กระแสไฟกระชากเนื่องจากสนามแม่เหล็กจะเกิดขึ้นในหม้อแปลงเมื่อใด?

สภาวะกระแสไหลเข้าแม่เหล็กยังเกิดขึ้นด้วยความถี่ที่สูงกว่าการลัดวงจรมาก ดังนั้นปรากฏการณ์นี้จึงคุ้มค่าแก่การศึกษา

ลองพิจารณาสิ่งที่เกิดขึ้นเมื่อคุณจ่ายพลังงานให้กับหม้อแปลงไฟฟ้าเฟสเดียวในครั้งแรก ฟลักซ์แม่เหล็กในแกนจะเท่ากับปริพันธ์ของแรงดันกระตุ้น

หากวงจรปิดเมื่อแรงดันไฟฟ้าผ่านจุดศูนย์และฟลักซ์เริ่มต้นเป็นศูนย์ ฟลักซ์รูปคลื่นไซน์จะถูกหักล้างออกจากศูนย์โดยสมบูรณ์ ค่าสูงสุดของฟลักซ์ที่หักล้างอย่างสมบูรณ์จะมีค่าเป็นสองเท่าของค่าสูงสุดของฟลักซ์รูปคลื่นไซน์สมมาตร กล่าวอีกนัยหนึ่ง ฟลักซ์สูงสุดของคลื่นที่หักล้างอย่างสมบูรณ์อาจมีค่าเกือบสองเท่าของฟลักซ์สูงสุดปกติ ซึ่งโดยทั่วไปแล้วเพียงพอที่จะทำให้แกนแม่เหล็กเกิดการอิ่มตัว

ณ จุดนี้ สิ่งเดียวที่จำกัดกระแสแม่เหล็กคืออิมพีแดนซ์แกนอากาศของขดลวด ซึ่งมีขนาดเล็กกว่าอิมพีแดนซ์แม่เหล็กปกติหลายเท่าตัว

ดังนั้น ในช่วงครึ่งรอบที่แกนแม่เหล็กอิ่มตัว กระแสสนามแม่เหล็กจะมีค่ามากกว่ากระแสสนามแม่เหล็กปกติมาก ในช่วงครึ่งรอบตรงกันข้าม แกนแม่เหล็กจะไม่อิ่มตัวอีกต่อไป และกระแสสนามแม่เหล็กจะมีค่าประมาณเท่ากับกระแสสนามแม่เหล็กปกติ

สถานการณ์จะยิ่งรุนแรงมากขึ้นเมื่อมีฟลักซ์ตกค้างในแกนกลาง และทิศทางของฟลักซ์ตกค้างนั้นเป็นทิศทางเดียวกับทิศทางของการชดเชยของคลื่นฟลักซ์ไซน์ ดังแสดงในรูปที่ 2 ด้านล่าง โปรดสังเกตว่ารูปที่ 1 และ 2 แสดงที่มาตราส่วนกระแสที่แตกต่างกัน ดังนั้นกระแสสูงสุดที่แสดงในรูปที่ 2 จึงมีค่ามากกว่ากระแสสูงสุดที่แสดงในรูปที่ 1 มาก

02 ค่าสูงสุดของกระแสไฟกระชากกระตุ้น

ในการหาค่ากระแสไฟกระชากสูงสุดที่จำกัดโดยค่ารีแอกแทนซ์ของแกนอากาศเท่านั้น การคำนวณค่าความเหนี่ยวนำของขดลวดโดยใช้หน่วย cgs จะสะดวกกว่า:

ที่นี่:

N – จำนวนรอบของขดลวด

Amt – พื้นที่ภายในเส้นผ่านศูนย์กลางเฉลี่ยของขดลวด หน่วยเป็น cm²

l – ความยาวตามแนวแกนของขดลวด หน่วยเป็นเซนติเมตร

L – ค่าความเหนี่ยวนำของขดลวด, μH

ฟลักซ์ที่เกิดจากตัวเหนี่ยวนำ φL เท่ากับฟลักซ์ตกค้างบวก 2 เท่าของการเปลี่ยนแปลงฟลักซ์ปกติ ลบด้วยฟลักซ์อิ่มตัว เนื่องจากฟลักซ์อิ่มตัวอยู่ในเหล็ก แต่ φL เกี่ยวข้องกับค่าความเหนี่ยวนำและกระแสไฟฟ้า:

ดังนั้น กระแสไฟกระชากสูงสุดจึงแสดงในระบบหน่วย cgs ได้ดังนี้:

ที่นี่:

Ipeak ในหน่วยแอมป์และ

φr – ฟลักซ์ตกค้าง

φn – การเปลี่ยนแปลงฟลักซ์แม่เหล็กปกติ

φs – ฟลักซ์อิ่มตัว

หากไม่มีตัวต้านทานในวงจร ค่าสูงสุดของกระแสแต่ละครั้งจะมีค่าเท่ากัน และกระแสไหลเข้าจะไหลเข้าอย่างต่อเนื่องไม่มีที่สิ้นสุด อย่างไรก็ตาม ในกรณีที่มีความต้านทานในวงจร แรงดันตกคร่อมความต้านทานจะมีค่ามาก และการเพิ่มขึ้นของฟลักซ์ไม่จำเป็นต้องสูงเท่ากับรอบก่อนหน้า

ค่าอินทิกรัลของแรงดันตกคร่อมแสดงถึงการลดลงสุทธิของฟลักซ์แม่เหล็กที่จำเป็นต่อการรองรับแรงดันไฟฟ้าที่จ่ายเข้ามา เนื่องจากแรงดันตกคร่อม i×R มีทิศทางเดียวกันเสมอ ในแต่ละรอบการทำงาน ฟลักซ์แม่เหล็กที่ต้องการจะลดลง เมื่อค่าสูงสุดของฟลักซ์แม่เหล็กต่ำกว่าค่าอิ่มตัวของแกน กระแสไหลเข้าก็จะหายไป อัตราการลดลงไม่ใช่แบบเอกซ์ponential แม้ว่าจะคล้ายกับกระแสที่ลดลงแบบเอกซ์ponential ก็ตาม

สำคัญ! สำหรับหม้อแปลงไฟฟ้าขนาดใหญ่ กระแสไฟกระชากอาจคงอยู่เป็นเวลาสองสามวินาทีก่อนที่จะค่อยๆ หายไป

ค่ารีแอกแทนซ์ของสายส่งมีผลในการลดกระแสไฟกระชากสูงสุดโดยการเพิ่มค่าเหนี่ยวนำเข้าไปในค่าเหนี่ยวนำของแกนอากาศของขดลวด มีความสัมพันธ์ที่ชัดเจนระหว่างกระแสไฟกระชากและกระแสลัดวงจร เนื่องจากทั้งสองอย่างเกี่ยวข้องกับค่าเหนี่ยวนำของแกนอากาศของขดลวด

โปรดจำไว้ว่าไฟฟ้าลัดวงจรมีแนวโน้มที่จะผลักฟลักซ์ออกจากแกนกลาง

หลักการคร่าวๆ! โดยทั่วไปแล้ว หลักการคร่าวๆ คือ กระแสไฟกระชากแม่เหล็กสูงสุดจะสูงกว่า 90% ของกระแสไฟลัดวงจรสูงสุดเล็กน้อย อย่างไรก็ตาม แรงแม่เหล็กที่เกิดจากกระแสไฟกระชากแม่เหล็กนั้นมักจะน้อยกว่าแรงลัดวงจรมาก เนื่องจากแต่ละเฟสมีขดลวดเพียงขดเดียว จึงไม่มีแรงผลักแม่เหล็กระหว่างขดลวด

ปัญหาการวิเคราะห์กระแสไหลเข้าของสนามแม่เหล็กจะซับซ้อนมากขึ้นเมื่อเกี่ยวข้องกับหม้อแปลงสามเฟส เนื่องจากมุมเฟสของแรงดันกระตุ้นห่างกัน 120° มีปฏิสัมพันธ์ระหว่างกระแสและแรงดันระหว่างเฟส และขั้วทั้งสามของอุปกรณ์สวิตช์ไม่ได้ปิดพร้อมกันอย่างแม่นยำ

อย่างไรก็ตาม อาจกล่าวได้ว่ากระแสไฟกระชากสูงสุดของหม้อแปลงสามเฟสนั้นใกล้เคียงกับระดับกระแสไฟลัดวงจร

หนึ่งในลักษณะที่น่าสนใจของกระแสไฟกระชากที่ทำให้เกิดสนามแม่เหล็กคือ มีสัดส่วนของฮาร์โมนิกคู่จำนวนมาก เนื่องจากกระแสไฟฟ้าถูกหักล้างกันอย่างสมบูรณ์ ฮาร์โมนิกคู่นั้นพบได้น้อยมากในวงจรไฟฟ้ากำลัง

03 การไหลเวียนของความเห็นอกเห็นใจ

นอกจากนี้ยังมีปรากฏการณ์ที่เรียกว่า "กระแสไหลเข้าแบบเลียนแบบ" (sympathetic inrush) ซึ่งเกิดขึ้นเมื่อหม้อแปลงไฟฟ้าที่อยู่ใกล้เคียงเปิดใช้งาน และกระแสไฟฟ้าจะเปลี่ยนแปลงอย่างฉับพลันเมื่อหม้อแปลงไฟฟ้าตัวนั้นเริ่มทำงาน กระแสไหลเข้าแบบเลียนแบบนี้เกิดจากการเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้าของสายส่งที่เกิดจากกระแสไหลเข้าของหม้อแปลงไฟฟ้าตัวที่สอง