Копилка

Переходный режим короткого замыкания вторичной обмотки.
Такой режим возникает при внезапным коротким замыканием вторичной обмотки накоротко при при условии, что первичная обмотка находится под нормальным напряжением.
По прошествии переходного режима оно переходит в фазу установившегося короткого замыкания.

Начальная сила тока короткого замыкания зависит от момента короткого замыкания относительно фазы напряжения на первичной обмотке.

1) Если короткое замыкание происходит в момент пика ЭДС на первичной обмотке, когда суммарный магнитный поток трансформатора проходит через нулевое значение. В таком случае ток в обмотках получает сразу же то значение, которое он имеет при установившемся режиме короткого замыкания. Как мы уже говорили поток от вторичной обмотки при этом вытесняется в поток рассеяния и его фаза противоположена фазе первичного потока.



2) Если короткое замыкание происходит в момент 0 ЭДС на первичной обмотке, когда суммарный магнитный поток трансформатора имеет максимальную амплитуду. Замыкание произошло в момент максимальной амплитуды потока, и согласно закону Ленца, вторичная обмотка будет стремиться сохранить этот поток и в последующие моменты времени - то есть сопротивляться его изменению. Однако сам суммарный поток с течением времени уменьшается до его значения его при установившемся коротком замыкании. Так вот это уменьшение будет компенсироваться увеличением напряженности поля рассеяния вторичной обмотки. Наибольшее значение поток рассеяния вторичной обмотки получит в момент, когда поток в сердечнике станет равен 0. И этот момент наступит спустя полупериода (180) питающего напряжения. Магнитный поток , а с ним и ток во вторичной обмотке перестанут пересекать 0 линию и станут пульсирующими одного знака. В этом можно увидеть некоторую аналогию с переходным режимом включения трансформатора в сеть. Как и в тот раз кривую вторичного тока можно представить как суперпозицию номинального тока короткого замыкания и постоянного тока смещения, равного по амплитуде току установившегося короткого замыкания. Теоретичеки ток короткого замыкания, происшедшего в момент 0 входной ЭДС превышает ток установившегося короткого замыкания в 2 раза.



Скорость спадания ассиметрии тока будет существенно выше, чем в случае переходного процесса при подключении трансформатора к сети.
И как и раньше наличие сердечника лишь усиливает эффект. Почему так происходит было описано в предыдущем посте. В зависимости от конструктивных особенностей трансформатора, влияющих на величину потоков рассеяния, бросок тока может достигать значений в 10-15 раз превосходящих ток от номинальной нагрузки.

Практикум. Часть1.
Давайте посмотрим на реальные осциллограммы.
Будем испытывать вот такой трансформатор.



Первичная и вторичная обмотки будут расположены на разных кернах.
Такая конструкция в дальнейшем упростит нам изучение распределения поля по сердечнику.
Пропустим осциллограммы установившегося режима ХХ и режима активной нагрузки.
Режим установившегося КЗ посмотрим немного позднее, когда попробуем смотреть поля рассеяния.
А сейчас взглянем на режим подключения трансформатора с разомкнутой вторичной обмоткой (режим ХХ) к источнику ЭДС 220В 50Гц.

Схема стенда.



Далее приведены осциллограммы подключения трансформатора к сети в противоположный фазах.





Первое на что бы я хотел обратить внимание это несинусоидальная форма тока в первичной обмотке.
Подробное объяснение этому феномену можно найти на страницах 65-69 книги проф. Холуянова.
Здесь же приведем только вывод: Для того, чтобы магнитный поток трансформатора с железом был синусоидальным, намагничивающий его ток должен быть несинусоидальным и содержать в основном третью и пятую гармоники (150 и 250Гц).
Более подробно поведение динамики намагничивающего тока при подключении трансформатора в разных фазах смотрим в видео.

Практикум. Часть 2
Ну а теперь - поехали! (из анекдота про резиновый автобус)

Сегодня мы закончим изложение, на первый взгляд, скучных основ и приступим к вещам более интересным, но менее согласующихся с точкой зрения ортодоксальной физики.
Хотя и в том что уже изложено, есть целый ряд моментов, на которые стоит обратить пристальное внимание.
И еще - я рассчитываю на активную и конструктивную позицию читателей.
С этого момента начинается то, что требует осмысления.

Исходные: трансформатор тот же, схема стенда - та же, вторичная обмотка нагружена на лампу 100Вт.
Обнаружено : несоответствие результатов измерений теоретической модели, описанной в учебниках.
Суть эффекта: величина броска тока при включении первичной обмотки трансформатора на замкнутом стальном сердечнике в сеть, зависит от комбинации фаз отключения трансформатора от сети в предыдущий раз и фазы включения в текущий раз. Важно именно взаимное сочетание этих двух параметров.

Результаты.





То же самое, но в динамике.


Литература
Magnetic Current Ed Leedskalnin
Усовершенствованный алгоритм отстройки от бросков тока намагничивания. Журнал "Релейщик" 03.2009

maxsys пишет: А можно сделать так что бы в первичке ток не отставал ? например кондесатором И будет ли на разхождение между током и напряжением на первички, влиять нагрузка на вторичке ?

Транс с лампой 100Вт во вторичке


Подвинуть Вам фазу... Да не проблема! Так что ли?


Вуаля

Практикум. Часть 3
Скрипач - не нужен. (с) Кин Дза Дза

Зададим глупый вопрос: а зачем вообще трансформатору вторичная обмотка?
Ну понятно, что для гальванической развязки - это да.
А еще ? Вот есть автотрансформаторы. И понижающие и повышающие.
Вы скажете там одна обмотка? Ну и что ??????
Скажете, что напряжение идет напрямую из сети? А вот и нет

Просто в автотрансформаторе обмотка и первичная и вторичная одновременно.
Представляете как "просто" теперь будет детально описать его работу?
Но если хотим разобраться в работе трансформатора - то придется.

А пока посмотрите очередное кино ....

Анатомия "пупырышка". Часть 1

На предыдущих осциллограммах, Вы все наверное видели выброс тока на кривой потребления первички трансформатора, происходящего после подключения обмотки к сети. Один из моих знакомых окрестил этот артефакт метким, как мне кажется кодовым именем: "пупырышек"
Данный обьект, как оказалось, обладает рядом крайне занимательных свойств, которыми я хочу поделиться с Вами.

Вот он, этот коварный тип гражданской наружности! (с) почтальон Печкин.

Для эксперимента мы берем все тот же трансформатор,описанный ранее.
Для снятия кривых тока был применен щуп с датчиком на основе эффекта Холла - Hantek CC-65 .

Как мы видим, появляется "пупырышек", в месте предназначенном классической теорией для всплеска тока намагничивания сердечника (что это собственно за фрукт, классическая теория объясняет крайне расплывчато, но об этом потом).

Давайте заново посмотрим осциллограмму подключения первички к сети в режиме ХХ.


Видим монополярные всплески тока потребления. Направление всплесков определяется, как мы уже выяснили, комбинацией направления тока в точках отключения и последующего подключения первички к сети. Огибающая амплитуды спадает по гиперболе, и через время измеряющееся несколькими секундами, переходит в установившийся ток ХХ. Максимальная амплитуда, как видим, порядка 200мА.

Теперь немного модифицируем эксп - подключим активную нагрузку, лампу 100Вт, параллельно первичке трансформатора.
Схема экспа.


Естесвенно сразу же возникнет второй замкнутый контур из сети и нагрузки, и мы сразу увидим ток в цепи нагрузки.
Все по Кирхгофу.

Осциллограмма всех доступных для контроля токов в системе, так как должно быть.


Однако есть еще кое что...
Если мы посмотрим на потребление в цепи превички, мы придем в некоторое недоумение - там появились выбросы тока потребления с амплитудой порядка 4А. Превышение максимума броска при ХХ в 27раз ... Солидная цифирь однако...
Попробуем увидеть причину этого "феномена".

Осциллограмма всех доступных для контроля токов в системе, так как есть.

Анатомия "пупырышка". Часть 2

С активными методами похоже не удалось... а жаль... Ну да ладно!
Попробуем сами разобраться в условиях возникновения "пупырышка".

Для этого соберем вот такую схему.

Как Вы видите в ней добавился ключ, коммутирующий нагрузку.

Сначала попробуем вот так.

Как видите, выброс не возникает, хотя все фазовые соотношения из предыдущих опытов соблюдены.

А если вот так?

Вау, он появился! Что же произошло?
А произошло следующее: мы включили нагрузку немного раньше момента отключения первички трансформатора от сети - и "пупырышек" тут как тут.

Предварительный вывод - отключение нагрузки от первички трансформатора в период времени, когда на первичку не подано напряжение питания, приводит к блокировке возникновения выброса тока при включении.
То есть отключение нагрузки в этот промежуток времени, что то необратимо меняет в системе.


Смотрим все то же самое, но в динамике.

Схема эксперимента.


Изучаем ток в цепи нагрузки, в период времени когда первичка отсоединена от сети.
Осциллограмма тока в нагрузке в случае постоянного соединения нагрузки у первичке.


А теперь на 20мс отключим нагрузку от первички трансформатора посередине интервала времени когда первичка отсоединена от сети. Уже известно что, именно после этого, перестают появляться "пупырышки" на кривой тока.


Как мы видим, ток через нагрузку обрывается ровно в момент отключения нагрузки от первички.

Посмотрим весь процесс в динамике.

Попробуем проверить полученные результаты.
Посмотрим одновременно кривые тока в нагрузке и напряжения на этой нагрузке, из расчета что если токовый датчик врет, то напряжение измеряется напрямую.


А теперь максимально увеличим период, на который первичка отключается от сети.
Это позволит нам посмотреть насколько долго будет продолжаться протекание тока через нагрузку.


Имеем в цепи лампы, после снятия напряжения с первички, долговременный выброс постоянного тока. Он похож на разряд заряженного конденсатора. Попробем прикинуть его емкость.
Начальная амплитуда 20В и 40ма. То есть получается R=500ом. Если ток не обрывать, то он длится примерно 200мс.
Если учесть правильный уровень тау в 37% то оно будет 74мс. И тогда 0.074/500=148мкФ.
Можно было бы считать это выбросом ОЭДС после резкого снятия напряжения с первички.
Но во первых мы не видим выброса пика высокого напряжения, характерного для ОЭДС.
А во вторых отключение нагрузки даже на короткое время, необратимо прекращает процесс протекания тока.
То есть и версия разряда конденсатора и версия броска ОЭДС представляются сомнительными.

Итак имеем.
1) Подключаем нагрузку 100Вт параллельно первичке трансформатора
2) Выбираем фазы отключения первички от сети и последующего ее включения в 0 напряжения на первичке.
3) Выбираем точки выключения и включения так, чтобы направление изменения тока в них было противоположным.
4) При этом имеем резкий бросок потребления тока первичкой трансформатора в 27 раз превышающий ток ХХ и в 8 раз превышающий ток в нагрузке.
5) Если в промежуток времени, когда первичка отключена от сети, мы хотя бы на короткое врем разрываем цепь подключения нагрузки к первичке, то при последующем включении, бросок тока не наблюдается.
6) В промежуток времени когда первичка отключена от сети в цепи нагрузки протекает постоянный ток, спадающий по кривой, подобной кривой разряда конденсатора.
7) Даже кратковременное отключение нагрузки от первички, в промежуток времени, когда первичка отключена от сети, вызывает прекращение протекания постоянного тока в ней, который не восстанавливается при последующем подключении нагрузки.

по поводу того что это ОЭДС.
Если это и она, то паралельно с ней таки происходит еще один процесс - "сброс раскрутки" базового потока сердечника.
Потому как четко зафиксировано, что сброс полностью убирает рождение всплеска тока при включении.
То есть теряется зависимость фаз выключения и включения. Даже если ток в них разнонаправленный - всплеска нет.
А это значит сердечник перестал "хранить" память о фазе выключения.
И вот этот факт не позволяет ограничить все только ОЭДС.

Попробуем выяснить как зависит "сброс" протекания тока от длительности импульса отключения нагрузки.





Как видно, 5мс разряжают "емкость" практически до 0, а вот меньшие длительности делают это лишь частично.