Свежие обсуждения
Консультации

Трансформатор

1 2 10

FR1: Что будет если ток превысит значение, которое нужно для получения максимально-возможной индукции сердечника? Что говорит об этом приведенная формула?

Формула вообще ничего не говорит о токе. Индукция определяется только теми параметрами, которые есть в формуле, и никакими другими. Если у Вас трансформатор с фиксированным числом витков первичной обмотки и фиксированной геометрией, индукция зависит только от напряжения сети. И не зависит от нагрузки (в первом приближении).

После того, как известна индукция, можно найти ток первичной обмотки. Ток прямо пропорционален индукции и обратно пропорционален эффективной магнитной проницаемости магнитопровода (ещё, конечно, можно учесть перечитанный на первичную цепь ток вторичной, но в контексте обсуждения насыщения эту составляющую тока проще игнорировать).

Эффективная магнитная проницаемость, в свою очередь, зависит от индукции. Очень нелинейно зависит. Грубо говоря, при превышении определённого порога индукции (около 2 Тл для стали) эффективная магнитная проницаемость уменьшается в сотню - тысячу раз. Соответственно, резко увеличивается ток первичной обмотки с последующим перегревом трансформатора.

Насыщение - это когда индукция превысила критическое для данного материала значение (т.н. индукцию насыщения).

 

Я, наверное, косноязычен, уж простите. Но вы никак не поймете чего я пытаюсь понять.
Все то, что вы сказали в предидущем посте понятно.
Трансформатор имеет фиксированную геометрию и фиксированную нагрузку(или не фиксированное число витков вторички), как сказать по другому не знаю, а так же фиксированное число витков первички.

Единственное, что непонятно, это отсутствие зависимости индукции от тока.

 

индукция и поток -разные вещи...и плоскость там разная...
разные системы координат..
индукция и правда от 2 тока не зависит а вот от ток намагничивания меняется ..
к транса есть параметр Uкз напряжение первички при которой при закороченой 2ке идет пределный ток оно в % от сетевого

 

FR1: Единственное, что непонятно, это отсутствие зависимости индукции от тока.

Это довольно простое следствие из закона электромагнитной индукции (формула отсюда и получена). Напряжение сети должно уравновешиваться индуцированной в первичной обмотке ЭДС по второму закону Кирхгофа. По закону э-м индукции индуцированная ЭДС пропорциональна числу витков и скорости изменения магнитного потока. Отсюда (интегрированием) можно получить, что максимальный поток однозначно определяется напряжением сети, частотой и числом витков. Зная максимальный поток, делим его на площадь сечения и получаем максимальную индукцию (в предположении об одинаковости вектора индукции по всему сечению).

Будет ли Вам понятен детальный вывод, зависит от того, знакомы ли Вы с дифференцированием и интегрированием.

Думал над более простым объяснением, но, кажется, это невозможно; вопрос по сути эквивалентен вопросу "почему формула Link-а верна". Значит, надо объяснять, из каких фундаментальных законов эта формула следует и как именно следует.

 

boo2: Думал над более простым объяснением, но, кажется, это невозможно;

Думаю проблема несколько в другом, многие люди считают что ток проходящий через первичку трансформатора влияет на индукцию и они правы только частично, многие просто не знают что в трансформаторе по сути протекает два тока, первый ток это ток намагничивания, а второй ток это ток связный с током в нагрузке, но в режиме х.х. через трансформатор протекает только ток намагничивания который отображает насыщенность или не насыщенность магнитопровода. И по этой аналогии многие думают что увеличение тока в первичке под действием тока вторички способно привести к насыщению сердечника что не есть правильно. На самом деле если не лесть в дебри ток намагничивания всегда одинаков при любом токе во вторичке, и зависит только от напряжения в сети согласно этого вопроса и той формуле что я привёл.

FR1: Единственное, что непонятно, это отсутствие зависимости индукции от тока.

Она и не зависит от тока, грубо говоря ток зависит от индукции, а не на оборот. И вы не хотите понять самого главного, ток нагрузки никак не влияет на индукцию в сердечнике. Что и описывает формула которую я привёл.

З.Ы.Формула не моя, я её чисто сердечно с учебника списал.

 

Link
Даже услышав про ток намагничивания, вопрос "почему?" можно задавать и дальше. Как мне кажется, объяснение надо сводить к фундаментальным законам, про которые уже нет смысла спрашивать "почему?"

В данном случае, как уже упомянул, можно опираться на два закона:
1) 2-ой закон Кирхгофа
2) Закон э-м индукции: E = -N dФ/dt
Строго говоря, это не совсем фундаментальные законы; и то, и другое - следствие из уравнений Максвелла. Но по крайней мере, задавать вопросы "почему?" про эти законы вряд ли кто-то будет.

Считая что омических потерь в первичной обмотке нет, из 2-ой закона Кирхгофа немедленно следует, что индуцированная в первичной обмотке ЭДС должна быть равна напряжению сети с обратным знаком:
E = -U

С другой стороны, мы знаем, что по закону э-м индукции
E = -N dФ/dt
откуда
U = N dФ/dt
или
dФ/dt = U/N

даже без интегрирования уже ясно, что магнитный поток (а, следовательно, и индукция) зависит только от
U(t) - как функции от времени (!) - и от N.
Тока в этом уравнении нет, ни первичного, ни вторичного; просто потому, что таковы использованные законы физики.

(под Ф, конечно, подразумевается суммарный магнитный поток, как результат суперпозиции потоков от первичной и вторичной обмоток).

 

Link: Для определения индукции в сердечнике со стороны электролитического тока

Электролитический ток в трансформаторе - это круто

 

boo2: Тока в этом уравнении просто нет, ни первичного, ни вторичного; просто потому, что таковы использованные законы физики.

Вот именно... но он то (ток) есть. Объяснять что это за ток будет ещё запутанней и не понятней так как появится вездесущая условно относительная величина магнитной проницаемости сердечника, которая ещё более непонятна чем индукция так как подразумевает ещё одну непонятную величину как напряжённость магнитного поля и в итоге придётся выложить все те формулы которые написаны в учебниках и вопрошающий как и положено в подобных случаях скажет - а я ничего не понимаю так как я вижу ток и я считаю что индукция зависит от величины тока во вторичке, и чхал он на все те формулы которые описывают процессы происходящие в трансформаторе так как он не имеет достаточной базы для восприятия формул и тех величин которыми в этих формулах оперируют .

Всё бы хорошо.... если бы аудитория задающая вопросы прошла курс высшей математики ну и физики в придачу. Человеку который математику знает только по названию предмета сложно что либо показать на формулах, многие люди вообще знак равенства считают некой абстракцией которая относительна и не является строгим равенством т.е. строгой зависимостью величин описанных в выводе формулы. Я это всё к чему, если человек упёрся в свой надуманный эмпирический факт зависимости индукции от тока во вторичке трансформатора, то вывести его из этого ступора "простыми" "фундаментальными" формулами не получится.
Тут пожалуй только эмпирика поможет, т.е. лабораторная работа по исследованию свойств трансформатора, и то многие люди проделав такую работу так и не могут признать некие фундаментальные зависимости, для них трансформатор так и остаётся неким устройством в котором живёт "дух" и он гудит когда на него подают напряжение.

Tadas: Электролитический ток в трансформаторе - это круто

А то. Ток то бывает разный.

 

boo2: Как мне кажется, объяснение надо сводить к фундаментальным законам, про которые уже нет смысла спрашивать "почему?"

Но тем не менее многие по сей день спрашивают почему так, а не иначе, и некоторые из них становятся известными первопроходцами в тайны мироздания. Плох тот студент который слепо верить формулам и законам Фарадея и т.д. и т.п.
Я тот студент который воспринимал формулы на веру, т.е. плохой студент. Только сейчас я понимаю что формулы не показывают всего, а только частично показывают как некие общепринятые величины взаимодействуют между собой т.е. отображают некую упрощённую картину некоего более фундаментального процесса. Пользоваться условностями для обычной жизни куда проще чем пытаться познать фундаментальные основы взаимодействия того же электромагнитного поля, и я пошёл простым путём.

 

О. Только дочитал.

FR1: Но ведь ему не пофиг какой ток протекает в первичной обмотке. И взаимно вычитаются потоки, только до момента насыщения, по моему мнению, а дальше? насыщение возникает не из-за тока вторичной обмотки, а из-за невозможности как раз баланса токов первички и вторички. Это тоже не правильно?

Именно так. Всё это не правильно.
Ток в первичной/вторичной цепи трансформатора ограничен не индукцией насыщения, а активным сопротивлением обмоток и индуктивностью рассеивания, активное сопротивление обмоток и индуктивность рассеивания ограничивает максимально возможную величину тока (мощности) которую можно протолкнуть через трансформатор и только они отвечают за просадку напряжения на выходе трансформатора при уменьшении сопротивления нагрузки. При этом баланс мощности всегда одинаков т.е. магнитные потоки создаваемые для трансформации тока и напряжения (мощности) из первички во вторичку всегда равны и их векторная сумма равна всегда нулю, и никак иначе. Но по мимо взаимно вычитающихся магнитных потоков создаваемые при трансформации мощности существует поток необходимый для противодействия питающему напряжению по закону электромагнитной индукции, поток это всё та же индукция только привязанная к площади, но вот именно этот поток который не трансформирует энергию, точнее не участвует непосредственно в трансформации мощности, именно он отвечает за максимальную индукцию в сердечнике и создаётся он из условий по вышеописанной формуле. Ток в этом процессе не участвует в явной форме и ток х.х. трансформатора это лишь следствие, а не причина, но... по току х.х. первички можно легко видит уходит ли сердечник в насыщение или нет.
В чём причина такой зависимости? Дальше хуже...
Любой провод обладает индуктивностью, но мало кто хочет вникать что отображает индуктивность в целом, а индуктивность так же отображает способность проводника накапливать энергию с помощью магнитного поля
энергия=L*I*I/2, магнитное поле создаётся током протекающим в проводнике, но вот если рядом с проводником расположить ферромагнитный материал то индуктивность проводника увеличится, если ферромагнетик убрать то индуктивность уменьшится. Так вот ферромагнетик "усиливает" магнитное поле создаваемое проводником за счёт того что внутри ферромагнетика есть намагниченные домены которые разворачиваются в нужном направлении и прибавляются к магнитному полю создаваемому проводником при прохождении через проводник электрического тока, до тех пор покуда к магнитному полю проводника будет прибавляться магнитное поле ферромагнитного материала то индуктивность этого проводника будет высокая, т.е. как бы показывает что у меня большие возможности накапливать энергию в магнитном поле. Как только все намагниченные домены в ферромагнетике развернутся по вектору магнитного поля и перестанут прибавляться к полю создаваемому током проводника, так сразу индуктивность проводника будет уменьшатся и стремится к индуктивности проводника в отсутствии ферромагнетика, т.е. показывая что всё, я больше не могу накапливать энергию с помощью магнитного поля ферромагнетика, у меня осталось только свои резервы и только ними я могу далее накапливать энергию, другими словами ферромагнетик перестаёт быть ферромагнетиком и перестаёт помогать проводнику накапливать энергию магнитного поля, этот момент и называют насыщением ферромагнетика, и выражают его через индукцию насыщения.
Так вот, не прибегая к привычной терминологии о магнитной проницаемости я хочу сказать что индукция насыщения сердечника отображает тот момент когда этот сердечник уже неспособен увеличивать магнитное поле создаваемое током проходящим в проводнике, это приводит к снижению индуктивности проводника. К чему приводит уменьшения индуктивности?
В цепях с переменным током индуктивность ограничивает ток не только своим активным но и реактивным сопротивлением, а насыщение сердечника приводит к снижению индуктивности первичной обмотки и как следствие к увеличению тока протекающего через первичку. По этому по току первички в режиме х.х. очень легко увидеть есть ли насыщение сердечника или нет. Но если насыщения нет, то ни какой синусоидальный ток в нагрузке неспособен нарушить величину магнитного потока необходимого для удовлетворения закона электромагнитной индукции.

На само деле всё ещё сложнее и запутанней чем я пытаюсь описать, напряжение которое возникает на обмотках трансформатора на самом деле следствие самоиндукции которая без изменяющегося во времени тока ну ни как не будет работать.
Мда...
Так вот.... вернувшись к началу - индукция насыщения отображает момент когда сердечник неспособен более приращивать магнитное поле и для нахождения этой величины нет нужды учитывать величину тока, достаточно знать напряжение приложенное к обмотке и т.д. и т.п. согласно той формулы, а вот ток который будет протекать через обмотку для создания этой рассчитанной индукции при разном ферромагнитном материале сердечника будет всегда разный но индукция при этом в Sс будет всегда одинакова если попутно при изменении материала сердечника не менять напряжение и частоту, ну и площадь поперечного сечения обмотки.
Вот такая это запутанная штука.

FR1: Максимально простыми словами.

Если сердечник трансформатора влетит в насыщение то перегорит первичная обмотка...
Если мало то добавьте -
так как при насыщении сердечника индуктивность первички уменьшится и вырастет ток протекающий через первчику, ток который по закону джоуля ленца будет нагревать проводник и количество тепла выделяющегося при этом процессе будет намного больше чем трансформатор способен передать окружающей среде, в итоге температура проводника растёт, далее от перегрева плавится или выгорает изоляция витков, витки обмотки начинают сообщатся между собой тем самым уменьшая индуктивность ещё больше, и ток опять ещё больше вырастает, и всё это будет длится о тех пор, покуда не перегорит проводник который оборвёт цепь протекания тока, ну или не сработает автоматический выключатель.

З.Ы.
Знатокам которые знают что индуктивностью принято называть коэффициентом пропорциональности самоиндукции, просьба не беспокоить.