变压器冲击电流机理和解决方案分析

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1、交流变压器>中击电流本几理和解决方幕分新万静龙(中国电子科技集团第38研究所，安徽合肥230031)的冲击电流的形成原理，认为主要是由于外部瞬间电流导致磁路趋向饱和。而磁路中的剩磁则加剧了这个饱磁通，使这两者同向叠加。列举、分析了常用解决方法，比较了采用基于变压器本身技荚键词：冲击电流；饱和：磁通中图分类号：TM4文献标识码：A文章编号：1009—9492(2009)10一0114—03此ⅡD甘对应的激磁电流i也处于正常值；当外界有一1引言。个瞬间的单向电压产生一个瞬间磁通一当变压器的功率增大时。当幅度达到定的程，如无切割的卷铁心R型、环度时如2qb导致磁路趋向饱和同

2、时产生一个很大的冲击型变压器。，，当功率大于500W，迭片式铁心功率大于电流。如图2所示。假如产生的瞬间磁是正常稳态磁通的2000W时，变压器开机冲击电流变得非常明显，影响供电一两倍即2中。，由于磁化曲线是非线性的，此时在磁化曲线系统的工作。方面是比较直接的影响，直接冲击变压器的保险丝或其它保护装置，引起电源系统失效；另一方对应的点是中：，对应产生的瞬间冲击电流是i：，远远不止两倍。实际的变压器，如果用取向硅钢材料，无论是无切面，冲击电流进入电网系统，引起电网质量变差．影响相割的卷铁心产品，还是用迭片的方式，在常规设计条件关其它电子设备的干扰问题一。这些干扰，尤其对于

3、些数下。冲击电流的最大值经常可以达到额定工作电流的10字电路，是致命的，因为它们对于这样的干扰没有容余。倍以上，使得初级保护装置失效。2冲击电流的机理根据法拉第定律，在完全理想状态下，忽略磁阻，外如图1所示，正常的正弦波工作，电压幅值是y。在部脉冲电”]压在磁路中产生的感应磁通量满足下列条件：磁路中产生了一个稳态的磁中。，对应到磁化曲线上的中。，y(￡)：华(1)U‘m(f)m(f)V(t)是加在变压器初级的瞬间电压；{ldh(t)是线圈中产生的瞬间磁通量。吼f)2m。一由于y(、￡)是驱动因素，即／n＼瞬胜遥／’f‘m饥‘入(t)=IV(￡)dt(2)钐1{，．厂、

4、＼，。。．，?’Vm。／稳态磁又／在不考虑漏磁通的条件下，／／入(t)=脚(t)(3)Ⅳ：线圈总匝数。＼＼L㈣]巾(t)：铁心中的瞬间磁通量。这样算得：稳态激磁电流r．fl。1旷结黼f4)(f)。JV(≠)dt(4)可0，实际的工作电压函数一般都是正弦波：，图1瞬间磁通导致瞬间冲击电流v(f)=Vmsin(wt+q~)(5)收稿日期：2009—09—14———————_。．r黑T_。。-’__．_．．T_T__■■]i。、0，一--ii114。liIllt▲-．．．．．-．—--．．．．-．-_--．----．．—---—L---—．-----------------

5、J--▲--------▲-------—----．●---一是正弦波的幅值，工序产生的污染、废水废物的处理成本越来越高．不干‘p是初始相位角，净、美观。这样，∞是周期率。切割式铁11,有个比较大的问题是带来的噪声问题磁这样，(b(z)[cos~一c。s(+‘P)+4)(o)](6)致伸缩在端面产生机械噪声，增大了装配的难度和要求：捆绑机构长期在磁致伸缩应力的作用下，不可避免的蠕(O)是初始时间t=0时的起始磁通值，即是剩磁，变，变压器长期工作后，噪声变大。可以命(0)=中，从(6)可见，磁路中最大磁通产生与没有切割的磁路相比，在气隙的附近发散磁场显著于‘p：0，(I

6、)盯时，提高，漏磁通大，这将影响附近其他元器件的工作状态；中=2—+：2n+中(7)迭片式产品的发散磁场更大，因此整机在通过EMC试验【o会遇到更多的困难。中是在正常周期电压工作时产生的磁通幅值。(2)外接热敏电阻。在变压器的初级回路串联一个热由上可见，在“最不巧”的场合下，最大瞬间磁通使敏电阻，在冷态时它的阻抗较大，开机产生的冲击电流在得正常设计的磁路严重饱和，磁路产生的磁化电流远远超这个高阻下，得到有效抑制。接通电流以后，热敏电阻受出正常的水平，在变压器的初级回路中形成冲击电流，达热后的阻值逐步下降到低阻的水平，对稳定回路的工作的到最大值。如图2所示，瞬间磁通和剩

7、磁通叠加后．使磁影响也降到最低。路严重饱和，冲击电流迅速上升。按照这个方案设计的回路，看上去可以比较理想的控制冲击电流，但是实际上，关机后．必须要等到热敏电阻氆《，)由(f)恢复到高阻状态，才能再次开机，否则没法起到抑制作用，这样无法应用在很多场合。(3)软启动开关：通常的设计方式是软启动开关始终在开机的第一时间，只向变压器输出5O％的额定电压，然后自动或是手动地切换到10o％的额定电压。在50％的额定电压开机，变压器的冲击电流得到显著遏制，从前面的公式(7)可以得到：中1=m+(8)由于成本较大．相对复杂，一般的变压器厂家很少使图2瞬间磁通和剩磁通