Когда в трансформаторах возникает пусковой ток намагничивания?

Скачкообразный намагничивание также происходит с гораздо большей частотой, чем короткие замыкания, поэтому это явление заслуживает изучения.

Рассмотрим, что происходит при первоначальном включении однофазного трансформатора. Магнитный поток в сердечнике равен интегралу напряжения возбуждения.

Если цепь замкнута, когда напряжение проходит через ноль, а начальный поток равен нулю, синусоидальный поток будет полностью смещен относительно нуля. Пиковое значение полностью смещенного потока вдвое превышает пиковое значение симметричного синусоидального потока. Другими словами, пиковый поток полностью смещенной волны может быть почти вдвое больше нормального пикового потока, чего обычно достаточно для насыщения сердечника.

На данном этапе единственным фактором, ограничивающим намагничивающий ток, является импеданс воздушного сердечника обмотки, который на порядки меньше нормального намагничивающего импеданса.

Следовательно, в течение полупериода насыщения сердечника ток возбуждения значительно превышает нормальный ток возбуждения. В течение противоположного полупериода сердечник перестает быть насыщенным, и ток возбуждения приблизительно равен нормальному току возбуждения.

Ситуация становится еще более экстремальной, когда в ядре присутствует остаточный поток, и направление этого потока совпадает с направлением смещения синусоидальной волны потока. Как показано на рисунке 2 ниже. Обратите внимание, что рисунки 1 и 2 построены в разных масштабах тока, поэтому пиковый ток, изображенный на рисунке 2, на самом деле намного больше, чем пиковый ток, изображенный на рисунке 1.

02 Пиковое значение импульса возбуждения

Для определения пикового импульсного тока, ограниченного только реактивным сопротивлением воздушного сердечника, удобно рассчитать индуктивность обмотки, используя единицы СГС:

здесь:

N – количество витков катушки

Amt – Площадь внутри среднего диаметра катушки, см²

l – осевая длина катушки, см.

L – индуктивность катушки, мкГн

Поток, создаваемый индуктором φL, равен остаточному потоку плюс 2-кратное изменение нормального потока минус поток насыщения, поскольку поток насыщения находится в железе. Но φL связан с индуктивностью и током:

Следовательно, пиковый пусковой ток выражается в системе единиц СГС следующим образом:

здесь:

Пиковое значение в амперах и

φr – остаточный поток

φn – изменение нормального магнитного потока

φs – поток насыщения

Если бы в цепи не было резисторов, каждый последующий пик имел бы одинаковое значение, и пусковой ток продолжался бы бесконечно. Однако при наличии сопротивления в цепи падение напряжения на резисторе будет большим, и увеличение магнитного потока не обязательно будет таким же высоким, как в предыдущем цикле.

Интеграл падения напряжения представляет собой суммарное уменьшение магнитного потока, необходимого для поддержания приложенного напряжения. Поскольку падение напряжения i×R всегда происходит в одном направлении, каждый цикл уменьшает требуемый магнитный поток. Когда пиковое значение магнитного потока падает ниже значения насыщения сердечника, пусковой ток исчезает. Скорость затухания не является экспоненциальной, хотя и похожа на экспоненциальное затухание тока.

Важно! В случае с мощными силовыми трансформаторами пусковой ток может сохраняться несколько секунд, прежде чем полностью исчезнет.

Линейное реактивное сопротивление позволяет уменьшить пиковый пусковой ток за счет простого увеличения индуктивности воздушного сердечника обмотки. Существует определенная взаимосвязь между пусковым током и током короткого замыкания, поскольку оба параметра связаны с индуктивностью воздушного сердечника обмотки.

Помните, что короткие замыкания, как правило, выталкивают магнитный поток из сердечника.

Общее правило! Как правило, считается, что пиковый пусковой ток намагничивания составляет чуть более 90% от пикового тока короткого замыкания. Однако магнитная сила, создаваемая пусковым током намагничивания, обычно намного меньше силы короткого замыкания. Поскольку каждая фаза содержит только одну обмотку, между обмотками отсутствует магнитное отталкивание.

Вся проблема анализа пусковых токов намагничивания становится более сложной при рассмотрении трехфазных трансформаторов. Это связано с тем, что фазовые углы возбуждающих напряжений различаются на 120°, существует взаимодействие тока и напряжения между фазами, а три полюса коммутирующего устройства замыкаются не одновременно.

Однако можно с уверенностью сказать, что пиковый пусковой ток трехфазного трансформатора близок к уровню тока короткого замыкания.

Одной из интересных особенностей пусковых токов намагничивания является наличие большого количества четных гармоник, поскольку токи полностью компенсируются. Четные гармоники также редко встречаются в силовых цепях.

03 Поток эмпатии

Существует также явление, известное как «симпатический пуск», при котором ранее находящийся под напряжением трансформатор демонстрирует внезапное изменение тока при включении соседнего трансформатора. Симпатический пуск вызван изменением напряжения в сети, обусловленным пусковым током второго трансформатора.