تحقیق جهت اخذ درجه كارشناسی برق در مورد بررسی جریان های هجومی در ترانس ها و مدلسازی نمودار هیسترزیس

تحقیق جهت اخذ درجه كارشناسی

عنوان :

بررسی جریان های هجومی در ترانس هاو مدلسازی نمودار هیسترزیس

فصل 1 : مباحث پایه

1-1- جریان هجومی مغناطیس 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 . این جریان بعلت اثرات اشباع آهن سینوسی نیست ( شکل 1)

شکل 1- 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 2- 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 3 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 4 ).

شکل 3- حلقه هیسترزیس همراه با منحنی مفناطیسی

شکل 4- حلقه های هیسترزیس مربوط به اعمال ولتا ژ های 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 5 تغییرات فوران بین می‌باشد كه این امر در حالت ماندگار حاصل شده است . حال می‌خواهیم ببینیم در شرایط گذار كه پس از وصل كلید و اعمال ولتاژ منبع به سیم پیچ ترانسفورماتور پیش می‌آید ، چه اتفاقی می‌افتد . بدین منظور به آخرین دفعه‌ای بازمی‌گردیم كه  ترانسفورماتور برقدار بوده و سپس از منبع تغذیه قطع شده است. شكل 5 نشان می‌دهد كه در لحظه‌ای كه جریان از صفر عبور می‌كند فوران پسماند  در هسته وجود دارد ( Residual Flux ) ، كه فقط با تغییر جهت جریان و تغییرات آن تا صفر می‌توان آن را از بین برد .

    لذا باید انتظار داشت كه پس از قطع ترانسفورماتور از منبع نیز ، فوران قابل ملاحظه‌ای در هسته باقی بماند . معمولاً این فوران پسماند از مقدار  مشخص شده در شكل 5 كمتر است ، زیرا بعد از قطع جریان توسط كلید ، یك جریان گذرا در سیم پیچ عبور می‌كند كه نتیجه تخلیه ظرفیت خازنی ترانسفورماتور یا جریان بار است . البته توضیح بیشتر راجع به كاهش یافتن فوران پس‌ماند در قسمت 6 خواهد آمد . فرض می‌كنیم كه مقدار فوران پس‌ماند  باشد . همچنین فرض می‌كنیم كه در هنگام برقدار شدن مجدد ترانسفورماتور پلاریته ولتاژ به نحوی باشد كه 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 زمانیكه موج ولتاژ در  به ماكزیمم خود برسد . چون فوران از مقدار اولیه  آغاز شده ، در  به مقدار كه مساوی  است ، و در  به ماكزیمم  خواهد رسید ، این امر در شكل به وضوح دیده می‌شود ، كه در آن فوران اولیه  مساوی  است .

    این فوران زیاد باعث می‌شود كه هسته به حالت اشباع مغناطیسی برود ، و در نتیجه جریان بسیار زیادی از منبع تغذیه كشیده خواهد شد ، كه آنرا جریان هجومی (Inrush current  ) می‌نامند . ( شكل 8 )

    البته شرایطی كه در بالا در نظر گرفته شد ، یعنی حداكثر پسماند مثبت و زاویه ولتاژ صفر موج ولتاژ در لحظه وصل ، بدترین شرایط برقرار شدن ترانسفورماتور است . دامنه جریان هجومی در بدترین شرایط می‌تواند تا چندین برابر جریان نامی ترانسفورماتور برسد .

    جریان هجومی ، به علت وجود تلفات ترانسفورماتور كه عمدتاً مربوط به سیم‌پیچ است پس از مدتی از بین رفته و جریان مغناطیس كننده به حالت ماندگار خود می‌رسد . در طول پریودهایی كه جریان هجومی جاری است ، همیشه روی منحنیه یسترزیس جابجا شده حركت می‌كند تا بتدریج بر روی منحنی هیسترزیس معمولی بازگشت نماید ( شكل 7 ) .

شکل 6- فوران هسته در حالت گذرا

 در این شكل  فوران پسماند است . همانگونه كه مشاهده می‌شود ماكزیمم فوران در اولین سیكل می‌تواند به  برسد این امر در بررسی ریاضی جریان هجومی

شکل 8- منحنی هیسترزیس در حالت گذرا

در بخش بعدی به تفصیل مورد بررسی قرار خواهد گرفت .