Dòng điện từ hóa là gì?

Một lượng dòng điện nhất định luôn được rút ra bởi một máy biến áp từ nguồn điện được kết nối với cuộn sơ cấp. Ngay cả khi không có tải nào được kết nối với thứ cấp của nó. Một phần dòng điện này được dùng để tạo ra từ thông trong lõi của máy biến áp. Và người ta gọi nó là dòng điện từ hóa.

Dòng điện từ hóa là gì? Các thành phần của dòng điện từ hóa trong máy biến áp

Dòng từ hóa là gì?

Nói một cách dễ hiểu hơn, thì: Dòng điện từ hóa là phần dòng điện không tải được sử dụng để thiết lập từ thông trong lõi của máy biến áp. Đồng thời nó cũng là dòng điện phản kháng của MBA.

Đối với một MBA bất kỳ, thì dòng điện từ hóa là là không thay đổi, bất kể bản chất của phụ tải mà nó đang cấp điện.

Nghĩa là như này: Dù phía cuộn thứ cấp có tải hay không? Tải nhỏ hay đầy tải. Thì giá trị của dòng từ hóa vẫn sẽ luôn cố định.

Các thành phần của dòng điện từ hóa trong máy biến áp

Đây là dòng điện rất cần thiết để tạo ra từ thông trong lõi của MBA. Nó bao gồm hai thành phần dòng điện khác nhau:

  1. Dòng từ hóa là cần thiết để tạo ra từ thông trong lõi máy biến áp. Với các đặc điểm:
  • Dạng sóng không phải là hình SIN do sự bão hòa từ trong lõi thép.
  • Khi lõi thép đạt trạng thái bão hòa, để từ thông tăng thì bắt buộc cần một cường độ dòng điện rất lớn.
  • Dòng từ hóa làm cho điện áp đặt vào lõi thép chậm pha 90 độ so với dòng điện, do mạch thuần cảm.
  1. Dòng tổn thất lõi, dòng điện cần thiết để bù cho tổn thất dòng điện từ trễ và dòng xoáy. Dòng tổn thất lõi có đặc điểm:
  • Dòng lõi là phi tuyến tính do hiệu ứng phi tuyến tính của hiện tượng trễ.
  • Thành phần cơ bản của tổn thất lõi nằm trong pha của điện áp đặt vào.

Tổn thất lõi hay còn gọi là tổn thất hằng số là tổn thất xảy ra trong lõi thép nhiều lớp của máy biến áp. Những tổn thất này không thay đổi theo tải và không đổi đối với bất kỳ máy biến áp cụ thể nào. Những tổn thất này là kết quả của sự thay đổi từ hóa của lõi trong suốt chu kỳ nguồn điện AC. Tổn thất lõi đôi khi được gọi là tổn thất sắt và hai loại tổn thất lõi chính là tổn thất trễ và tổn thất dòng điện xoáy.

Mối quan hệ của dòng điện từ hóa và tổn thất từ trễ trong máy biến áp là gì?

Mối quan hệ giữa dòng từ hóa là gì và dòng tổn hao
Mối quan hệ giữa dòng từ hóa và dòng tổn hao từ trễ

 

Hình trên giải thích quá trình từ hóa và khử từ của bất kỳ lõi thép nào dưới nguồn điện xoay chiều.

⇒ Xem thêm: Cách từ hóa thanh thép

Hình bên trái (a) được gọi là đường cong từ trễ của vật liệu từ tính. Nó biểu thị sự mất từ hóa và khử từ của lõi.

Độ trễ: Có thể hiểu là công được thực hiện bởi lực từ hóa, nhằm chống lại lực ma sát bên trong của các phân tử của nam châm điện. Năng lượng này bị tổn hao dưới dạng nhiệt do trễ được gọi là Mất trễ.

Khi lực từ hóa trong vật liệu từ tính tác dụng, các phân tử của vật liệu từ tính được sắp xếp theo một hướng cụ thể. Và khi lực từ này được đảo ngược theo hướng ngược lại, ma sát bên trong của các phân tử nam châm sẽ có xu hướng chống lại sự đảo ngược của từ tính ⇒ Độ trễ của từ tính.

Để loại bỏ hoặc khắc phục nội ma sát này hay nói cách khác là từ tính dư. Một phần của lực từ hóa được sử dụng để tạo ra nhiệt. Sự tổn hao năng lượng này dưới dạng nhiệt được gọi là tổn thất từ trễ.

Sự khác biệt giữa dòng điện từ hóa và dòng khởi động là gì?

Có khá là nhiều anh em mới vào nghề hoặc là các bạn sinh viên còn nhầm lẫn giữa dòng khởi động và dòng từ hóa.

Liệu có cách, hay đặc điểm nào để chúng ta có thể phân biệt giữa dòng khởi động và dòng từ hóa khi thiết kế bảo vệ cho máy biến áp không?

⇒ Câu trả lời là có nha.

Khi một điện áp xoay chiều được cấp cho cuộn sơ cấp của máy biến áp không tải. Sẽ có một dòng điện nhỏ chạy trong cuộn sơ cấp của máy biến áp.

Dòng điện này được gọi là dòng điện từ hóa (hay dòng kích từ) của máy biến áp. Và là dòng điện được máy biến áp rút ra để duy trì từ thông trong lõi của máy biến áp.

Còn dòng điện khởi động là dòng điện tăng vọt (vọt lố) không đối xứng, thường chạy trong cuộn dây sơ cấp của máy biến áp khi cấp nguồn. Nó xảy ra ngay cả khi máy biến áp không có tải.

Dòng khởi động có thể gấp 5 – 6 lần dòng định mức đầy tải của máy biến áp. Và nó sẽ chạy trong vài chu kỳ trước khi giảm xuống giá trị ổn định bằng với dòng điện từ hóa của máy biến áp.

Dòng từ hóa là gì
Biểu đồ dạng sóng của dòng khởi động

 

Tại sao dòng điện từ hóa lại cần thiết?

Có lẽ đây là một câu hỏi cũng khá là nhiều anh em thắc mắc ha. Thật ra nó không khó đâu.

Chủ yếu nó liên quan đến sự vận hành và quy trình thao tác an toàn điện.

Để anh em dễ hiểu hơn, Thép Bảo Tín sẽ lấy một ví dụ như thế này.

Có một con sông, cắt ngang qua một con đường. Để người dân có thể đi lại dễ dàng và thuận tiện hơn từ bờ này sang bờ kia, thì cách tốt và lâu dài nhất đó là xây cầu.

Và dòng từ hóa ở đây nó cũng tương tự như cây cầu qua sông ở trên. Nhiệm vụ của nó là tạo ra từ thông (xây cầu) và duy trì từ thông (đảm bảo cho cầu không bị sập) trong suốt quá trình vận hành. Đảm bảo cho các đường sức từ (cư dân) di chuyển thông suốt từ bờ này sang bờ kia.

Đó, anh em thấy dễ hiểu hơn chưa.

Trên thực tế đi làm, anh em sẽ thường thấy là trước khi đóng tải, người ta thường vận hành MBA không tải trước 72 giờ. Mục đích là để:

  • Đảm bảo sự an toàn trong vận hành bằng các thử nghiệm: thử nghiệm độ cách điện, test mạch động lực, hệ thống làm mát, trước khi chạy tải.
  • Để dầu MBA ngấm vào các khe lá thép trong lõi.

Làm cách nào để có thể tính toán dòng từ hóa của máy biến áp?

Dòng điện từ hóa Im là kết quả của điện áp xoay chiều V ở tần số f trên tự cảm L của cuộn sơ cấp máy biến áp. Vì vậy, nếu anh em biết giá trị của L ⇒ Anh em sẽ tính được Im qua công thức:

Im= V/2 * pi * f * L

Xét mạch biến áp đơn giản ở Hình 2A và mạch tương đương của nó ở Hình 2B.

Sơ đồ mạch biến áp
Sơ đồ mạch biến áp

 

Sơ đồ mạch tương đương
Sơ đồ mạch tương đương

 

Bỏ qua trở kháng nguồn, điện dung cuộn dây hoặc điện cảm rò rỉ của cuộn thứ cấp.

Khi cả hai công tắc đều mở, dòng điện sơ cấp và thứ cấp bằng 0.

Khi đóng công tắc chính. Vì cuộn thứ cấp không được nối tải, nên cuộn sơ cấp của biến áp xung hoạt động giống như một cuộn cảm đặt trên nguồn điện áp.

Lúc này dòng sơ cấp bắt đầu chạy. Đây là dòng từ hóa và được điều chỉnh bởi phương trình vi phân:

V(t) = L xd(I)/dt + Rp x I(t)

Với:

  • V(t) đơn vị vôn (V)
  • L đơn vị henries (H)
  • I(t) đơn vị ampe (A)
  • t đơn vị giây (s)

Nếu nguồn điện có điện áp không đổi, Rp = 0, & L = Lkp + Lm không đổi

Phương trình vi phân có thể được giải cho I(t):

I(t) = Io + V xt / (Lkp+Lm)

Trong đó Io là dòng điện ban đầu, có giá trị bằng 0.

Lưu ý rằng dòng điện tăng với tốc độ tuyến tính theo thời gian và tốc độ đó tỷ lệ nghịch với độ tự cảm.

Trên lý thuyết thì: Dòng điện chạy qua Np lần lượt tạo ra lượng Np x I(t) lực từ hóa (amp-vòng), từ đó tạo ra mật độ từ thông trong lõi biến áp. Cuối cùng, dòng từ hóa sơ cấp tăng lên sẽ vượt quá khả năng từ thông của lõi biến áp và sẽ làm bão hòa lõi. Khi bão hòa xảy ra, dòng điện sơ cấp tăng nhanh về phía vô cực.

Trong một mạch thực: Điện trở cuộn sơ cấp (và trở kháng nguồn) sẽ hạn chế dòng điện (Hình 3A).

Dòng từ hóa trong máy biến áp
Sơ đồ mạch máy biến áp

Đối với Rp khác 0

Phương trình vi phân có thể được giải cho I(t):

I(t) = I o + (V/Rp) xe (-Rp xt / (Lkp + Lm))

Ảnh hưởng của Rp được minh họa trong Hình 3B và 3C .

Rp kéo dài thời gian để máy biến áp không tải (hoặc cuộn cảm) bão hòa. Nếu Rp đủ lớn, nó sẽ ngăn máy biến áp (hoặc cuộn cảm) bão hòa hoàn toàn. Tuy nhiên, dù là ở trạng thái bão hòa, thì Rp luôn là giới hạn trên cho giá trị hiện tại chính.

 

Mạch xung lý tưởng của dòng từ hóa
Mạch xung lý tưởng của máy biến áp
Mạch xung đơn cực lý tưởng
Mạch xung đơn cực lý tưởng

 

⇒ Mong rằng qua bài viết này, anh em đã hiểu rõ hơn về dòng từ hóa là gì rồi. Chúng ta sẽ tiếp tục chủ đề từ hóa này ở những bài viết tiếp theo nha. Nhớ Follow site thepbaotin.com nhé!

Bình luận (0 bình luận)