راهنمای جریان هجومی در ترانسفورماتورهای حلقوی

جریان هجومیموج کوتاه و{0}}بالای جریان الف استترانسفورماتور حلقویدر لحظه روشن شدن آن را می کشد و تنها برای چند میلی ثانیه می تواند به 10 تا 30 برابر جریان نامی برسد.

این راهنما توضیح می دهد که چرا این اتفاق می افتد، چگونه اشباع ترانسفورماتوروجریان هجومی مغناطیسیمرتبط هستند، نحوه اجرایمحاسبه جریان هجومیبرای تخمین زدناوج جریان هجومی، و کدامترانسفورماتور شروع نرمتکنیک ها و مدارهای حفاظتی طرح های حلقوی را برای تجهیزات متصل ایمن نگه می دارند.

I. چه چیزی باعث جریان هجومی در ترانسفورماتورهای حلقوی می شود؟

جریان هجومی یک وضعیت خطا نیست - این یک پیامد طبیعی- فیزیکی است که چگونه یک هسته ترانسفورماتور به تغییر ناگهانی ولتاژ اعمال شده پاسخ می‌دهد.

هنگامی که یک ترانسفورماتور دقیقاً در لحظه ای که شکل موج AC از صفر عبور می کند، روشن می شود، و هیچ شار باقیمانده ای در هسته وجود ندارد، شار مغناطیسی باید از صفر به مقدار کامل عملیاتی خود در نیمه اول- تبدیل شود.

از آنجایی که پس از شروع اشباع شدن مواد، شار و جریان در هسته ارتباط خطی ندارند، ترانسفورماتور عملاً مانند یک سیم پیچ کوتاه-برای چند میلی ثانیه رفتار می کند و جریانی بسیار بیشتر از بار نامی خود می کشد.

ترانسفورماتورهای حلقوی به دلیل دو ویژگی ساختاری، بیشتر از طرح‌های لایه‌بندی شده (EI-هسته) مستعد این هستند:

الف بدون شکاف هوا در مسیر مغناطیسی

هسته حلقوی حلقه‌ای پیوسته و بدون شکاف است که به آن کارایی عالی و{0}}بدون تلفات بار - کم می‌دهد، اما همچنین به این معنی است که تمایل بسیار کمی برای محدود کردن سرعت افزایش شار وجود دارد. در یک هسته شکاف، شکاف هوا مقداری از انرژی مغناطیسی اولیه را جذب می کند. در یک توروئید، تقریبا هیچ یک از آن جذب نمی شود، بنابراین سنبله فعلی تیزتر و بالاتر است.

ب هندسه سیم پیچ فشرده

سیم پیچ حلقویبه طور مساوی در اطراف کل محیط هسته توزیع می شوند که باعث کاهش اندوکتانس نشتی می شود. اندوکتانس نشتی معمولاً به عنوان یک محدود کننده جریان طبیعی در هنگام روشن کردن- عمل می کند، بنابراین اندوکتانس نشتی بسیار کم ترانسفورماتور حلقوی یکی از معدود مواردی را که در غیر این صورت میخ هجومی را نرم می کند، حذف می کند.

ج نقطه-روشن-سوئیچینگ موج

اگر ترانسفورماتور در نزدیکی پیک ولتاژ متناوب به جای تقاطع صفر روشن شود، شار باقیمانده و لحظه ای می تواند به طور سازنده اضافه شود و هسته را به عمق اشباع سوق دهد و بدترین-رویداد هجومی را ایجاد کند. این سناریویی است که مهندسان هنگام طراحی به آن اشاره می کنندترانسفورماتور شروع نرممدارها

II. چگونه اشباع ترانسفورماتور با جریان هجومی مغناطیسی ارتباط دارد؟

اشباع ترانسفورماتورزمانی اتفاق می‌افتد که چگالی شار مغناطیسی هسته به حد اشباع ماده (Bsat) نزدیک می‌شود، معمولاً حدود 1.5 تا 1.8 T برای هسته‌های حلقوی فولاد سیلیکونی. هنگامی که هسته اشباع می شود، نفوذپذیری آن فرو می ریزد، و اندوکتانس مغناطیسی به شدت کاهش می یابد - این دلیل مکانیکی مستقیم استجریان هجومی مغناطیسی.

رابطه بین پیچ های سیم پیچ، چگالی شار و ولتاژ اعمال شده از معادله استاندارد EMF ترانسفورماتور پیروی می کند، که همچنین نقطه شروع برای اندازه گیری صحیح یک هسته برای جلوگیری از مشکلات اشباع مزمن است:

N=E × 106 / (4.44 × f × Ac × B)

کجا:

نمونه کار شده:برای یک ترانسفورماتور حلقوی 230 ولت، 50 هرتز با مساحت هسته 4 سانتی متر مربع و چگالی شار هدف 1.3 T:

N=230 × 106 / (4.44 × 50 × 4 × 1.3) ≈ 199500 / 1154.4 ≈ 1728 پیچ

طراحی نزدیک به حد اشباع، مصرف مس و اندازه هسته را کاهش می دهد، اما خطر جریان هجومی شدید در هر شروع سرد - را نیز افزایش می دهد، به همین دلیل است که سازندگان ترانسفورماتور حلقوی معمولاً به جای فشار دادن هسته به حد مجاز، با حاشیه چگالی شار بسیار کمتر از Bsat طراحی می کنند.

III. چگونه می توان حداکثر جریان هجومی را در ترانسفورماتور محاسبه کرد؟

یکمحاسبه جریان هجومیبه مهندسان یک تخمین عملی برای انتخاب فیوزها، قطع کننده های مدار و اجزای شروع نرم- می دهد. تقریبی که معمولاً استفاده می شود عبارت است از:

I (هجوم، اوج) ≈ [2 × Bsat / (Bsat - Br)] × I (امتیاز)

جایی که Br چگالی شار باقی مانده در هسته از رویداد قطع برق قبلی است (بدترین حالت: قطبیت مخالف ولتاژ اعمال شده جدید).

نمونه کار شده:

I (هجوم، اوج) ≈ [2 × 1.7 / (1.7 − 0.8)] × 5=[3.4 / 0.9] × 5 ≈ 3.78 × 5 ≈ 18.9 A

این نشان می‌دهد که یک ترانسفورماتور دارای نامی برای 5 جریان پیوسته می‌تواند لحظه‌ای به پیک 19 A در سوئیچ-روی - تقریباً چهار برابر جریان نامی خود - نزدیک شود، حتی اگر این رفتار در یک هسته حلقوی بدون شکاف باشد.

مطالعه موردی: تولید کننده تجهیزات صوتی، بازار اتحادیه اروپا

یک سازنده تقویت کننده صوتی اروپایی که از ترانسفورماتورهای حلقوی 500 VA استفاده می کند، خاموش شدن مزاحم مکرر MCB های بالادستی را در طول آزمایش خط تولید گزارش کرده است، حتی اگر ترانسفورماتورها تمام تست های بار استاندارد را گذرانده باشند.

پس از اجرای محاسبه جریان هجومی در بالا، تیم مهندسی دریافتند که اوج هجوم تقریباً 24 برابر جریان نامی - بسیار بالاتر از آن چیزی است که منحنی سفر آنی قطع کننده انتخابی آنها می تواند تحمل کند. تغییر به یک بریکر نوع D و افزودن یک محدود کننده هجوم کوچک NTC بدون هیچ تغییری در خود ترانسفورماتور مشکل را حل کرد.

با مشکلات مشابه یا شکایات هجومی مشتریان خود مواجه هستید؟با تیم مهندسی KIOXIA تماس بگیریدبرای بررسی پارامترهای سیم پیچ خود و کاهش خطر هجوم در مرحله طراحی.

IV. روش های ترانسفورماتور استارت نرم چگونه می توانند جریان هجومی را کاهش دهند؟

A ترانسفورماتور شروع نرممدار سرعت اعمال ولتاژ به سیم‌پیچ اولیه را محدود می‌کند و به شار هسته زمان می‌دهد تا به جای آنی، به تدریج ایجاد شود. با این کار از بدترین-سناریوی اشباع موردی که در بخش I توضیح داده شده است جلوگیری می شود.

الف محدود کننده های هجوم ترمیستور NTC

یک ترمیستور NTC (ضریب دمای منفی) به صورت سری با سیم پیچ اولیه قرار می گیرد. در هنگام سرد بودن مقاومت بالایی از خود نشان می‌دهد و موج اولیه جریان را محدود می‌کند، سپس گرم می‌شود و برای عملکرد عادی به مقاومت کم می‌رسد. این ساده ترین و کم هزینه ترین روش است که در ترانسفورماتورهای تا چند صد VA رایج است.

ب رله های سوئیچینگ صفر-

به جای انرژی دادن به ترانسفورماتور در یک نقطه تصادفی در شکل موج AC، یک -رله متقاطع یا سوئیچ حالت جامد{1}} مدار را فقط زمانی می بندد که ولتاژ از نقطه صفر عبور کند - نقطه ای که در آن خطر هجوم کمتر است، مشروط بر اینکه شار باقیمانده قابل توجهی وجود نداشته باشد.

ج مقاومت شروع نرم-با رله بای پس

یک مقاومت سری، جریان را در چند سیکل اول محدود می‌کند، سپس یک رله کوتاه-مدار مقاومت را پس از تثبیت هسته، مدار (بای پس) می‌کند. این روش به طور گسترده در ترانسفورماتورهای حلقوی بزرگتر (1 کیلو ولت آمپر و بالاتر) استفاده می شود که دستگاه های NTC به تنهایی کافی نیستند.

د قبل{1}}مغناطیس / سوئیچینگ کنترل شده

سیستم‌های صنعتی بالاتر-از دستگاه‌های سوئیچینگ کنترل‌شده استفاده می‌کنند که شار باقی‌مانده را ردیابی می‌کنند و لحظه بسته شدن را برای به حداقل رساندن افست شار - حذف می‌کنند و بدترین-سناریوی هجومی شرح داده شده در بخش I(c) را حذف می‌کنند.

مطالعه موردی: سازنده پنل کنترل صنعتی، آسیای جنوب شرقی

یکپارچه‌ساز پنل کنترل که سیستم‌های HVAC را در سراسر آسیای جنوب شرقی تأمین می‌کرد، در هنگام راه‌اندازی{1} شاهد خرابی‌های متناوب منابع تغذیه 24 ولت DC پایین‌دست بود که به کاهش ولتاژ ناشی از جریان هجومی ترانسفورماتور در همان گذرگاه پانل بازمی‌گردد. افزودن یک مقاومت{3}}و-بای پس-مرحله شروع نرم رله به ترانسفورماتورهای حلقوی 1.5 کیلو ولت آمپری آنها، پیک هجوم را تقریباً 60% کاهش داد و کاهش ولتاژ و بازنشانی منبع تغذیه مرتبط را حذف کرد.

اگر تجهیزات شما بی‌ثباتی{0}راه‌اندازی مشابهی را مشاهده کرد، با تیم ما تماس بگیرید - ما می‌توانیم در مورد پیکربندی‌های سیم پیچی که به خوبی با محافظت شروع- نرم جفت می‌شوند، راهنمایی کنیم.

V. چه روش های حفاظتی در برابر جریان هجومی ترانسفورماتور محافظت می کند؟

فراتر از مدارهای شروع نرم-در خود ترانسفورماتور، طرح حفاظتی اطراف نیز باید رفتار هجومی عادی را بدون خاموش شدن مزاحم تحمل کند:

قطع کننده های مدار دارای رتبه بندی صحیح: منحنی شکن (B، C، یا D) را انتخاب کنید که آستانه سفر آنی آن به راحتی بالاتر از حداکثر جریان هجومی محاسبه‌شده باشد، نه فقط جریان نامی.

آهسته-دمیدن (زمان-تأخیر) فیوزها: اجازه دهید سنبله هجومی کوتاه عبور کند در حالی که همچنان در برابر خطاهای جریان اضافه پایدار محافظت می کند.

راکتورهای محدود کننده فعلی-: امپدانس سری کوچک را جلوتر از ترانسفورماتورهای حلقوی بسیار بزرگ اضافه کنید که در آن اجزای شروع نرم-به تنهایی عملی نیستند.

تعویض پلکانیبرای سیستم‌های چند ترانسفورماتور-: انرژی دادن به ترانسفورماتورها به‌طور متوالی و نه همزمان، مانع از هجوم تجمعی می‌شود که یک قطع کننده بالادست مشترک را خاموش کند.

استانداردهای مرجع مانند IEC 60076-1، ترانسفورماتورهای قدرت - قسمت 1: عمومی و NEMA ST 20، ترانسفورماتورهای نوع خشک برای کاربردهای عمومی، آزمون خط پایه و قراردادهای رتبه‌بندی را ارائه می‌دهند که اکثر مطالعات هماهنگی حفاظت پیرامون آن ساخته شده‌اند، و ارزش ارجاع را هنگام تعیین هماهنگی شکن و فیوز برای نصب ترانسفورماتور حلقوی حلقوی دارند.

VI. انتخاب تجهیزات سیم پیچ ترانسفورماتور حلقوی مناسب

رفتار جریان هجومی تا حد زیادی در مرحله سیم پیچی - اهداف چگالی شار هسته تنظیم می‌شود، دقت شمارش چرخش و توزیع سیم‌پیچ به طور مستقیم بر نحوه واکنش ترانسفورماتور حلقوی در هنگام روشن شدن- تأثیر می‌گذارد. تولیدکنندگانی که خواهان ویژگی‌های هجومی محکم‌تر و قابل پیش‌بینی‌تر هستند، به تجهیزات سیم‌پیچ با قابلیت کنترل دقیق چرخش و کشش ثابت در سراسر سیم پیچ کامل نیاز دارند.

KIOXIAماشین‌های سیم پیچ حلقوی دقیقاً برای این نوع تولید دقیق ساخته شده‌اند، از تعداد چرخش‌های دقیق،-کنترل کشش حلقه بسته، و هندسه سیم‌پیچ قابل تکرار در سراسر تولیدات - پشتیبانی می‌کنند، همه عواملی که به حفظ جریان هجومی در محدوده‌ای قابل پیش‌بینی{2}}طراحی کمک می‌کنند. برای سازندگانی که ترانسفورماتورهای حلقوی با حجم تولید می کنند، تیم ما می تواند در مورد پیکربندی دستگاه متناسب با اندازه هسته و مشخصات سیم پیچ شما مشاوره دهد.

شما ممکن است علاقه مند باشید:

چرا ترانسفورماتورهای با قدرت{0}بالا بیشتر از سیم مسی مسطح به جای سیم مسی گرد استفاده می کنند؟

خرابی ترانسفورماتور حلقوی: علل و پیشگیری

ماشین آلات کلیدی مورد نیاز برای ساخت یک کارخانه ترانسفورماتور نیمه{0} خودکار از ابتدا

نحوه استفاده از ماشین سیم پیچی: راهنمای گام به گام--