Коли в трансформаторах виникає пусковий струм намагнічування?

Пускові умови намагнічування також виникають на набагато вищій частоті, ніж короткі замикання, тому це явище варто дослідити.

Розглянемо, що відбувається, коли ви вперше включаєте живлення на однофазний трансформатор. Магнітний потік в осерді дорівнює інтегралу від напруги збудження.

Якщо коло замкнуте, коли напруга проходить через нуль, а початковий потік дорівнює нулю, синусоїдальний потік буде повністю зміщений відносно нуля. Пікове значення потоку повного зміщення вдвічі перевищує пікове значення потоку симетричної синусоїди. Іншими словами, піковий потік хвилі повного зміщення може бути майже вдвічі перевищуючий нормальний піковий потік, чого зазвичай достатньо, щоб привести осердя до насичення.

На цьому етапі єдиним, що обмежує струм намагнічування, є імпеданс повітряного осердя обмотки, який на порядок менший за нормальний імпеданс намагнічування.

Отже, протягом напівперіоду насичення осердя струм збудження значно більший за нормальний струм збудження. Протягом протилежного напівперіоду осердя більше не насичується, і струм збудження приблизно дорівнює нормальному струму збудження.

Ситуація ще більш екстремальна, коли в осерді є залишковий потік, а напрямок залишкового потоку збігається з напрямком зміщення синусоїдальної хвилі потоку. Як показано на рисунку 2 нижче. Зверніть увагу, що рисунки 1 і 2 зображені для різних масштабів струму, тому піковий струм, зображений на рисунку 2, насправді набагато більший, ніж піковий струм, зображений на рисунку 1.

02 Пікове значення збудження

Щоб знайти піковий імпульсний струм, обмежений лише реактивним опором повітряного осердя, зручно розрахувати індуктивність обмотки, використовуючи одиниці вимірювання СГС:

тут:

N – кількість витків котушки

Amt – Площа в межах середнього діаметра котушки, см2

l – осьова довжина котушки, см

L – індуктивність котушки, мкГн

Потік, що створюється індуктивністю φL, дорівнює залишковому потоку плюс подвоєна зміна нормального потоку мінус потік насичення, оскільки потік насичення знаходиться в залізі. Але φL пов'язаний з індуктивністю та струмом:

Отже, піковий пусковий струм виражається в системі одиниць СГС наступним чином:

тут:

Ipeak в амперах та

φr – залишковий потік

φn – зміна нормального магнітного потоку

φs – потік насичення

Якби в колі не було резисторів, кожен наступний пік мав би однакове значення, а пусковий струм тривав би нескінченно довго. Однак, за наявності опору в колі, падіння напруги на опорі буде великим, і зростання потоку не обов'язково буде таким же високим, як у попередньому циклі.

Інтеграл від падіння напруги являє собою чисте зменшення магнітного потоку, необхідного для підтримки прикладеної напруги. Оскільки падіння напруги i×R завжди має один і той самий напрямок, кожен цикл зменшує необхідний магнітний потік. Коли пікове значення магнітного потоку падає нижче значення насичення осердя, пусковий струм зникає. Швидкість спаду не є експоненціальною, хоча вона подібна до експоненціального струму спаду.

Важливо! У великих силових трансформаторах пусковий струм може тривати кілька секунд, перш ніж зникнути.

Реактивний опір лінії зменшує піковий пусковий струм простим додаванням індуктивності до індуктивності повітряного осердя обмотки. Існує певний зв'язок між пусковим струмом і струмом короткого замикання, оскільки обидва пов'язані з індуктивністю повітряного осердя обмотки.

Пам'ятайте, що короткі замикання мають тенденцію виштовхувати магнитний потік з осердя.

Емпіричне правило! Загалом, емпіричне правило полягає в тому, що піковий пусковий струм намагнічування трохи перевищує 90% пікового струму короткого замикання. Однак магнітна сила, спричинена пусковим струмом намагнічування, зазвичай значно менша за силу короткого замикання. Оскільки кожна фаза містить лише одну обмотку, між обмотками немає магнітного відштовхування.

Вся проблема аналізу пускових струмів намагнічування стає складнішою, коли задіяні трифазні трансформатори. Це пояснюється тим, що фазові кути напруг збудження розташовані на відстані 120° один від одного, між фазами існує взаємодія струму та напруги, а три полюси комутаційного пристрою не замикаються точно одночасно.

Однак, можна з упевненістю сказати, що піковий пусковий струм трифазного трансформатора близький до рівня струму короткого замикання.

Одна з цікавих особливостей пускових струмів намагнічування полягає в тому, що існує велика частка парних гармонік, оскільки струми повністю компенсуються. Парні гармоніки також рідко зустрічаються в силових колах.

03 Потік емпатії

Також існує явище, відоме як «симпатичний пусковий струм», при якому попередньо увімкнений трансформатор демонструє раптову зміну струму, коли вмикається сусідній трансформатор. Симпатичний пусковий струм викликаний зміною напруги в мережі, спричиненою пусковим струмом другого трансформатора.