Stejnosměrné sycení třífázového trafa

Zpráva

#16 Příspěvek od **Bernard** » 23 pro 2011, 12:10

Tak jsem opět objevil Ameriku, a v ní člověka jménem John Chan. Ten před 20 léty publikoval nelineární a ztrátový model magnetického obvodu. Takže odsimulovat to třífázové trafo nebylo až tak náročné, jen výsledky jsou bez praktického ověření, nikdy jsem takové trafo nedržel v ruce.

Na vymyšleném jádru z materiálu Sonaperm se ukazuje střední sloupek jako méně sycen, při chodu naprázdno i se zátěží jednocestného usměrnění. Zdá se, že v praxi je takové usměrnění nepoužitelné, při větším odběru intenzita magnetického pole dramaticky roste. Jako u jednofázového.

miroslavkovar

Mám rád teoretické úvahy a mrzí mě, že jsem se k tomuto tématu dostal až teď. Snad to bude ještě někoho zajímat. Zadání je hodně hypotetické, v praxi se nejčastěji používá usměrňování šestipulsní a to bez středního vodiče. Zvlnění výstupního napětí je pak minimální. Ale zadání je dáno a schéma zapojení také. Já osobně souhlasím s panem Bernardem, že jádro transformátoru nebude v žádném sloupku stejnosměrně syceno. První předpoklad, že délka cívek bude taková, oproti jejich vzdálenosti, že můžeme všechny tři délky magnetických siločar považovat za stejné. V síti je opakovací frekvence 50 Hz, čili délka 20 ms. Každou diodou půjde tedy proud pouze po dobu jedné třetiny z časového úseku 20 ms (20/3 ms), pak začne do zátěže dodávat proud sousední dioda. Po tuto dobu 20/3 ms bude jeden sloupek řekněme stejnosměrně magnetován v jednom směru, ale mag. siločáry se budou zpět uzavírat přes dva sousední sloupky, ale obráceným směrem a s polovičním mag. tokem. Pro další dobu 20/3 ms se to posune na další sloupek a tak se to bude stále posouvat dokola. Můžeme tedy říci, že každým sloupkem půjde po dobu 20/3 ms jistý magnetický tok daný proudem zátěže a tímtéž sloupkem půjde po dobu 2x20/3 ms magnetický tok poloviční a obráceným směrem. Provedeme-li integraci těchto toků za dobu 20 ms, což odpovídá jedné půlvlně, bude celkový integrál nulový a žádný sloupek nebude stejnosměrně sycen.

#18 Příspěvek od **PavelFF** » 21 bře 2012, 13:09

miroslavkovar píše:... Já osobně souhlasím s panem Bernardem, že jádro transformátoru nebude v žádném sloupku stejnosměrně syceno.....

Já to pochopil spíš naopak.

miroslavkovar píše:.... První předpoklad, že délka cívek bude taková, oproti jejich vzdálenosti, že můžeme všechny tři délky magnetických siločar považovat za stejné....

Jenže pro skutečné trafo je to předpoklad nesprávný. Krajní cívky jsou na tom navzájem stejně, ale prostřední je na tom jinak, jak je vidno z obrázků od Bernarda a jak to je možno i intuitivně vytušit.

piitr · #19 Příspěvek od **piitr** » 21 bře 2012, 13:36

Já myslím, že aby se to nepřesytilo, musel by taky být stejný odpor primárního vinutí u všech fází, včetně odporů přívodních vodičů, na což je asi těžko se spolehnout. Takže prakticky to asi opravdu není dobré zapojení. Navíc dvoucestné usměrnění dá menší zvlnění (alespoň myslím) a zátěž se rozloží na víc diod, což mi taky přijde jako plus.

miroslavkovar

Tady šlo o teoretické zadání. Jinak v mé úvaze jsem vyšel z toho, že délka jednotlivých cívek je delší než jejich vzdálenost, proto jsou všechny (tři) siločáry v jednotlivých kombinacích sloupků stejné. Právě při této úvaze je délka siločáry mezi prvním a druhým sloupkem stejná, jako mezi druhýma třetím, jen mezi prvním a třetím je o něco málo delší, ale to jsem zanedbal, protože i v praxi není u třífázových traf v tomto velký rozdíl. Průřezy sloupků jsou stejné, takže magnetický odpor každého sloupku je stejný. Jestliže není připojena zátěž, je magnetický tok ve všech sloupcích stejný, jeho vektor je však v každém sloupku posunutý o 120°. Jde-li max. mag. tok např. prvním sloupkem, "vrací" se zpět druhým a třetím a to polovičním tokem. Jde-li pak max. mag. tok druhým sloupkem, vrací se zpět prvním a třetím... Pokud připojíme zátěž, přičte se vektorově k tomuto magnetickému toku (u ideálního trafa posunutého o 90°za napětím) ještě tok, který je ve fázi s napětím (zátěž na sekundáru je činná) a vzniká vlastně transformací sekundární zátěže do primáru. U jednofázového trafa by tento proud stejnosměrně sytil, či přesycoval jádro, protože by měl vždy pouze jeden směr a to středním sloupkem jedním směrem a oběma krajními (které, ale mají u jednofázového trafa poloviční průřez!) zpět. Kdežto u řešeného třífázového trafa se vektor magnetického toku v každém sloupku mění s "přepínáním" sekundárních diod. O tom jsem už psal dříve.

#21 Příspěvek od **PavelFF** » 21 bře 2012, 17:12

miroslavkovar píše:...... U jednofázového trafa by tento proud stejnosměrně sytil, či přesycoval jádro, protože by měl vždy pouze jeden směr a to středním sloupkem jedním směrem a oběma krajními (které, ale mají u jednofázového trafa poloviční průřez!) zpět. ....

S tímto výkladem přesycování nesouhlasím. Vidím to tak, že proud do zátěže nezpůsobuje žádné sycení jádra (ani stejnosměrné ani střídavé). Dokonce čím větší proud zátěží, tím menší sycení. Sycení jádra způsobuje primární napětí (které je přísně střídavé) po odečtení úbytků na sériových impedancích trafa(R a XL na primáru) = magnetizační napětí.
A magnetizační napětí je stejnosměrně posunuto, pokud je na výstupu trafa dioda (jednocestné usměrnění). V jedné půlvlně je velký úbytek napětí na (R+XL) , ve druhé není. "Sinusovka" magnetizačního napětí má dvě různé "amplitudy".

U 3f trafa to může být nějak podobně a ještě složitěji. Pokud je na reálném trafu konstrukční nesymetrie, tak nepomůže ani vzájemné odčítání mezi fázemi.
Možná je to dokonce i tak, že i kdyby trafo bylo ideálně symetrické("3D" tvar jádra), že by při uzlovém usměrnění přesto nějaká stejnosměrná složka vznikala. Ale to netuším. Na to je tu Bernard a jeho simulátory.

miroslavkovar

Snad už poslední teorie. °Pak už to musí "rozlousknout" Bernard. Primárnímu napětí je úměrná magnetická indukce. Magnetický tok je úměrný primárnímu proudu, který je u ideálního trafa s dostatečnou indukčností posunutý oproti napětí o 90°. Je-li zátěž na sekundáru lineární, transformuje se tato zátěž do primáru a to tak, že proud primáru je vždy složen z vektoru magnetizačního proudu a vektoru transformovaného proudu ze sekundáru (podle charakteru zátěže a transformačního poměru). Pokud u jednofázového trafa zapojíme na sekundár činnou zátěž přes diodu, poteče zátěží kromě střídavé složky proudu i složka stejnosměrná. Střídavá složka se může transformovat do primáru, jenže stejnosměrná nikoliv. Tato stejnosměrná složka proudu bude posouvat magnetizační křivku magnetického obvodu a bude se zvětšovat i magnetizační proud primáru, protože bude klesat permeabilita mag. obvodu a tím i indukčnost. Při extrémním nárůstu stejnosměrné složky proudu na sekundáru může dojít k přesycení jádra trafa. Pokud použiji tuto teorii na zadání usměrňovače s třífázovým trafem, vychází mi, že jednotlivé sloupky jádra se v kolísání mag. toku jádrem, které je dáno pouze jednocestným usměrněním napětí každé fáze, budou střídat, jak co do velikosti, tak směru. A z mé strany dost teorie.

procesor · #23 Příspěvek od **procesor** » 22 bře 2012, 20:33

Teória chybná,.... prúd tečúci záťažou neovplyvňuje magnetický tok v jadre. V reálnom trafe zmenšuje sa magnetický tok vplyvom úbytku napätia na činnom odpore vinutia.
Pri použití nesymetrikej záťaži sa budí primár nesymetrickým napätím.
Toť vsjo.
So supravodivým vinutím nevznikne žiadna nesymetria aj pri tej jednej dióde na sekundárnej strane.

#24 Příspěvek od **PavelFF** » 23 bře 2012, 10:34

procesor píše:...So supravodivým vinutím nevznikne žiadna nesymetria aj pri tej jednej dióde na sekundárnej strane.

A co úbytek na rozptylové indukčnosti? Ten se přece nějak projeví i na supravodivém vinutí.

procesor · #25 Příspěvek od **procesor** » 23 bře 2012, 10:53

To sa musím zamyslieť, ako sa rozptylová na nesymetrii zúčastňuje. Samotná indukčnosť sa neuplatňuje, rozptylová...?
Edit:
http://www.elektrotechnika.6f.sk/index. ... mitstart=1

#26 Příspěvek od **Bernard** » 24 bře 2012, 18:59

miroslavkovar píše:..... Pak už to musí "rozlousknout" Bernard. ....

Je mi líto, že musím zklamat takovou důvěru. Víc už na toto téma asi nenalouskám. Tak dám aspoň k dispozici schéma simulace, možná, že někomu přijde vhod.

Převod transformátoru N1:N2 je pomocí šesti ideálních traf rozdělen na N1:1 a 1:N2. Na každém sloupku je jakoby jen jeden závit, a ten má vlastnosti Chanova modelu indukčnosti. Magnetický tok v tom sloupku je určen integrací napětí na té indukčnosti, magnetická indukce proudem tou indukčností na jednotku ekvivalentní délky siločáry. Všechny konkrétní parametry jsem si kvalifikovaně vycucal z prstu.

#27 Příspěvek od **PavelFF** » 24 bře 2012, 20:14

No ano, z toho obrázku už je to jistě všem naprosto jasné

frantajetel11

NO SAMOZŘEJMĚ!!!

miroslavkovar · #29 Příspěvek od **miroslavkovar** » 15 dub 2012, 20:04

Chtěl bych se připojenou fotografií ještě jednou vrátit k zajímavému tématu teoretické diskuse ohledně jednopulsního třífázového usměrňovače. Až po dlouhé době po ukončení diskuse jsem našel v technických tabulkách fy Siemens doporučená zapojení usměrňovačů pro usměrňování třífázového proudu a to podle IEC. (Omlouvám se, že po přetažení foto do přílohy, hodně ztmavlo, takže text je hůře čitelný. Foceno na MAKRO, větší rozlišení zabírá více než 300 kB.)

Hned ve druhém sloupci jsou uvedeny všechny příklady jednopulsního třífázového usměrnění. Pokud to uvádí IEC, tak to musí fungovat bez přesycování jádra. To, že na sekundáru je použita lomená hvězda není podstatné, to jen přispívá k rovnoměrnějšímu zatížení jednotlivých fází na primární straně, ale na řešení původního zadání teoretického dotazu to nemá vliv.