شرايط گذار كه پس از وصل كليد و اعمال ولتاژ منبع به سيم پيچ ترانسفورماتور پيش مي‌آيد ، چه اتفاقي مي‌افتد . بدين منظور به آخرين دفعه‌اي بازمي‌گرديم كه  ترانسفورماتور برقدار بوده و سپس از منبع تغذيه قطع شده است. شكل 5 نشان مي‌دهد كه در لحظه‌اي كه جريان از صفر عبور مي‌كند فوران پسماند  در هسته وجود دارد ( Residual Flux ) ، كه فقط با تغيير جهت جريان و تغييرات آن تا صفر مي‌توان آن را از بين برد .

لذا بايد انتظار داشت كه پس از قطع ترانسفورماتور از منبع نيز ، فوران قابل ملاحظه‌اي در هسته باقي بماند . معمولاً اين فوران پسماند از مقدار  مشخص شده در شكل 5 كمتر است ، زيرا بعد از قطع جريان توسط كليد ، يك جريان گذرا در سيم پيچ عبور مي‌كند كه نتيجه تخليه ظرفيت خازني ترانسفورماتور يا جريان بار است . البته توضيح بيشتر راجع به كاهش يافتن فوران پس‌ماند در قسمت 6 خواهد آمد . فرض مي‌كنيم كه مقدار فوران پس‌ماند  باشد.

همچنين فرض مي‌كنيم كه در هنگام برقدار شدن مجدد ترانسفورماتور پلاريته ولتاژ به نحوي باشد كه فوران در جهت مثبت افزايش يابد . اگر موج ولتاژ اعمال شده در لحظه وصل در حال عبور از صفر به طرف نيمه مثبت موج باشد ، فوران مجبور است به اندازه  افزايش يابد تا زمانيكه موج ولتاژ در  به ماكزيمم خود برسد . چون فوران از مقدار اوليه  آغاز شده ، در  به مقدار كه مساوي  است ، و در  به ماكزيمم  خواهد رسيد ، اين امر در شكل به وضوح ديده مي‌شود ، كه در آن فوران اوليه  مساوي  است .

–  انواع جريان هجومي :

جريان هجومي علاوه بر آنكه در لحظه برقرار شدن اتفاق مي‌افتد ( Initial inrush )  ممكن است در عين برقرار بودن ترانسفورماتور نيز به يكي از طرق ذيل جاري شود .

الف – جريان هجومي بازيابي : ( Recovery inrush )

اين جريان وقتي به راه مي‌افتد كه ولتاژ ترمينال ترانسفورماتور به علت وقوع خطاي خارجي سقوط نموده و سپس با عملكرد رله و قطع كليد ، قسمتي كه داراي خطا بوده از مدار جدا مي‌شود ، يا خطا بر طرف مي‌گردد و لذا ولتاژ نامي مجدداً به ترمينال ترانسفورماتور بازگشت مي‌نمايد ( شكل 10 ) . در اين حالت ميزان افزايش ولتاژ ترمينال ترانسفورماتور نامي است . لذا مقدار جريان هجومي بازيابي هميشه كمتر از جريان هجومي اوليه است .

برای مطالعه کامل این پایان نامه لطفا آن را دانلود کنید

فهرست مطالب

فصل 1 : مباحث پايه

1-1- جريان هجومی مغناطيس کننده ترانسفورماتور

1-2-  بررسي رياضي جريان هجومي

1-3-  دامنه و مدت عبور جريان هجومي

1-4-  انواع جريان هجومي

1-5-  ثابت زماني مدار ترانسفورماتور در حين عبور جريان هجومي

1-6-  فوران پسماند : ( Residual or Remaining Flux)

1-7- نحوه كنترل و كاهش شدت جريان هجومي

1-8- مدل كردن جريان هجومي

1-9-  به دست آوردن مشخصه مغناطيسي ترانسفورماتور

1-10-  تشريح مشخصه مغناطيسي مورد استفاده در اين پروژه

1-10-1-  نمايش منحني مغناطيسي با سه خط شكسته

1-10-1- نشان دادن منحني مغناطيسي ترانسفورماتور به وسيله فرمول

1-12-  اثر تلفات هسته

1-13-  مدار معادل ترانسفورماتور

فصل 2 : مباحث تكميلي

2-1-  حفاظت ديفرانسيل ترانسفورماتور و تاثير جريان هجومي در آن

2-3- اضافه ولتاژهاي ناشي از جريان هجومي

2-4-  محاسبه اندوكتانس كلي ترانسفورماتور در حالت‌هاي خطي و اشباع

2-5-  نحوه محاسبه هارمونيك‌هاي جريان هجومي

2-6-  روش برازش منحني به منظور پيدا كردن فرمول مناسب براي منحني مغناطيسي

2-7-  بررسي جريان هجومي در ترانسفورماتورهاي سه فاز تغذيه شده به وسيله منبع با امپدانس زياد

فصل 3 : نتيجه‌گيري و پيشنهاداتي براي ادامه كار

3-1- نتيجه‌گيري

3-2-  پيشنهاداتي براي ادامه كار

فصل چهارم :حالت گذراي ترانسفورماتورها

4-1- طبقه‌بندي حالت گذرا

4-2- جريان بيش از حد (Over Currents)

4-2-1- جريان شروع ( جريان هجومي ) ( Starting Current )

4-2-2- جريان اتصال كوتاه ناگهاني

4-3- پديده حرارتي مدار اتصال كوتاه

4-4- نيروهاي مكانيكي به وجود آمده در زمان اتصال كوتاه ناگهاني

4-5- ماهيت و علت اضافه ولتاژها در ترانسفورماتور

4-6- مدار معادل ترانسفورماتور در حالت اضافه ولتاژ

4-7- توزيع ولتاژ اوليه در طول سيم‌پيچ ترانسفورماتور

4-8- حفاظت ترانسفورماتور در برابر اضافه ولتاژها