مکانیسم اشباع در ترانسفورماتور جریان الکترومغناطیسی

مکانیسم اشباع الکترومغناطیسی  ترانسفورماتور جریان عمدتاً به ویژگی های مغناطیسی هسته آهن مربوط می شود. مشروح این معرفی به شرح زیر است:

1. اصل کار پایه

الکترومغناطیسی ترانسفورماتورهای جریان  بر اساس اصل القای الکترومغناطیسی کار می کنند. آنها جریان بزرگ در سمت اولیه را به جریان کوچک در سمت ثانویه از طریق کوپلینگ هسته آهنی تبدیل می کنند که برای اندازه گیری، حفاظت و سایر اهداف استفاده می شود. هنگامی که جریان اولیه I 1 از سیم پیچ اولیه عبور می کند، یک شار مغناطیسی متناوب Ø در هسته آهنی ایجاد می کند. طبق قانون القای الکترومغناطیسی فارادی، نیروی الکتروموتور E 2 در سیم پیچ ثانویه القا می شود که به نوبه خود جریان ثانویه I را تولید می کند.2.

القای الکترومغناطیسی

2. مکانیسم اشباع

غیر خطی بودن منحنی مغناطیسی: رابطه بین چگالی شار مغناطیسی B و شدت میدان مغناطیسی H هسته آهنی با منحنی مغناطیسی ( منحنی BH) نشان داده می شود. در حین کار عادی، مدار مغناطیسی ترانسفورماتور جریان در ناحیه خطی کار می کند، جایی که B و H رابطه خطی دارند. در این زمان، جریان اولیه و جریان ثانویه یک رابطه متناسب ( a~b ) را حفظ می کنند. با این حال، زمانی که جریان اولیه I 1 خیلی زیاد است و باعث می شود که شدت میدان مغناطیسی H از نقطه اشباع هسته آهنی فراتر رود، B دیگر به صورت خطی با H افزایش نمی یابد ، بلکه تمایل به اشباع ( رابطه b~S ) دارد. رشد شار مغناطیسی Ø نیز کند می شود و در نتیجه نیروی الکتروموتور القایی ثانویه E 2 و جریان ثانویه I 2 نمی توانند به طور دقیق تغییرات جریان اولیه I را منعکس کنند 1و منجر به اعوجاج شکل موج می شود.

تأثیر بار ثانویه: بار ثانویه بسیار زیاد جریان ثانویه I را افزایش می دهد 2. با توجه به اصل تعادل نیروی مغناطیسی، رابطه بین نیروی محرکه مغناطیسی اولیه I 1 N 1، نیروی مغناطیسی ثانویه I 2N 2و نیروی محرکه مغناطیسی تحریک I m N 1 است I 1 N 1 = I 2 N 2 + I m N 1 (که در آن N 1 و N 2 به ترتیب تعداد چرخش سیم پیچ های اولیه و ثانویه هستند). افزایش بار ثانویه منجر به افزایش I_2 می شود .که به نوبه خود جریان تحریک I m را افزایش می دهد و به طور بالقوه باعث می شود که هسته آهن وارد حالت اشباع شود

تأثیر فرکانس جریان: برای یک ترانسفورماتور ثابت، چگالی شار مغناطیسی B_m هسته آهنی با ولتاژ ثانویه E متناسب است 2 و با فرکانس جریان f نسبت معکوس دارد ، از فرمول B m = E _2 /(4.44*f*N 2*S) (که در آن S سطح مقطع i است). وقتی فرکانس جریان خیلی کم باشد، چگالی شار مغناطیسی Bm . هسته آهنی تحت یک ولتاژ ثانویه خاص افزایش می‌یابد که ممکن است باعث اشباع شدن هسته آهن شود

3. طبقه بندی اشباع

اشباع حالت پایدار: ناشی از جریان متقارن حالت پایدار بسیار زیاد در طول اتصال کوتاه خطوط. هنگامی که جریان اولیه به طور مداوم از مقدار نامی تجاوز می کند، هسته آهنی وارد ناحیه اشباع می شود و در نتیجه جریان ثانویه نمی تواند به طور دقیق جریان اولیه را منعکس کند.

اشباع گذرا: وجود اجزای غیر تناوبی در جریان اتصال کوتاه و مغناطیس باقیمانده در هسته آهنی می تواند باعث شود که ترانسفورماتور جریان در طی فرآیند گذرا وارد ناحیه اشباع شود. اشباع گذرا ممکن است فقط در طول دوره گذرا رخ دهد و به تدریج با پوسیدگی اجزای گذرا ناپدید می شود.