Dòng điện khởi động từ hóa xảy ra khi nào trong máy biến áp?

Hiện tượng dòng điện từ hóa đột ngột cũng xảy ra với tần suất cao hơn nhiều so với hiện tượng ngắn mạch, vì vậy hiện tượng này rất đáng để nghiên cứu.

Hãy xem xét điều gì xảy ra khi bạn cấp điện cho một máy biến áp một pha. Từ thông trong lõi bằng tích phân của điện áp kích thích.

Nếu mạch được đóng khi điện áp đi qua điểm 0 và từ thông ban đầu bằng 0, từ thông hình sin sẽ bị lệch hoàn toàn so với 0. Giá trị cực đại của từ thông lệch hoàn toàn gấp đôi giá trị cực đại của từ thông hình sin đối xứng. Nói cách khác, từ thông cực đại của sóng lệch hoàn toàn có thể gần gấp đôi từ thông cực đại bình thường, điều này thường đủ để đẩy lõi vào trạng thái bão hòa.

Ở giai đoạn này, yếu tố duy nhất hạn chế dòng điện từ hóa là trở kháng lõi không khí của cuộn dây, nhỏ hơn nhiều bậc so với trở kháng từ hóa thông thường.

Do đó, trong nửa chu kỳ bão hòa lõi, dòng điện kích từ lớn hơn nhiều so với dòng điện kích từ bình thường. Trong nửa chu kỳ ngược lại, lõi không còn bão hòa và dòng điện kích từ xấp xỉ bằng dòng điện kích từ bình thường.

Tình huống còn nghiêm trọng hơn khi có từ thông dư trong lõi và hướng của từ thông dư trùng với hướng lệch của sóng từ thông hình sin. Như thể hiện trong Hình 2 bên dưới. Lưu ý rằng Hình 1 và Hình 2 được vẽ ở các thang đo dòng điện khác nhau, do đó dòng điện cực đại được vẽ trong Hình 2 thực tế lớn hơn nhiều so với dòng điện cực đại được vẽ trong Hình 1.

02 Giá trị đỉnh của xung kích thích

Để tìm dòng điện xung cực đại chỉ bị giới hạn bởi điện kháng lõi không khí, thuận tiện nhất là tính toán độ tự cảm của cuộn dây bằng đơn vị cgs:

đây:

N – số vòng dây

Amt – Diện tích bên trong đường kính trung bình của cuộn dây, cm2

l – chiều dài trục của cuộn dây, cm

L – độ tự cảm của cuộn dây, μH

Từ thông do cuộn cảm tạo ra φL bằng từ thông dư cộng với 2 lần sự thay đổi từ thông bình thường trừ đi từ thông bão hòa, vì từ thông bão hòa nằm trong sắt. Nhưng φL có liên quan đến độ tự cảm và dòng điện:

Do đó, dòng điện khởi động cực đại được biểu thị trong hệ đơn vị cgs như sau:

đây:

Đỉnh tính bằng ampe và

φr – thông lượng dư

φn – sự thay đổi từ thông bình thường

φs – thông lượng bão hòa

Nếu không có điện trở trong mạch, mỗi đỉnh liên tiếp sẽ có cùng giá trị và dòng điện đột biến sẽ tiếp tục vô thời hạn. Tuy nhiên, khi có điện trở trong mạch, điện áp giảm trên điện trở sẽ lớn và sự gia tăng từ thông không cần phải cao bằng chu kỳ trước.

Tích phân của độ giảm điện áp biểu thị sự giảm ròng của từ thông cần thiết để duy trì điện áp đặt vào. Vì độ giảm điện áp i×R luôn cùng chiều, mỗi chu kỳ sẽ làm giảm từ thông cần thiết. Khi giá trị cực đại của từ thông giảm xuống dưới giá trị bão hòa của lõi, dòng điện xung đột biến mất. Tốc độ suy giảm không phải là hàm mũ, mặc dù nó tương tự như sự suy giảm dòng điện theo hàm mũ.

Quan trọng! Với các máy biến áp công suất lớn, dòng điện khởi động có thể kéo dài vài giây trước khi biến mất hoàn toàn.

Điện kháng đường dây có tác dụng làm giảm dòng điện khởi động cực đại bằng cách đơn giản là thêm điện cảm vào điện cảm lõi không khí của cuộn dây. Có một mối quan hệ rõ ràng giữa dòng điện khởi động và dòng điện ngắn mạch, vì cả hai đều liên quan đến điện cảm lõi không khí của cuộn dây.

Hãy nhớ rằng hiện tượng ngắn mạch có xu hướng đẩy từ thông ra khỏi lõi.

Nguyên tắc chung! Nhìn chung, nguyên tắc chung là dòng điện khởi động từ hóa cực đại thường cao hơn một chút so với 90% dòng điện ngắn mạch cực đại. Tuy nhiên, lực từ gây ra bởi dòng điện khởi động từ hóa thường nhỏ hơn nhiều so với lực ngắn mạch. Vì mỗi pha chỉ có một cuộn dây, nên không có lực đẩy từ giữa các cuộn dây.

Toàn bộ vấn đề phân tích dòng điện xung từ hóa trở nên khó khăn hơn khi có sự tham gia của máy biến áp ba pha. Điều này là do góc pha của điện áp kích thích cách nhau 120°, có sự tương tác giữa dòng điện và điện áp giữa các pha, và ba cực của thiết bị chuyển mạch không đóng chính xác cùng một lúc.

Tuy nhiên, có thể khẳng định rằng dòng điện khởi động cực đại của máy biến áp ba pha gần bằng mức dòng điện ngắn mạch.

Một trong những đặc điểm thú vị của dòng điện xung từ hóa là tỷ lệ sóng hài chẵn rất cao vì các dòng điện bị triệt tiêu hoàn toàn. Sóng hài chẵn cũng hiếm khi xuất hiện trong các mạch điện.

03 Luồng đồng cảm

Ngoài ra còn có hiện tượng gọi là "dòng điện xung đột đồng cảm", trong đó một máy biến áp đã được cấp điện trước đó sẽ có sự thay đổi đột ngột về dòng điện khi một máy biến áp gần đó được bật lên. Sự xung đột đồng cảm này là do sự thay đổi điện áp đường dây gây ra bởi dòng điện xung đột của máy biến áp thứ hai.