מנגנון הרוויה בשנאי זרם אלקטרומגנטי

מנגנון הרוויה של אלקטרומגנטי  שנאי זרם קשור בעיקר למאפייני המגנטיזציה של ליבת הברזל. ההקדמה המפורטת היא כדלקמן:

1. עקרון עבודה בסיסי

אלקטרומגנטי שנאי זרם  פועלים על בסיס העיקרון של אינדוקציה אלקטרומגנטית. הם ממירים את הזרם הגדול בצד הראשוני לזרם קטן בצד המשני באמצעות צימוד ליבת ברזל, המשמש למדידה, הגנה ולמטרות אחרות. כאשר הזרם הראשוני I 1 עובר דרך הפיתול הראשוני, הוא יוצר שטף מגנטי לסירוגין Ø בליבת הברזל. על פי חוק האינדוקציה האלקטרומגנטית של פאראדיי, כוח אלקטרו-מוטיבי E 2 מושרה בפיתול המשנית, אשר בתורו מייצר את הזרם המשני I2.

אינדוקציה אלקטרומגנטית

2. מנגנון הרוויה

אי-לינאריות של עקומת המגנטיזציה: הקשר בין צפיפות השטף המגנטי B לחוזק השדה המגנטי H של ליבת הברזל מיוצג על ידי עקומת המגנטיזציה ( עקומת BH). במהלך פעולה רגילה, המעגל המגנטי של שנאי הזרם פועל באזור הליניארי, שבו ל-B ו-H יש קשר ליניארי. בשלב זה, הזרם הראשוני והזרם המשני שומרים על קשר פרופורציונלי ( a~b ). עם זאת, כאשר הזרם הראשוני I 1 גדול מדי, מה שגורם לעוצמת השדה המגנטי H לחרוג מנקודת הרוויה של ליבת הברזל, B כבר לא גדל באופן ליניארי עם H אלא נוטה לרוויה ( קשר b~S ). צמיחת השטף המגנטי Ø מואט גם הוא, וכתוצאה מכך הכוח האלקטרו-מוטיבי המושרה המשני E 2 והזרם המשני I 2 אינם מצליחים לשקף במדויק שינויים בזרם הראשוני I 1, מה שמוביל לעיוות של צורת הגל.

השפעת עומס משני: עומס משני גדול מדי יגדיל את הזרם I. 2המשני על פי עיקרון איזון הכוחות המגנטו-מוטיביים, הקשר בין הכוח המגנטו-מוטיבי הראשוני I 1 N 1, הכוח המגנטו-מוטיבי המשני I 2N 2, והכוח המגנטו-מוטיבי לעירור I m N 1 הוא I 1 N 1 = I 2 N 2 + I m N 1 (כאשר N 1 ו- N 2 הם מספר הסיבובים של הפיתולים הראשוניים והמשניים, בהתאמה). העלייה בעומס המשני מובילה לעלייה ב- I _2 , שבתורה מגבירה את זרם העירור I m , מה שעלול לגרום לליבת הברזל להיכנס למצב רווי.

השפעת תדר הזרם: עבור שנאי קבוע, צפיפות השטף המגנטי B_m של ליבת הברזל פרופורציונלית למתח המשני E 2 ופרופורציונלית הפוך לתדר הזרם f , לפי הנוסחה B m = E _2 /(4.44*f*N 2*S) (כאשר S הוא שטח החתך של ליבת הברזל). כאשר תדר הזרם נמוך מדי, צפיפות השטף המגנטי B m של ליבת הברזל תגדל תחת מתח משני מסוים, מה שעלול לגרום לליבת הברזל להרוות.

3. סיווג של רוויה

רוויה במצב יציב: נגרמת על ידי זרם סימטרי גדול מדי במצב יציב במהלך קצרים בקו. כאשר הזרם הראשוני חורג ברציפות מהערך המדורג, ליבת הברזל נכנסת לאזור הרוויה, וכתוצאה מכך הזרם המשני אינו מצליח לשקף במדויק את הזרם הראשוני.

רוויה חולפת: נוכחותם של רכיבים לא מחזוריים בזרם הקצר ומגנטיות שיורית בליבת הברזל יכולים לגרום לשנאי הזרם להיכנס לאזור הרוויה במהלך תהליך המעבר. רוויה חולפת עשויה להתרחש רק בתקופת החולפים ותיעלם בהדרגה כאשר הרכיבים החולפים מתפוררים.