Transformatörlerde manyetik ani akım ne zaman oluşur?

Manyetik ani akım oluşumları, kısa devrelerden çok daha yüksek bir sıklıkta meydana gelir; bu nedenle bu olguyu incelemeye değer.

Tek fazlı bir transformatöre ilk enerji verildiğinde neler olduğunu düşünün. Çekirdekteki manyetik akı, uyarma geriliminin integraline eşittir.

Gerilim sıfırdan geçerken devre kapalıysa ve ilk manyetik akı sıfır ise, sinüzoidal manyetik akı sıfırdan tamamen sapacaktır. Tamamen sapmış manyetik akının tepe değeri, simetrik sinüs dalgası manyetik akısının tepe değerinin iki katıdır. Başka bir deyişle, tamamen sapmış dalganın tepe manyetik akısı, normal tepe manyetik akının neredeyse iki katı olabilir ki bu genellikle çekirdeği doyuma sürüklemek için yeterlidir.

Bu noktada, mıknatıslama akımını sınırlayan tek şey, normal mıknatıslama empedansından kat kat daha küçük olan sargının hava çekirdeği empedansıdır.

Bu nedenle, çekirdek doygunluğunun yarım döngüsü sırasında, alan akımı normal alan akımından çok daha büyüktür. Karşıt yarım döngü sırasında ise çekirdek artık doygun değildir ve alan akımı yaklaşık olarak normal alan akımına eşittir.

Çekirdekte artık akı bulunduğunda ve artık akının yönü, sinüzoidal akı dalgasının sapma yönüyle aynı olduğunda durum daha da uç bir hal alır. Aşağıdaki Şekil 2'de gösterildiği gibi. Şekil 1 ve 2'nin farklı akım ölçeklerinde çizildiğine dikkat edin, bu nedenle Şekil 2'de çizilen tepe akımı aslında Şekil 1'de çizilen tepe akımından çok daha büyüktür.

02 Uyarı dalgalanması tepe değeri

Sadece hava çekirdeği reaktansı ile sınırlı olan tepe ani akımını bulmak için, sargının endüktansını cgs birimleri kullanarak hesaplamak uygundur:

Burada:

N – bobin sarım sayısı

Amt – Bobinin ortalama çapı içindeki alan, cm2

l – bobinin eksenel uzunluğu, cm

L – bobin endüktansı, μH

İndüktör tarafından üretilen akı φL, artık akı artı normal akı değişiminin 2 katı eksi doyma akısına eşittir, çünkü doyma akısı demirdedir. Ancak φL, endüktans ve akımla ilişkilidir:

Bu nedenle, en yüksek ani akım, cgs birim sisteminde aşağıdaki gibi ifade edilir:

Burada:

Amper cinsinden tepe noktası ve

φr – artık akı

φn – normal manyetik akı değişimi

φs – doygunluk akısı

Devrede direnç olmasaydı, her ardışık tepe noktası aynı değere sahip olurdu ve akım artışı süresiz olarak devam ederdi. Bununla birlikte, devrede direnç bulunduğunda, direnç üzerindeki voltaj düşüşü büyük olur ve akıdaki artışın önceki döngüdeki kadar yüksek olması gerekmez.

Gerilim düşüşünün integrali, uygulanan gerilimi desteklemek için gereken manyetik akıdaki net azalmayı temsil eder. i×R gerilim düşüşü her zaman aynı yönde olduğundan, her döngü gereken manyetik akıyı azaltır. Manyetik akının tepe değeri çekirdeğin doyma değerinin altına düştüğünde, ani akım ortadan kaybolur. Azalma oranı üstel değildir, ancak üstel bir azalma akımına benzer.

Önemli! Büyük güç transformatörlerinde, ani akım birkaç saniye sürebilir ve ardından tamamen kaybolabilir.

Hat reaktansı, sargının hava çekirdeği endüktansına endüktans ekleyerek tepe ani akımını azaltma etkisine sahiptir. Ani akım ve kısa devre akımı arasında kesin bir ilişki vardır, çünkü her ikisi de sargının hava çekirdeği endüktansı ile ilişkilidir.

Unutmayın ki kısa devreler manyetik akıyı çekirdekten dışarı itme eğilimindedir.

Genel kural! Genellikle, manyetikleşme ani akımının tepe değerinin, kısa devre akımının tepe değerinin %90'ından biraz daha yüksek olduğu kabul edilir. Bununla birlikte, manyetikleşme ani akımının neden olduğu manyetik kuvvet genellikle kısa devre kuvvetinden çok daha küçüktür. Her faz yalnızca bir sargı içerdiğinden, sargılar arasında manyetik itme olmaz.

Üç fazlı transformatörler söz konusu olduğunda, manyetik ani akımların analizi daha da zorlaşır. Bunun nedeni, uyarma gerilimlerinin faz açılarının 120° farklı olması, fazlar arasında akım ve gerilim etkileşiminin bulunması ve anahtarlama cihazının üç kutbunun tam olarak aynı anda kapanmamasıdır.

Ancak, üç fazlı bir transformatörün en yüksek ani akım değerinin kısa devre akımı seviyesine yakın olduğunu söylemek güvenlidir.

Manyetik ani akımların ilginç özelliklerinden biri, akımların tamamen birbirini götürmesi nedeniyle çift harmoniklerin oranının yüksek olmasıdır. Çift harmoniklere güç devrelerinde de nadiren rastlanır.

03 Empati akışı

Ayrıca "sempatik ani akım artışı" olarak bilinen bir olgu da vardır; bu olguda, daha önce enerjilendirilmiş bir transformatör, yakındaki bir transformatörün devreye girmesiyle akımda ani bir değişiklik gösterir. Sempatik ani akım artışı, ikinci transformatörün ani akım artışından kaynaklanan hat gerilimindeki değişiklikten kaynaklanır.