پایان نامه بررسی جریان های هجومی در ترانس ها و مدلسازی نمودار هیسترزیس

پایان نامه بررسی جریان های هجومی در ترانس ها و مدلسازی نمودار هیسترزیس

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)

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)

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 . 

-  بررسی ریاضی جریان هجومی :

اكنون مسئله اضافه فوران ( Overfluxing )  هسته ترانسفورماتور در لحظه وصل به شبكه را به نحو ساده به طریق ریاضی بررسی می‌كنیم . اگر موج ولتاژ سینوسی  در لحظه  با وصل كلید منبع ، به ترانسفورماتور اعمال شود ،

-  دامنه و مدت عبور جریان هجومی :

    حداكثر دامنه جریان هجومی در ترانسفورماتورهای قدرت معمولی بنا به گزارش مقالات و مدارك فنی معمولاً تا حدود 10 برابر جریان نامی و گاه 15 تا 20 برابر جریان نامی و حتی تا 30 برابر جریان نامی ثبت گردیده است ، كه این امر بستگی به پارامترهای ساختمانی ترانسفورماتور و موقعیت آن در شبكه قدرت و شرایط كلیدزنی دارد .

 حداكثر مدت عبور جریان هجومی تا میرایی كامل نیز در ترانسفورماتورهای مختلف متفاوت بوده و بنابر گزارش مراجع و مقالات فنی از حدود 10 سیكل تا 1 دقیقه و حتی چند دقیقه می‌تواند طول بكشد . 

اضافه ولتاژهای ناشی از جریان هجومی :

 ممكن است به علل ثانوی اضافه ولتاژهایی در حین به وجود آمدن جریان هجومی ایجاد شود . در حالت عادی جریان هجومی به علت دامنه بالا باعث افت ولتاژ شدید در مدار اولیه ترانسفورماتور و نیز به اشباع رفتن هسته می‌شود ، و اضافه ولتاژ ایجاد نمی‌گردد . اما در برخی شرایط خاص كلیدزنی از قبیل بسته‌ نشدن همزمان كنتاكت‌های كلید و یا در شرایط تشدید حاصل از هارمونیك‌های جریان هجومی در شبكه متصل به ترانسفورماتور ممكن است اضافه ولتاژهایی در شبكه ایجاد گردد . 

فهرست مطالب

عنوان                                                                                             صفحه

فصل 1 : مباحث پایه.. 3

1-1- جریان هجومی مغناطیس کننده ترانسفورماتور :.. 3

1-2-  بررسی ریاضی جریان هجومی :.. 7

1-3-  دامنه و مدت عبور جریان هجومی :.. 9

1-4-  انواع جریان هجومی :.. 10

1-5-  ثابت زمانی مدار ترانسفورماتور در حین عبور جریان هجومی :   12

1-6-  فوران پسماند : ( Residual or Remaining Flux) 13

1-7- نحوه كنترل و كاهش شدت جریان هجومی :.. 17

1-8- مدل كردن جریان هجومی :.. 21

1-9-  به دست آوردن مشخصه مغناطیسی ترانسفورماتور :.. 24

1-10-  تشریح مشخصه مغناطیسی مورد استفاده در این پروژه :.. 26

1-10-1-  نمایش منحنی مغناطیسی با سه خط شكسته :.. 28

1-10-1- نشان دادن منحنی مغناطیسی ترانسفورماتور به وسیله فرمول :.. 29

1-12-  اثر تلفات هسته :.. 30

1-13-  مدار معادل ترانسفورماتور :.. 31

فصل 2 : مباحث تكمیلی.. 36

2-1-  حفاظت دیفرانسیل ترانسفورماتور و تاثیر جریان هجومی در آن :.. 36

2-3- اضافه ولتاژهای ناشی از جریان هجومی :.. 44

2-4-  محاسبه اندوكتانس كلی ترانسفورماتور در حالت‌های خطی و اشباع :.. 48

فهرست مطالب

عنوان                                                                                                                    صفحه

2-5-  نحوه محاسبه هارمونیك‌های جریان هجومی :.. 55

2-6-  روش برازش منحنی به منظور پیدا كردن فرمول مناسب برای منحنی مغناطیسی :.. 57

2-7-  بررسی جریان هجومی در ترانسفورماتورهای سه فاز تغذیه شده به وسیله منبع با امپدانس زیاد :.. 58

فصل 3 : نتیجه‌گیری و پیشنهاداتی برای ادامه كار :.. 60

3-1- نتیجه‌گیری :.. 60

3-2-  پیشنهاداتی برای ادامه كار :.. 61

فصل چهارم :حالت گذرای ترانسفورماتورها :.. 63

4-1- طبقه‌بندی حالت گذرا :.. 63

4-2- جریان بیش از حد (Over Currents) :.. 63

4-2-1- جریان شروع ( جریان هجومی ) ( Starting Current ) :.. 64

4-2-2- جریان اتصال كوتاه ناگهانی :.. 67

4-3- پدیده حرارتی مدار اتصال كوتاه :.. 69

4-4- نیروهای مكانیكی به وجود آمده در زمان اتصال كوتاه ناگهانی :]6[ 70

4-5- ماهیت و علت اضافه ولتاژها در ترانسفورماتور :.. 72

4-6- مدار معادل ترانسفورماتور در حالت اضافه ولتاژ ]16[ :.. 73

4-7- توزیع ولتاژ اولیه در طول سیم‌پیچ ترانسفورماتور.. 76

4-8- حفاظت ترانسفورماتور در برابر اضافه ولتاژها :.. 79