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Magnetisierende Einschaltspitzen treten auch viel häufiger auf als Kurzschlüsse, daher lohnt es sich, dieses Phänomen zu untersuchen.

Überlegen Sie, was passiert, wenn Sie einen Einphasentransformator zum ersten Mal einschalten. Der magnetische Fluss im Kern ist gleich dem Integral der Erregerspannung.

Wenn der Stromkreis geschlossen wird, wenn die Spannung durch Null geht und der anfängliche Fluss Null ist, wird der sinusförmige Fluss vollständig von Null versetzt. Der Spitzenwert des Flusses mit vollem Offset ist doppelt so hoch wie der Spitzenwert des Flusses mit symmetrischer Sinuswelle. Mit anderen Worten, der Spitzenfluss der Welle mit vollem Offset kann fast das Doppelte des normalen Spitzenflusses betragen, was normalerweise ausreicht, um den Kern in die Sättigung zu treiben.

An diesem Punkt begrenzt nur noch die Luftimpedanz der Wicklung den Magnetisierungsstrom, die um Größenordnungen kleiner ist als die normale Magnetisierungsimpedanz.

Daher ist der Feldstrom während des Halbzyklus der Kernsättigung viel größer als der normale Feldstrom. Während der entgegengesetzten Halbwelle ist der Kern nicht mehr gesättigt und der Feldstrom ist ungefähr gleich dem normalen Feldstrom.


Die Situation ist sogar noch extremer, wenn Restfluss im Kern vorhanden ist und die Richtung des Restflusses dieselbe ist wie die Richtung des Versatzes der sinusförmigen Flusswelle. Wie in Abbildung 2 unten gezeigt. Beachten Sie, dass die Abbildungen 1 und 2 bei unterschiedlichen Stromskalen dargestellt sind, sodass der in Abbildung 2 dargestellte Spitzenstrom tatsächlich viel größer ist als der in Abbildung 1 dargestellte Spitzenstrom.


02 Erregungsspitzenwert


Um den Spitzenstoßstrom zu finden, der nur durch die Luftreaktanz begrenzt ist, ist es bequem, die Induktivität der Wicklung mit cgs-Einheiten zu berechnen:

hier:


N – Anzahl der Spulenwindungen


Amt – Fläche innerhalb des mittleren Durchmessers der Spule, cm2


l – die axiale Länge der Spule, cm


L – Spuleninduktivität, μH




Der vom Induktor φL erzeugte Fluss ist gleich dem Restfluss plus 2 Mal der normalen Flussänderung minus dem Sättigungsfluss, da der Sättigungsfluss in Eisen ist. Aber φL hängt mit der Induktivität und dem Strom zusammen:


Daher wird der Einschaltspitzenstrom im cgs-Einheitensystem wie folgt ausgedrückt:

hier:


Ipeak in Ampere und


φr – Restfluss


φn – normale Magnetflussänderung


φs – Sättigungsfluss




Wenn es keine Widerstände in der Schaltung gäbe, hätte jede aufeinanderfolgende Spitze denselben Wert, und der Stromeinschaltstrom würde unbegrenzt andauern. Bei Vorhandensein eines Widerstands in der Schaltung ist jedoch der Spannungsabfall über dem Widerstand groß und der Anstieg des Flusses muss nicht so hoch sein wie im vorherigen Zyklus.




Das Integral des Spannungsabfalls stellt die Nettoreduzierung des Magnetflusses dar, der erforderlich ist, um die angelegte Spannung zu unterstützen. Da der Spannungsabfall i × R immer in die gleiche Richtung geht, reduziert jeder Zyklus den erforderlichen magnetischen Fluss. Wenn der Spitzenwert des magnetischen Flusses unter den Sättigungswert des Kerns fällt, verschwindet der Einschaltstrom. Die Abklingrate ist nicht exponentiell, obwohl sie einem exponentiellen Abklingstrom ähnlich ist.




wichtig! Bei großen Leistungstransformatoren kann der Einschaltstrom einige Sekunden anhalten, bevor er schließlich verschwindet.




Die Netzreaktanz hat den Effekt, dass der Spitzeneinschaltstrom reduziert wird, indem einfach eine Induktivität zur Luftkerninduktivität der Wicklung hinzugefügt wird. Zwischen Einschaltstrom und Kurzschlussstrom besteht ein eindeutiger Zusammenhang, da beide mit der Luftinduktivität der Wicklung zusammenhängen.




Denken Sie daran, dass Kurzschlüsse dazu neigen, das Flussmittel aus dem Kern zu drücken.




Faustregel! Als Faustregel gilt im Allgemeinen, dass der Spitzenmagnetisierungseinschaltstrom etwas über 90 % des Spitzenkurzschlussstroms liegt. Die durch den magnetisierenden Einschaltstrom verursachte Magnetkraft ist jedoch in der Regel viel kleiner als die Kurzschlusskraft. Da jede Phase nur eine Wicklung enthält, gibt es keine magnetische Abstoßung zwischen den Wicklungen.




Das ganze Problem der Analyse von magnetisierenden Einschaltströmen wird schwieriger, wenn dreiphasige Transformatoren beteiligt sind. Dies liegt daran, dass die Phasenwinkel der Erregerspannungen um 120° auseinander liegen, zwischen den Phasen eine Strom- und Spannungswechselwirkung besteht und die drei Pole des Schaltgeräts nicht exakt gleichzeitig geschlossen werden.




Man kann jedoch mit Sicherheit sagen, dass der Spitzeneinschaltstrom eines Drehstromtransformators nahe am Kurzschlussstrom liegt.

Eines der interessanten Merkmale der Magnetisierung von Einschaltströmen ist, dass es einen großen Anteil an geradzahligen Oberwellen gibt, weil die Ströme vollständig ausgelöscht werden. Auch in Stromkreisen sind geradzahlige Oberschwingungen selten anzutreffen.




03 Empathiefluss


Es gibt auch ein Phänomen, das als "sympathetic inrush" bekannt ist, bei dem ein zuvor erregter Transformator eine plötzliche Stromänderung zeigt, wenn ein nahe gelegener Transformator eingeschaltet wird. Die sympathetische Überspannung wird durch die Netzspannungsänderung verursacht, die durch den Einschaltstrom des zweiten Transformators verursacht wird.


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