Бросок тока намагничивания трансформатора | Электротехнический журнал

Главная » Библиотека » Энциклопедия

Бросок тока намагничивания трансформатора — это кратковременный ток намагничивания трансформатора, превышающий номинальный ток нагрузки, возникающий при включении трансформатора (автотрансформатора) под напряжение или при его восстановлении. При этом, бросок тока намагничивания раз от раза может отличаться на одном и том же трансформаторе, так как имеет значение вектор и величина напряжения, подаваемая на обмотку трансформатора при включении коммутационного аппарата.

Содержание

Причины возникновения броска тока намагничивания

Причиной возникновения БНТ в силовых трансформаторах является резкое изменение уровня напряжения намагничивания. Хотя обычно возникновение БНТ связывают с включением трансформатора под напряжение, он также может быть обусловлен:

• Возникновением внешнего КЗ,
• Восстановлением уровня напряжения после отключения внешнего КЗ,
• Переходом КЗ из одного вида в другой (к примеру, переход однофазного КЗ в двухфазное КЗ на землю),
• Несинхронным подключением генератора к системе.

Поскольку ветвь намагничивания схемы замещения трансформатора, может быть представлена как шунт при его насыщении, ток намагничивания нарушает баланс между токами на выводах трансформатора. Дифференциальная защита воспринимает ток БНТ как дифференциальный, однако должна устойчиво функционировать в таком случае. Отключение трансформатора при БНТ является нежелательным с точки зрения условий обеспечения длительного срока службы трансформатора (отключение тока индуктивного характера вызывает высокие перенапряжения, что может представлять угрозу для трансформатора и быть косвенной причиной возникновения внутреннего КЗ).

Описание процесса

Намагничивание трансформатора изза включения его под напряжение считается самым неблагоприятным случаем, вызывающим БНТ наибольшей амплитуды. Когда производится отключение трансформатора, напряжение намагничивания оказывается равным нулю, ток намагничивания снижается до нуля, в то время как магнитная индукция изменяется согласно характеристике намагничивания сердечника. Указанное обуславливает наличие остаточной индукции в сердечнике. Когда, по истечении некоторого времени, производится повторное включение трансформатора под напряжение, изменяющееся по синусоидальному закону, магнитная индукция начинает изменяться по тому же закону, однако со смещением на значение остаточной индукции. Остаточная индукция может составлять 80–90% номинальной индукции, и, таким образом, точка может переместиться за излом характеристики намагничивания, что, в свою очередь, обуславливает большую амплитуду и искажение формы кривой тока.

На рисунке представлена характерная форма БНТ. Данная осциллограмма отображает наличие длительно затухающей апериодической составляющей, может быть охарактеризована содержанием различных гармоник и большой амплитудой тока в начальный момент времени (до 30 раз превышающей значение номинального тока трансформатора). Кривая значительным образом затухает через десятые секунды, однако полное затухание характерно через несколько секунд. При определенных обстоятельствах БНТ затухает лишь спустя минуты после включения трансформатора под напряжение.

См. также

• Бросок зарядного тока конденсатора.
• Пусковой ток асинхронного электродвигателя.

Примечания

1. Перевод статьи Богдана Каштенни и Ары Кулиджан из компании «General Electric» (английский), перевод был опубликован в журнале Релейщик №1 за 2009 год.

Для справки: http://www.ngpedia.ru/id270514p1.html

Рейтинг

( 3 оценки, среднее 1.67 из 5 )

Поделиться:

Переходные процессы при включении силового трансформатора

Хорошо известно, что при включении силового трансформатора в сеть (даже ненагруженного) возникает всплеск тока, который может превышать номинальный ток во много раз. Максимальный всплеск тока (будем называть далее «пусковой ток») необходимо учитывать при проектировании силовых трансформаторов, так как он оказывает силовое воздействие на обмотки трансформатора, а также приводит к ложному срабатыванию устройств защиты.

К сожалению, в литературе этот вопрос практически не рассматривался. В данной статье авторы попытались рассмотреть переходные процессы в силовом трансформаторе и дать рекомендации по снижению пусковых токов. В дальнейшем все рассуждения будут вестись для ненагруженного трансформатора.

Для первичной обмотки однофазного силового трансформатора можно записать [1]:

               (1)

где u(t)

— мгновенное значение напряжения первичной обмотки; i(t) — мгновенное значение намагничивающего тока трансформатора; Ψ(t) мгновенное значение потокосцепления; r— активное сопротивление обмотки; L_p— индуктивность рассеяния обмотки.

Учитывая, что у тороидальных трансформаторов индуктивность рассеяния обмотки достаточно мала, можно принять L_p = 0. Кроме этого, будем предполагать, что потокосцепление Ψ(t) в уравнении (1) зависит от тока. Эта зависимость задается кривой намагничивания и имеет нелинейный характер. На основании определения потокосцепления запишем:

               (2)

где W— количество витков первичной обмотки силового трансформатора; S — сечение магнитопровода трансформатора; μ(i) — дифференциальная магнитная проницаемость. Для тороидального трансформатора по закону полного тока имеем:

                                  (3)

где l — длина средней магнитной линии. Если подставить (3) в (2) и в (1), то получим

(4)

(5)

где μ(i) — дифференциальная магнитная проницаемость. Дифференциальное уравнение (4) является основным при анализе переходных процессов в силовом трансформаторе. Как видно из этого уравнения, намагничивающий ток трансформатора имеет нелинейный характер. Анализ решения уравнения (4) невозможен без конкретной зависимости

B = f(H), которую необходимо получить экспериментально. В соответствии с ГОСТ 21427.1-83 была измерена индукция электротехнической стали 3413 в переменном магнитном поле и получена зависимость B = f(H). Результаты приведены в таблице 1, а график показан на рис. 1.

Рис. 1. Кривая намагничивания для стали 3413

 

Таблица 1. Результаты анализа

На этом же рисунке показана кусочно-линейная аппроксимация кривой намагничивания двумя отрезками прямых, причем отрезки прямых выбираются так, чтобы они как можно ближе подходили к экспериментальным точкам. Тогда B = f(H) можно записать в виде функции

                (6)

где h — напряженность магнитного поля в точке перегиба кривой намагничивания; b — индукция в точке перегиба на кривой намагничивания; k — коэффициент, характеризующий степень наклона участка насыщения к оси Н. Из (6) легко получить выражение для дифференциальной магнитной проницаемости:

               (7)

С учетом (7) дифференциальное уравнение (4) может быть представлено в виде двух: уравнения для тока i₁(t), соответствующего рабочему участку кривой намагничивания, и уравнения для тока i₂( t ), соответствующего участку насыщения:.

                         (8)

где

Дифференциальные уравнения (8) решаются при начальных условиях

i₁(0) = 0, i₁(t₀) =

i₂(t₀), (9)

где t₀ — момент времени, когда величина тока изменяется с i₁(t) на i₂(t).

Пусть на первичную обмотку силового трансформатора подано синусоидальное напряжение u(t) = u_msin(ωt + φ), где u_m— амплитудное значение напряжения; ω— частота сети; φ — начальная фаза.

Так как в соответствии с законом электромагнитной индукции магнитный поток в сердечнике трансформатора отстает от напряжения u(t) на π/2, то максимальный всплеск тока возникает при φ=0, и потому интерес представляет именно этот случай.

Решая дифференциальные уравнения (8) при φ=0, получим:

Момент времени t₀ определяется как корень трансцендентного уравнения

i₁(t₀) = i₀ (12)

при i₀ = hl/W. Выражения для токов (10) и (11) позволяют полностью рассчитать переходные токи в обмотке силового трансформатора при включении его в сеть с синусоидальным напряжением.

Для расчета был выбран трансформатор, намотанный на тороидальном магнитопроводе с размерами ОЛ100/180-60 мм. Этот силовой трансформатор имеет первичную обмотку

W = 275 витков, площадь керна S = 0,0024 м², омическое сопротивление обмотки r = 0,4 Ом и длину средней магнитной линии l = 0,44 м. Из графика, изображенного на рис. 1, можно определить параметры h = 45,3 А/м и b = 1,8 Тл.

Для расчета тока было выбрано два метода. Это расчет по формулам (10), (11) и непосредственное решение дифференциального уравнения (4). Расчет тока по уравнению (4) имеет преимущество, так как здесь при построении решения используются все экспериментальные точки, и поэтому этот подход является более точным. Включение всех точек в расчет достигается за счет сплайн-аппроксимации экспериментальных данных. Однако этот метод имеет и недостаток, который заключается в том, что нельзя получить аналитическое выражение, а значит, и нельзя проанализировать полученный результат. Расчет же по формулам (10) и (11) позволяет провести анализ результата, но менее точный, так как эти формулы основаны на грубой аппроксимации кривой намагничивания.

Возвращаясь к решению (10) и (11), заметим, что несмотря на простоту формул, проводить по ним вычисление затруднительно. В связи с этим получим грубую оценку максимальных значений токов

i ₁ и i₂. Максимальное значение i ₁ на рабочем участке достигается при таком t, которое является корнем уравнения

                                      (13)

Приблизительно вычислить первый корень уравнения (13) можно следующим образом. Из таблицы 1 определяем дифференциальную магнитную проницаемость на рабочем участке кривой намагничивания

Замерить индукцию на участке насыщения очень трудно, так как пусковые токи для мощных силовых трансформаторов составляют сотни ампер, и поэтому необходимо замерять индукцию именно при этих значениях токов. Поступим следующим образом. Экстраполируем участок, соответствующий большим значениям магнитного поля, прямой линией так, чтобы она явилась продолжением начального участка кривой намагничивания. Такую прямую линию можно построить, если выбрать μ

2=0,0000164. Допустимость такой аппроксимации должны показать конкретные замеры пусковых токов и сравнения их с теоретическими вычислениями.

В большинстве практических случаев выполняется условие ωL1 >>r, что дает:

                                           (14)

но cosΨ

1=r/x₁ <<1, тогда Ψ1≈π/2

Из (13) следует, что cos(ω t-Ψ₁)≈0, и тогда имеем ω t-Ψ₁=π/2, откуда следует

t = π/ω. (15)

С учетом (15) из формулы (10) получим максимальное значение тока i ₁:

                            (16)

Второе слагаемое в (10) определяет установившееся значение тока. Его амплитудное значение будет равно:

Таким образом, на рабочем участке кривой намагничивания максимальное и установившееся значения токов отличаются в два раза. Дадим численную оценку установившегося значения тока:

  (18)

В соответствии с (16) i _1max = 2i ₁= 2×0,060 = = 0,120 А. Для качественной оценки этой величины следует определить допустимое значение тока намагничивания. Допустимый ток (i₀) вычисляется как ток, соответствующий точке перегиба на кривой намагничивания:

                           (19)

И если i _1max > i₀, то переходный процесс в трансформаторе будет протекать с большими токами.

Для вычисления пикового значения переходного тока необходимо найти магнитную индукцию для рабочего участка кривой намагничивания. Воспользуемся дифференциальным уравнением (1), переписав его в виде

                                             (20)

Подставим в (20) выражение для тока из (10) и проинтегрируем. Тогда получим

                    (21)

Принимая во внимание условие ωL₁>>r и рассуждения, сделанные при выводе соотношения (16), получим:

                                                              (22)

Учитывая, что участок насыщения на кривой намагничивания достаточно линейный, на основании определения дифференциальной магнитной проницаемости можно записать:

                                                              (23)

Выберем приращение для индукции и напряженности магнитного поля в виде

Подставим значения из (24) и (25) в (23), получим:

                                           (26)

На участке насыщения кривой намагничивания для напряженности магнитного поля имеем H = Wi₂/l, а на рабочем участке — b = hμ₁. Подставим последние выражения в (26). В результате элементарных преобразований будем иметь:

                              (27)

Полученное выражение для тока i₂позволяет грубо оценить пиковое значение переходного тока силового трансформатора при включении его в сеть с синусоидальным напряжением, когда фаза напряжения проходит через нуль (самый неблагоприятный случай). Анализируя зависимость (27), можно заметить, что на величину пускового тока наиболее сильное влияние оказывает количество витков первичной обмотки трансформатора. Увеличение сечения керна также приводит к уменьшению тока, но в меньшей степени. Еще в меньшей степени на пусковой ток влияет длина средней магнитной линии. Все это говорит о том, что на величину пускового тока можно влиять через эти параметры.

Следует заметить, что формула (27) записана для участка насыщения, на котором выполняется неравенство В>b, и если оно нарушается, то можно получить отрицательные значения тока. Физически это будет означать, что пусковой ток силового трансформатора не превышает допустимый ток и поэтому весь переходный процесс укладывается на рабочем участке кривой намагничивания. Другими словами, i₂ = 0.

Для выбранного нами трансформатора рассчитаем пик пускового тока i₂по формуле (27):

Таким образом, при включении силового трансформатора в сеть может возникнуть всплеск тока более 100 ампер. Точный расчет токов по формулам (10) и (11) дает i ₂ = 100 A, что на 17% ниже. Это расхождение с точным расчетом будет тем меньше, чем сильней выполняется неравенство ωL₂>>r, но для грубой оценки этого вполне достаточно.

Сравнение расчетов токов по формулам (10), (11) и расчета этих же токов, но через дифференциальное уравнение (4) с использованием численных методов и сплайн-аппроксимации кривой намагничивания, показало, что оба метода расчета дают очень близкий результат. В области больших токов результаты вычисления обеими методами практически совпадают. В области малых токов есть расхождения, которые связаны с неточным воспроизведением формы намагничивающего тока. Это расхождение определяется отклонением начального участка кривой намагничивания от прямой линии. Таким образом, можно с успехом использовать оба метода расчета.

Ниже произведены расчеты переходных процессов в трансформаторах с различным числом витков. Расчеты произведены через решение дифференциального уравнения (4) с использованием численного метода Рунге-Кутта 4-5-го порядка.

Из графика на рис. 2 видно, что трансформатор с первичной обмоткой в 275 витков имеет пусковой ток около 100 А. На этом же рисунке можно проследить, как влияет изменение количества витков первичной обмотки на пусковой ток.

Рис. 2. Пусковой ток силового трансформатора для различного числа витков первичной обмотки

Кривая тока переходного процесса представлена на рис. 3. Из данного графика видно, что максимальный ток достигает 100 А. Этот же график позволяет оценить и постоянную времени переходного процесса.

На рис. 4 представлен график установившегося тока. Установившийся ток рассчитан для случая, когда начальная фаза сети равна π/2. В этом случае включение силового трансформатора проходит без переходных процессов, что видно из рис. 4. На этом же рисунке просматривается нелинейный характер тока намагничивания.

Рис. 4. Ток установившегося режима, φ=π/2

Для подтверждения теоретических вычислений проводились испытания с несколькими силовыми трансформаторами. Включение трансформаторов проводилось на напряжение 220 В при нулевой фазе. Результаты испытаний приводятся в таблице 2.

 

1. Увеличение числа витков и сечения керна магнитопровода приводит к снижению пускового тока трансформатора. Увеличение числа витков вдвое уменьшает пусковой ток до величины, не превышающий номинальное значение тока холостого хода. Однако указанные меры приводят к увеличению потерь в проводах обмоток и стали сердечника, а также к увеличению массогабаритных показателей силового трансформатора и его стоимости.
2. Наиболее эффективным способом уменьшения пускового тока является обеспечение подключения силового трансформатора к питающей сети в момент достижения максимального мгновенного значения напряжения, то есть при φ=π/2

Литература

1. Касаткин А. С, Немцов М. В. Электротехника. М.: Высшая школа, 2000.

Пусковой ток трансформатора | Tameson.com

Рис. 1: Трансформатор

Пусковой ток трансформатора — это мгновенный ток, потребляемый первичной обмоткой трансформатора, когда трансформатор первоначально находится под напряжением, а вторичная обмотка остается разомкнутой. Пусковой ток, также называемый пусковым током намагничивания, носит переходный характер и существует всего несколько миллисекунд. Пусковой ток в два-десять раз превышает стандартный номинальный ток трансформатора. В этой статье обсуждается основное определение пускового тока трансформатора, его причины, последствия и способы устранения.

Содержание

• Что такое пусковой ток трансформатора
• Причина пускового тока трансформатора
• Как рассчитать пусковой ток трансформатора
• Как измерить пусковой ток трансформатора
• Влияние пускового тока трансформатора
• Как уменьшить пусковой ток трансформатора
• Часто задаваемые вопросы

• Автотрансформатор

• Постоянное напряжение

• Трансформатор тока

• Трансформатор безопасности

• Однофазные трансформаторы

• Трехфазные трансформаторы

• Трансформаторы напряжения

Что такое пусковой ток трансформатора

Пусковой ток трансформатора — это мгновенный ток, потребляемый первичной обмоткой трансформатора, когда трансформатор находится под напряжением, а вторичная обмотка остается разомкнутой. Вторичная обмотка трансформатора питается только магнитным потоком от первичной обмотки. Следовательно, во вторичных обмотках (следовательно, разомкнутых на очень короткое время) ток отсутствует в момент подачи питания на первичную обмотку трансформатора.

Пусковой ток не вызывает постоянной неисправности трансформатора. Тем не менее, это вызывает нежелательное переключение автоматического выключателя (электрический выключатель, предназначенный для защиты электрической цепи от повреждений, вызванных коротким замыканием или перегрузкой по току).

При пусковом токе максимальное значение, достигаемое магнитным потоком, более чем в два раза превышает нормальный поток. Величина пускового тока (рис. 2, обозначенная буквой А) в 2-10 раз больше, чем ток полной нагрузки трансформатора (рисунок 2, обозначенный буквой В). Тороидальные трансформаторы, в которых используется меньше меди при той же мощности, могут иметь пусковой ток, в 60 раз превышающий рабочий ток.

Рис. 2. Пиковый ток трансформатора (A) и установившийся ток (B)

Как рассчитать пусковой ток трансформатора

Используйте следующее уравнение для расчета пускового тока трансформатора:

Ip = 1,414 Вм / R

• Ip: Пусковой ток трансформатора
• Vm: Пиковая величина приложенного напряжения
• R: Сопротивление обмотки постоянного тока

Пример

Для расчета пускового тока трансформатора мощностью 100 кВА, 440 В с сопротивлением обмотки постоянного тока 0,5 Ом:

• Вм = 440В
• R= 0,5 Ом
• Следовательно, Ip = (1,414 × 440) / 0,5 = 1244,3 Ампер

Ток полной нагрузки трансформатора = (кВА × 1000) / Vm = 227A.

Таким образом, пусковой ток трансформатора примерно в шесть раз превышает ток полной нагрузки.

Как измерить пусковой ток трансформатора

Токоизмерительные клещи можно использовать для измерения пускового тока в трансформаторе. Токоизмерительные клещи измеряют ток через устройство без физического контакта. Бесконтактная функция обеспечивает безопасную работу при измерении очень высоких токов, которые в противном случае могут быть опасны для пользователя. Прочтите нашу статью о том, как использовать токоизмерительные клещи для получения дополнительной информации.

Причина пускового тока трансформатора

Когда переменное напряжение подается на трансформатор, вторичная обмотка которого разомкнута, устройство действует как простая индуктивность. Ток проходит через первичную обмотку, когда трансформатор питается переменным напряжением. Согласно закону индукции Фарадея, ток создает вокруг первичной обмотки магнитный поток. Магнитодвижущая сила (МДС) управляет потоком через сердечник, и ее величина пропорциональна току через обмотку. ММФ определяется:

МДФ = N × I

• MMF: Магнитодвижущая сила
• N: Количество витков
• I: Ток обмотки

Часть магнитного потока проходит через сердечник и соединяется со вторичной обмоткой за счет взаимной индукции, вызывая протекание тока на вторичной стороне. Прочтите нашу статью об электрических трансформаторах для получения дополнительной информации о том, как работают трансформаторы.

Скорость изменения магнитного потока в сердечнике трансформатора пропорциональна мгновенному падению напряжения на первичной обмотке.

V = dɸ / dt

ɸ = Интеграл (V)

• В: Приложенное переменное напряжение
• ɸ : Создаваемый магнитный поток

В постоянно работающем трансформаторе МДС пропорциональна току обмотки. Поскольку поток пропорционален МДС, ток и поток остаются в фазе друг с другом. Поскольку в катушке индуктивности напряжение опережает ток на 90 градусов, можно сделать вывод, что напряжение опережает магнитный поток на 90 градусов (или четверть периода), как показано на рис. 3.9.0003

В соответствии с волнами, показанными на рис. 3, в момент, когда напряжение (рис. 3, обозначенное V) равно нулю, соответствующее установившееся значение потока (рис. 3, обозначенное F) должно быть отрицательным максимальным (т. е. минимальным значением) . Но нет потока, связанного с сердечником трансформатора до включения питания. Практически невозможно иметь поток в момент включения питания. Стационарное значение потока не может быть достигнуто мгновенно и требует ненулевого времени.

Рис. 3. Поток (F) начинается с отрицательного пика, когда приложенное напряжение (V) начинается с нуля

Следовательно, если трансформатор включается в момент, когда напряжение равно нулю, волна потока начинается с того же начала, что и форма волны напряжения, как показано на рисунке 4. Значение потока в конце первой половины формы волны напряжения цикл можно рассчитать, используя:

• ɸmax: Максимальный создаваемый магнитный поток
• E sin⍵t: Переменное напряжение на первичной стороне
• E: Величина приложенного напряжения
• ⍵t: Фаза приложенного напряжения

Сердечник трансформатора насыщен выше максимального установившегося значения магнитного потока (рис. 4, обозначенный B). Сердечник становится насыщенным после максимального значения потока, и ток, необходимый для создания остального потока, очень высок. Поэтому первичная обмотка трансформатора потребляет очень высокий пиковый ток от источника, известного как пусковой ток трансформатора (рис. 4, обозначенный A) или пусковой ток намагничивания трансформатора. Этот переходный ток существует в течение нескольких миллисекунд, после чего он успокаивается.

Пусковой ток трансформатора существует в течение очень короткого времени; следовательно, этот ток не вызывает постоянных повреждений трансформаторов. Однако это мешает работе цепей, подключенных к трансформатору, вызывая ненужные переключения и скачки напряжения.

Рис. 4. Пусковой ток трансформатора (A), максимальный генерируемый поток (B) и приложенное переменное напряжение (C)

Влияние пускового тока трансформатора

1. Высокий пусковой ток намагничивания в трансформаторе требует увеличения номинала автоматических выключателей или предохранителей .
2. Введение искажений и шума обратно в основной источник питания.
3. Дугообразование (переход электрического тока с одного соединения на другое) и выход из строя компонентов цепи, таких как переключатели.
4. Прервана работа предохранителя.
5. Токовые помехи и гармоники в системе и более низкие характеристики качества электроэнергии.
6. Неравномерное распределение напряжения по обмоткам трансформатора.
7. Механические и электрические вибрации в обмотках трансформатора.

Как уменьшить пусковой ток трансформатора

Следующие методы могут уменьшить пусковой ток в трансформаторе:

Регулировка фазы входного напряжения

Пусковой ток трансформатора возникает, если переменное напряжение, достигающее первичной обмотки трансформатора, начинается с нуля, когда трансформатор находится под напряжением. Если фаза входящего напряжения начинается с 90 градусов (максимальная амплитуда), соответствующее значение тока будет равно нулю, поскольку ток отстает от напряжения на 90 градусов в индукторе. Следовательно, регулировка фазового угла входного напряжения для достижения положительного пикового значения первичной обмотки трансформатора является жизнеспособным решением, как показано на рис. 5.

Однако пусковой ток длится всего несколько миллисекунд, и трансформаторы физически рассчитаны на механические нагрузки от пускового тока. Регулировка фазового угла приложенного напряжения для уменьшения пускового тока обычно не требуется или экономически нецелесообразна. Простое решение — использовать фазометр для контроля фазы входящего напряжения и подавать напряжение на трансформатор только тогда, когда оно имеет максимальное значение. Переключение питания в нужный момент может уменьшить величину переходного пускового тока.

Рис. 5: Поток (F) начинается с нуля, когда приложенное напряжение (V) начинается с положительного пика

Используйте схему защиты от пускового тока

Термисторы можно использовать для ограничения высокого пускового тока в трансформаторе. Термистор имеет очень высокое сопротивление при температуре окружающей среды и низкое сопротивление при высоких температурах. Термистор подключается последовательно с входной линией питания. Таким образом, когда устройство включено, высокое сопротивление ограничивает протекание пускового тока в систему. Поскольку ток течет непрерывно, температура термистора повышается, что значительно снижает сопротивление. Следовательно, термистор стабилизирует пусковой ток, позволяя постоянному току течь в цепь.

Таким образом, регулировка фазы входного напряжения или добавление схемы защиты к трансформатору может уменьшить бросок пускового тока, как показано на рис. 6.

Рис. 6: Пусковой ток (A) и уменьшенный пусковой ток (B)

Часто задаваемые вопросы

Что такое пусковой ток трансформатора?

Пусковой ток трансформатора описывает всплеск тока, возникающий при первоначальном включении трансформатора.

Что вызывает пусковой ток трансформатора?

Когда трансформатор находится под напряжением, трансформатор может потреблять большой пусковой ток из системы из-за того, что магнитный поток в сердечнике не совпадает по фазе с приложенным напряжением.

Как долго длится пусковой ток трансформатора?

Пусковой ток трансформатора носит переходный характер и может длиться до нескольких миллисекунд.

• Автотрансформатор

• Постоянное напряжение

• Трансформатор тока

• Трансформатор безопасности

• Однофазные трансформаторы

• Трехфазные трансформаторы

• Трансформаторы напряжения

Пусковой ток трансформатора

Пусковой ток определяется как форма перегрузки по току, которая возникает после включения трансформатора и представляет собой большой переходный ток, вызванный насыщением магнитного сердечника трансформатора в течение неполного цикла. Для силовых трансформаторов величина пускового тока первоначально в 6-10 раз превышает номинальный ток нагрузки.

При включении трансформатора с первичной обмотки при разомкнутой вторичной цепи он действует как простая индуктивность. Когда силовой трансформатор работает нормально, поток, создаваемый в сердечнике, находится в квадратуре с приложенным напряжением.

Волна потока достигнет максимального значения, через 1/4 цикла или угла π/2 волна напряжения достигнет максимального значения. Согласно волнам, показанным на рисунке ниже, в момент, когда напряжение равно нулю, соответствующее установившееся значение потока должно быть отрицательным максимумом.

Но на самом деле при подаче питания на трансформатор не может быть потока. Это связано с отсутствием потока, связанного с сердечником до включения питания.

Стабильное значение потока не будет достигнуто немедленно. Хотя на наш взгляд процесс очень быстрый — занимает разное количество времени. Скорость этого процесса зависит от того, насколько быстро цепь может потреблять энергию.

Основная причина в том, что скорость передачи энергии в цепь не может быть бесконечной. Следовательно, поток в сердечнике также будет начинаться с нулевого значения в момент включения трансформатора. Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея:

Напряжение, индуцированное на обмотке, рассчитывается как:  e = dφ/dt.

Где φ — поток в сердечнике. Следовательно, поток будет интегралом волны напряжения, который можно рассчитать по следующей формуле:

Если трансформатор включается в момент нулевого напряжения, волна потока инициируется из того же источника, что и напряжение осциллограммы, значение потока в конце первого полупериода осциллограммы напряжения можно рассчитать, используя:

 

Где φ _м — максимальное значение стационарного потока. Сердечник трансформатора обычно насыщается чуть выше максимального установившегося значения магнитного потока. Но в нашем примере при включении трансформатора максимальное значение потока подскочит в два раза по сравнению с установившимся максимальным значением.

После установившегося максимального значения потока сердечник становится насыщенным, и ток, необходимый для создания остального потока, очень высок. Таким образом, первичная обмотка трансформатора будет потреблять от источника очень высокий пиковый ток. Это известно как Пусковой ток трансформатора или Пусковой ток намагничивания трансформатора.

Намагничивающий Пусковой ток в трансформаторе – это ток, потребляемый трансформатором, когда трансформатор находится под напряжением. Этот ток носит переходный характер и существует в течение нескольких миллисекунд. Пусковой ток может быть до 10 раз выше нормального номинального тока трансформатора.

Несмотря на большую величину пускового тока, в трансформаторе не обнаружено постоянной неисправности из-за малого времени существования.

Но в силовом трансформаторе по-прежнему присутствует пусковой ток, что является проблемой, так как мешает функционированию цепей, для которых они предназначены.

Имеются некоторые последствия сильного пускового тока, такие как перегорание плавкого предохранителя или выключателя, а также искрение и выход из строя компонентов первичной цепи, таких как переключатели.