Quando ocorre a corrente de magnetização em transformadores?

As condições de magnetização repentina 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 estará completamente deslocado de zero. O valor de pico do fluxo totalmente deslocado é o dobro do valor de pico do fluxo da onda senoidal simétrica. Em outras palavras, o fluxo de pico da onda totalmente deslocada 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 grandeza menor que a impedância de magnetização normal.

Portanto, durante o semiciclo de saturação do núcleo, a corrente de campo é muito maior do que a corrente de campo normal. Durante o semiciclo oposto, o núcleo deixa de estar 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 desse fluxo residual coincide com a direção do deslocamento da onda de fluxo sinusoidal, como mostrado na Figura 2 abaixo. Observe que as Figuras 1 e 2 foram plotadas em escalas de corrente diferentes; portanto, a corrente de pico plotada na Figura 2 é, na verdade, muito maior do que a corrente de pico plotada na Figura 1.

02 Valor de pico da onda de excitação

Para encontrar a corrente de pico limitada apenas pela reatância do núcleo de ar, é conveniente calcular a indutância do enrolamento usando unidades cgs:

aqui:

N – número de espiras da bobina

Amt – Área dentro do diâmetro médio da bobina, cm²

l – o comprimento axial da bobina, em cm

L – indutância da bobina, μH

O fluxo produzido pelo indutor φL é igual ao fluxo residual mais duas vezes a variação normal do fluxo menos o fluxo de saturação, visto que o fluxo de saturação está no ferro. Mas φL está relacionado com a indutância e a corrente:

Portanto, a corrente de pico de partida é expressa no sistema de unidades cgs da seguinte forma:

aqui:

Eu falo em amperes e

φr – fluxo residual

φn – variação do fluxo magnético normal

φs – fluxo de saturação

Se não houvesse resistores no circuito, cada pico subsequente teria o mesmo valor e a corrente de pico continuaria indefinidamente. No entanto, na presença de resistência no circuito, a queda de tensão na resistência será grande e o aumento do 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 ocorre 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 pico desaparece. A taxa de decaimento não é exponencial, embora seja semelhante à de uma corrente com decaimento exponencial.

Importante! Em transformadores de alta potência, a corrente de pico pode durar alguns segundos antes de desaparecer completamente.

A reatância de linha tem o efeito de reduzir a corrente de pico de partida simplesmente adicionando indutância à indutância do núcleo de ar do enrolamento. Existe uma relação definida entre a corrente de partida 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 expulsar o fluxo do núcleo.

Regra prática! Geralmente, a regra prática é que a corrente de pico de magnetização é ligeiramente superior a 90% da corrente de pico de curto-circuito. No entanto, a força magnética causada pela corrente de magnetização costuma ser muito menor do que a força de curto-circuito. Como cada fase contém apenas um enrolamento, não há repulsão magnética entre os enrolamentos.

A análise das correntes de magnetização de partida torna-se ainda mais complexa quando se trata de transformadores trifásicos. Isso ocorre porque os ângulos de fase das tensões de excitação estão defasados ​​em 120°, há interação entre corrente e tensão nas fases e os três polos do dispositivo de comutação não são fechados exatamente ao mesmo tempo.

No entanto, pode-se afirmar com segurança que a corrente de pico de partida de um transformador trifásico é próxima do nível da corrente de curto-circuito.

Uma das características interessantes das correntes de magnetização de pico é a grande proporção de harmônicos pares, devido ao cancelamento completo das correntes. Harmônicos pares também são raramente encontrados em circuitos de potência.

03 Fluxo de empatia

Existe também um fenômeno conhecido como "sobretensão simpática", no qual um transformador previamente energizado apresenta uma mudança repentina na corrente quando um transformador próximo é ligado. A sobretensão simpática é causada pela variação na tensão da linha provocada pela corrente de partida do segundo transformador.