Prąd transformatora: pierwotny vs wtórny + formuły

prąd transformatora: praktyczny przewodnik (ze wzorami i-przykładami ze świata rzeczywistego)

Jeśli kiedykolwiek musiałeś dobrać rozmiar kabla, ustawić przekaźnik ochronny lub dowiedzieć się, dlaczego wyłącznik ciągle się wyłącza, wiesz już, że opanowanie prądu transformatora to wielka sprawa.

Mówiąc najprościej, prąd transformatora to przepływ prądu elektrycznego przepływającego przez uzwojenia. Ale nie zawsze jest to coś stałego. W zależności od tego, co się dzieje, możesz mieć do czynienianormalny prąd obciążenia, strużka-prądu bez obciążenia lub nagły,-bolesny wzrost prądu rozruchowego przy pierwszym włączeniu zasilania.

Wyjaśnijmy sobie od razu jedną rzecz:transformator nie wytwarza prądu.To tylko pośrednik, przekazujący moc pomiędzy obwodami za pomocąindukcja elektromagnetyczna. To, ile prądu faktycznie przepływa, zależy od kilku ruchomych części: napięcia, mocy transformatora (kVA), obciążenia, które na nim jest zawieszone, współczynnika mocy, a nawet własnej sprawności transformatora.

Jeśli jesteś inżynierem, elektrykiem lub technikiem konserwacji, te rzeczy mają znaczenie. Dlaczego? Ponieważ jest on potrzebny do wymiarowania transformatorów, wybierania odpowiednich kabli, projektowania schematów zabezpieczeń i-bądźmy szczerzy-rozwiązywania problemów, gdy coś pójdzie nie tak.

W tym przewodniku będziemy przez to przechodzićprąd pierwotny i wtórny, przekładnia prądowa,-prąd jałowy, prąd znamionowy i ten nieznośny prąd rozruchowy. I tak, dorzucimy kilka praktycznych przykładów obliczeń, żeby to rzeczywiście miało sens.

Każdy transformator ma dwa główne uzwojenia:pierwotny (podłączony do źródła zasilania) i wtórny (podłączony do obciążenia).

Prąd pierwotny (Ip)jest prądem pobieranym z zasilania.

Prąd wtórny (Is)jest prądem dostarczanym do obciążenia.

Oto ogólna zasada: im większy transformator (wyższa kVA), tym większy prąd może wytworzyć. Mniejsze transformatory? Są przeznaczone do lżejszych zadań.

Dla idealnego transformatora (teoretycznie, bez strat) moc wejściowa jest równa mocy wyjściowej:

Gdzie:

V_p​= Napięcie podstawowe

V_s= Napięcie wtórne

I_p​=Prąd pierwotny

I_s​=Prąd wtórny

Oto dlaczego Atransformator obniżający-obniża napięcie, ale zwiększa prąd. Moc pozostaje mniej więcej taka sama, ale różnica w napięciu-prądzie-jest realna.

Zależność między prądem pierwotnym i wtórnym sprowadza się do współczynnika zwojów. Ponieważ napięcie zależy od liczby zwojów w każdym uzwojeniu:

A ponieważ moc jest zachowana (ponownie w idealnym świecie):

Co oznacza również:

Mówiąc wprost: prąd płynie w kierunku przeciwnym do napięcia. Jeśli obniżysz napięcie z 11 kV do 400 V, lepiej jest wierzyć, że prąd wtórny będzie znacznie wyższy niż prąd pierwotny.

Przykład: Obliczanie prądu pierwotnego

Powiedzmy, że mamy transformator z:

Napięcie pierwotne: 10 000 V

Napięcie wtórne: 400 V

Prąd wtórny: 500 A

Prąd pierwotny będzie wynosił:

Więc naciskasz500 A po stronie-niskiego napięcia, ale tylko ciągnąc20 A od strony-wysokiego napięcia. W prawdziwym-transformatorze te liczby zmieniają się nieco ze względu na straty w rdzeniu, straty w miedzi i strumień upływu,-więc moc wejściowa jest zawsze nieco wyższa niż wyjściowa.

Powszechne błędne przekonanie: „Jeśli nie ma obciążenia, transformator nic nie robi”.

Zło. Nadal pobiera niewielką ilość prądu. Nazywa się tobrak-prądu obciążenia(lub prąd ekscytujący/magnesujący). Nawet przy otwartym uzwojeniu wtórnym, uzwojenie pierwotne potrzebuje trochę soku, aby utrzymać strumień magnetyczny w rdzeniu. Część tego prądu wytwarza pole magnetyczne, a reszta pokrywa straty w rdzeniu na skutek histerezy i prądów wirowych.

Ten-prąd jałowy stanowi zazwyczaj niewielką część prądu znamionowego. W przypadku większych, lepiej-zaprojektowanych transformatorów jest ona jeszcze niższa dzięki ulepszonym materiałom magnetycznym i konstrukcji.

Po podłączeniu obciążenia do strony wtórnej prąd wtórny wzrasta w zależności od zapotrzebowania na moc tego obciążenia.

Weźmy na przykład silnik przemysłowy. Prąd, który pobiera, zależy od jegomoc znamionowa, napięcie i współczynnik mocy. Prąd obciążenia można oszacować za pomocą:

Gdzie:

P=Moc obciążenia

V=Napięcie

PF=Współczynnik mocy

W miarę wzrostu obciążenia wtórnego strona pierwotna automatycznie pobiera więcej prądu, aby dopasować. Często się to nazywaodbity prąd, ponieważ zapotrzebowanie na obciążenie wtórne jest „odbijane” z powrotem do obciążenia pierwotnego poprzez indukcję elektromagnetyczną.

Theprąd znamionowyjestmaksymalny prąd ciągłytransformator może bezpiecznie przenosić napięcie znamionowe i moc kVA. Zwykle znajdziesz to natabliczka z nazwiskiemlub oblicz to na podstawie oceny.

Znającprąd pełnego obciążeniama kluczowe znaczenie przy wyborze wyłączników, kabli, szyn zbiorczych lub urządzeń ochronnych. Zbyt długo używaj transformatora powyżej jego prądu znamionowego, a otrzymasz nadmierne nagrzewanie, szybsze starzenie się izolacji i krótszą żywotność.

Jest to jedno z najczęstszych zadań, z którymi możesz się spotkać-przeliczając kVA na ampery. Oto jak to się robi.

Transformator jednofazowy-

Przykład 1: Transformator jednofazowy 5 kVA
Przy 230 V:

Zatem prąd pełnego-obciążenia wtórnego wynosi około 21,7 A.

Transformator trójfazowy-

Gdzie VLLVLL​ to napięcie między-linią-.

Przykład 2: Transformator trójfazowy 50 kVA
Przy 400 V:

Zatem prąd pełnego-obciążenia wynosi około 72,2 A.

Przykład 3: Oblicz prąd pierwotny z prądu wtórnego

Dany:

Napięcie pierwotne: 11 kV

Napięcie wtórne: 415 V

Prąd wtórny: 1000 A

Używając aktualnego współczynnika:

Prąd pierwotny wynosi około 37,7 A.

Prąd rozruchowyto ten nagły, chwilowy wzrost, który pojawia się po pierwszym włączeniu transformatora. Nie trwa to długo, ale może być kilka razy wyższe od prądu znamionowego-i może siać spustoszenie w systemach zabezpieczeń.

Dlaczego tak się dzieje? Kiedy napięcie zostanie przyłożone po raz pierwszy, strumień magnetyczny w rdzeniu może przekroczyć normalny poziom, zwłaszcza jeśli pozostały magnetyzm szczątkowy z ostatniego uruchomienia.

Aby uniknąć tych problemów, inżynierowie zwracają szczególną uwagę na dobór wyłącznika, krzywe czasowe-prądowe, techniki kontrolowanego przełączania iprzekaźnik ochronnyustawienia.

Obydwa mają charakter magnetyczny, ale nie są tym samym:

Czy transformator pobiera prąd bez obciążenia?
Tak. To jest-prąd jałowy, o którym mówiliśmy-, który jest potrzebny do utrzymania strumienia i pokrycia strat w rdzeniu.

Jak obliczyć prąd pierwotny i wtórny?
Skorzystaj z powyższych wzorów na kVA i napięcie. I pamiętajcie o związku:

Dlaczego prąd pierwotny jest niski, gdy uzwojenie wtórne jest otwarte?
Ponieważ nie ma obciążenia wymagającego zasilania. Uzwojenie pierwotne dostarcza jedynie niewielki prąd magnesujący i straty w rdzeniu.

Czy transformator może pobierać prąd większy niż znamionowy?
Tak, ale zazwyczaj tylko na krótko. Tymczasowe przeciążenia mogą być dopuszczalne w zależności od projektu, ale ciągłe przeciążenia to szybka droga do uszkodzenia izolacji i skrócenia żywotności.

Prądy pierwotne i wtórne poruszają się w przeciwnych kierunkach względem napięcia.

Przełożenie prądu jest zgodne ze współczynnikiem zwojów.

Nawet bez obciążenia transformator pobiera pewien prąd.

Prąd znamionowy można obliczyć na podstawie kVA i napięcia.

Najważniejsze formuły do ​​zapamiętania:

Jednofazowa-:

Trzy-fazy:

Prąd rozruchowy jest tymczasowy, ale należy go uwzględnić w projekcie zabezpieczenia.

Solidne wyczucie prądu transformatora to nie tylko kwestia akademicka,-pomaga wybrać odpowiedni sprzęt, zapewnić niezawodność systemów i wykryć problemy, zanim zamienią się w kosztowne awarie.

Skontaktuj się teraz