Canwin é uma empresa profissional de transformadores de potência e fabricante de transformadores elétricos
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01 Corrente de pico
Quando um transformador é energizado pela primeira vez, ocorre um fenômeno chamado inrush de magnetização. Embora as correntes de inrush geralmente não sejam tão disruptivas quanto as correntes de falta, a duração das correntes de inrush magnetizantes é da ordem de segundos (comparada com períodos com correntes de falta).
As condições de inrush de magnetização também ocorrem em uma frequência muito mais alta do que os curtos-circuitos, portanto, vale a pena explorar esse fenômeno.
Considere o que acontece quando você energiza inicialmente um transformador monofásico. O fluxo magnético no núcleo é igual à integral da tensão de excitação.
Se o circuito for fechado quando a tensão passar por zero e o fluxo inicial for zero, o fluxo senoidal será completamente deslocado de zero. O valor de pico do fluxo de deslocamento total é duas vezes o valor de pico do fluxo de onda senoidal simétrica. Em outras palavras, o fluxo de pico da onda de deslocamento total pode ser quase o dobro do fluxo de pico normal, o que geralmente é suficiente para levar o núcleo à saturação.
Neste ponto, a única coisa que limita a corrente de magnetização é a impedância do núcleo de ar do enrolamento, que é ordens de magnitude menor que a impedância de magnetização normal.
Portanto, durante o meio ciclo de saturação do núcleo, a corrente de campo é muito maior do que a corrente de campo normal. Durante o semiciclo oposto, o núcleo não está mais saturado e a corrente de campo é aproximadamente igual à corrente de campo normal.
A situação é ainda mais extrema quando há fluxo residual no núcleo e a direção do fluxo residual é a mesma que a direção do deslocamento da onda de fluxo senoidal. Conforme mostrado na Figura 2 abaixo. Observe que as Figuras 1 e 2 são plotadas em diferentes escalas de corrente, de modo que a corrente de pico plotada na Figura 2 é realmente muito maior do que a corrente de pico plotada na Figura 1.
02 Valor de pico de pico de excitação
Para encontrar a corrente de pico de pico limitada apenas pela reatância do núcleo de ar, é conveniente calcular a indutância do enrolamento usando unidades cgs:
aqui:
N – número de voltas da bobina
Amt – Área dentro do diâmetro médio da bobina, cm2
l - o comprimento axial da bobina, cm
L - indutância da bobina, μH
O fluxo produzido pelo indutor φL é igual ao fluxo residual mais 2 vezes a variação do fluxo normal menos o fluxo de saturação, pois o fluxo de saturação é em ferro. Mas φL está relacionado à indutância e corrente:
Portanto, a corrente de pico de pico é expressa no sistema de unidades cgs da seguinte forma:
aqui:
Ipico em ampères e
φr - fluxo residual
φn - mudança de fluxo magnético normal
φs – fluxo de saturação
Se não houvesse resistores no circuito, cada pico sucessivo teria o mesmo valor e o pico de corrente continuaria indefinidamente. No entanto, na presença de resistência no circuito, a queda de tensão na resistência será grande e o aumento no fluxo não precisa ser tão alto quanto no ciclo anterior.
A integral da queda de tensão representa a redução líquida no fluxo magnético necessário para suportar a tensão aplicada. Como a queda de tensão i×R é sempre na mesma direção, cada ciclo reduz o fluxo magnético necessário. Quando o valor de pico do fluxo magnético cai abaixo do valor de saturação do núcleo, a corrente de inrush desaparece. A taxa de decaimento não é exponencial, embora seja semelhante a uma corrente de decaimento exponencial.
importante! Com grandes transformadores de potência, a corrente de energização pode durar alguns segundos antes de eventualmente desaparecer.
A reatância de linha tem o efeito de reduzir a corrente de pico de pico simplesmente adicionando indutância à indutância do núcleo de ar do enrolamento. Existe uma relação definida entre a corrente de inrush e a corrente de curto-circuito, pois ambas estão relacionadas à indutância do núcleo de ar do enrolamento.
Lembre-se de que os curtos-circuitos tendem a empurrar o fluxo para fora do núcleo.
Regra de ouro! Geralmente, a regra geral é que o pico de corrente de pico de magnetização está ligeiramente acima de 90% do pico de corrente de curto-circuito. No entanto, a força magnética causada pela corrente de inrush magnetizante é geralmente muito menor do que a força de curto-circuito. Como cada fase contém apenas um enrolamento, não há repulsão magnética entre os enrolamentos.
Todo o problema de analisar correntes de energização de magnetização torna-se mais difícil quando transformadores trifásicos estão envolvidos. Isso ocorre porque os ângulos de fase das tensões de excitação estão separados por 120°, há uma interação de corrente e tensão entre as fases e os três polos do dispositivo de comutação não são fechados exatamente ao mesmo tempo.
No entanto, é seguro dizer que a corrente de pico de um transformador trifásico está próxima do nível de corrente de curto-circuito.
Uma das características interessantes da magnetização das correntes de inrush é que há uma grande proporção de harmônicos pares porque as correntes são completamente canceladas. Até mesmo harmônicos raramente são encontrados em circuitos de potência.
03 Fluxo de empatia
Há também um fenômeno conhecido como "inrush simpático", no qual um transformador previamente energizado exibe uma mudança repentina na corrente quando um transformador próximo é ligado. O surto simpático é causado pela mudança de tensão da linha causada pela corrente de inrush do segundo transformador.
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