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 ولتاژ 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 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 5 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 5 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 6 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 .
این فوران زیاد باعث میشود که هسته به حالت اشباع مغناطیسی برود ، و در نتیجه جریان بسیار زیادی از منبع تغذیه کشیده خواهد شد ، که آنرا جریان هجومی (Inrush current ) می‌نامند . ( شکل 8 )
البته شرایطی که در بالا در نظر گرفته شد ، یعنی حداکثر 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 که عمدتاً مربوط به سیم‌پیچ است پس از مدتی از بین رفته و جریان مغناطیس کننده به حالت ماندگار خود می‌رسد . در طول پریودهایی که جریان هجومی جاری است ، همیشه روی منحنیه یسترزیس جابجا شده حرکت میکند تا بتدریج بر روی منحنی هیسترزیس معمولی بازگشت نماید ( شکل 7 ) .
فهرست مطالب
فصل 1- مباحث پایه 4
1-1- جریان هجومی مغناطیس کننده ترانسفورماتور : 4
1-2- بررسی ریاضی جریان هجومی : 9
1-3- دامنه و مدت عبور جریان هجومی : 10
1-4- انواع جریان هجومی : 12
1-5- ثابت زمانی مدار ترانسفورماتور در حین عبور جریان هجومی: 14
1-6- فوران پسماند : ( Residual or Remaining Flux) 15
1-7- نحوه کنترل و کاهش شدت جریان هجومی : 19
1-8- مدل کردن جریان هجومی : 23
1-9- به دست آوردن مشخصه مغناطیسی ترانسفورماتور : 27
1-10- تشریح مشخصه مغناطیسی مورد استفاده در این پروژه : 29
1-10-1- نمایش منحنی مغناطیسی با سه خط شکسته : 31
1-10-2- نشان دادن منحنی مغناطیسی ترانسفورماتور به وسیله فرمول : 32
1-11- اثر تلفات هسته : 33
1-12- مدار معادل ترانسفورماتور : 34
فصل 2- مباحث تکمیلی 41
2-1- حفاظت دیفرانسیل ترانسفورماتور و تاثیر جریان هجومی در آن : 41
2-2- روش‌های به دست آوردن مشخصه مغناطیسی فوق اشباع ترانسفورماتور از طریق آزمایش : 46
2-3- اضافه ولتاژهای ناشی از جریان هجومی : 50
2-4- محاسبه اندوکتانس کلی ترانسفورماتور در حالت‌های خطی و اشباع : 54
2-5- نحوه محاسبه هارمونیک‌های جریان هجومی : 60
2-6- روش برازش منحنی به منظور پیدا کردن فرمول مناسب برای منحنی مغناطیسی : 62
2-7- بررسی جریان هجومی در ترانس سه فاز تغذیه شده به وسیله منبع با امپدانس زیاد : 64
فصل 3- نتیجه‌گیری و پیشنهاداتی برای ادامه کار : 67
3-1- نتیجه‌گیری : 67
3-2- پیشنهاداتی برای ادامه کار : 68
فصل 4- حالت گذرای ترانسفورماتورها : 71
4-1- طبقه‌بندی حالت گذرا : 71
4-2- جریان بیش از حد (Over Currents) : 72
4-2-1- جریان شروع ( جریان هجومی ) ( Starting Current ) : 72
4-2-2- جریان اتصال کوتاه ناگهانی : 76
4-3- پدیده حرارتی مدار اتصال کوتاه : 78
4-4- نیروهای مکانیکی به وجود آمده در زمان اتصال کوتاه ناگهانی :]6[ 78
4-5- ماهیت و علت اضافه ولتاژها در ترانسفورماتور : 81
4-6- مدار معادل ترانسفورماتور در حالت اضافه ولتاژ ]16[ : 82
4-7- توزیع ولتاژ اولیه در طول سیم‌پیچ ترانسفورماتور 85
4-8- حفاظت ترانسفورماتور در برابر اضافه ولتاژها : 89
شامل 89 صفحه word
دانلود تحقیق جریان های هجومی و حفاظت ترانسفورماتورهای قدرت در مقابل آن
