Przepięcia w transformatorach.

[Jasiu]

Czołem.

Piotrze zadałeś takie pytanie:

Mamy cewkę o indukcyjności 1H, w której prąd zmienił się z prędkością 1kA/s. Powstanie na niej 1kV (mniejsza w tym momencie o kierunek).
Mamy transformator 1:1 o indukcyjności głównej 1H, w którym prąd jednego uzwojenia zmienił się z prędkością 1kA/s. Zgodnie z tym, co mówisz na każdym uzwojeniu powstanie 1kV.
Weźmy ten sam transformator, ale z jednym uzwojeniem zamkniętym rezystancją 1R. Czy jeżeli w drugim uzwojeniu prąd zmieni się jak wyżej, to na uzwojeniu zamkniętym tą rezystancją też otrzymamy 1kV?

Tak. I popłynie prąd 1kA. W takim kierunku, by skompensować zmiany strumienia pola magnetycznego (to się akurat nazywa reguła Lenza). Jak się pewnie domyślasz proces ten będzie bardzo szybki - wystarczająco, by prościutki model transformatora, który próbujesz zastosować nie miał zupełnie żadnego sensu...

Warto przestać myśleć w konwencji "prąd przez indukcyjność", a zacząć "pole magnetyczne i jego strumień". Prąd to tylko jedna z możliwości wytwarzania pola magnetycznego, które później żyje własnym życiem (i oczywiście wytwarza siły elektromotoryczne - o ile się zmienia).

Opis stanów przejściowych w transformatorach jest bardzo skomplikowany. Tworzy się modele uwzględniające pojedyncze zwoje i sprzężenia pomiędzy nimi. To problem aktualny, nadal daleki od rozwiązania. Wejdź do IEEE Explore i wyszukaj "transformer overshoot" albo "transformer transient". Znajdziesz dziesiątki artykułów z analizami tak skomplikowanymi, że trzeba naprawdę dużo wysiłku by zrozumieć o co chodzi...
Strzelasz ogromnego pajacyka wypowiadając się kategorycznie w tej dziedzinie. Nie tylko zresztą Ty. Traxman Ci dzielnie wtóruje.

Problem jest oczywiście tym większy, im większy transformator i zgromadzona w nim energia. Transformator z Neptuna co najwyżej kogoś popieści - dlatego napisałem, że "specjaliści od PCL86" nie mają tu nic do powiedzenia. W dużym wzmacniaczu gitarowym transformator może zdemolować siebie i najbliższe otoczenie. Nawet niewielki transformator energetyczny jest już naprawdę niebezpieczny. Duże mogą zdestabilizować sieć zasilającą państwa wielkości Kanady.

Bardzo proszę, by w tym wątku nie wypowiadali się Ci, którzy nie wiedzą, że prawo Faradaya to jest jedno z praw Maxwella (dwie różne nazwy tego samego), albo uważają, że prawa przyrody w szkole działają inaczej niż w transformatorze - zmarnowali swój czas w tej szkole, niech nie marnują czasu innych i pasma Internetu...

Pozdrawiam,
Jasiu

[Piotr]

Tak.

Zadam więc następne pytanie.
Skoro proces będzie tak szybki, to czy taki sam skutek będzie obecny na wszystkich uzwojeniach, czy tylko na tym, w którym nastąpiła przyczyna?

Strzelasz ogromnego pajacyka wypowiadając się kategorycznie w tej dziedzinie.

Możliwe. Ale jak na razie okazało się to najlepszą metodą poszerzania horyzontów, więc chyba było warto

[Jasiu]

Skoro proces będzie tak szybki, to czy taki sam skutek będzie obecny na wszystkich uzwojeniach, czy tylko na tym, w którym nastąpiła przyczyna?

Skutek będzie obecny na wszystkich uzwojeniach, natomiast w prosty sposób nijak nie da się powiedzieć jaki. Natomiast "ten sam" to on nie będzie nawet na różnych zwojach tego samego uzwojenia.

Zwróć uwagę, że w przykładzie, który podałeś jest rezystor, na którym ochoczo wydzieli się nadmiar energii zgromadzonej w transformatorze. W praktyce duże znaczenie mają też wszelkie pasożytnicze (i nie tylko) pojemności - naładują się, a one nijak nie "zneutralizują" energii, mogą ją co najwyżej "na chwilę" przechować. Oddają ją zatem (również do wszelkich indukcyjności) - i zabawa się powtarza... Czort jedyny wie co trafi w rezonans czego. Nawet duże transformatory energetyczne potrafią w ten sposób "nadawać" na megahercach . Dopiero straty na rezystancjach/stratach magnetycznych/dielektrycznych/fali e-m (o czymś zapomniałem ?) to wszystko wytłumią. Najlepiej zaś zwarcie przez jakiś odgromnik-iskrownik albo inny podobny, a współcześniejszy, element o małej oporności dynamicznej - popłynie duży prąd, który spowoduje duże straty na rezystancji uzwojenia (i w odgromniku).

Pozdrawiam,
Jasiu

[Piotr]

Zwróć uwagę, że w przykładzie, który podałeś jest rezystor, na którym ochoczo wydzieli się nadmiar energii zgromadzonej w transformatorze.

Dobrze, ale jedno mi się nie zgadza. Może rozumuję zbyt prosto, ale daj mi jeszcze trochę czasu.
Powiedziałeś, że we wcześniejszym przykładzie niezależnie od tego, czy będziemy mieć rezystor 1R, czy nie, otrzymamy ten 1kV. Tylko w pierwszym przypadku energia "ochoczo się wydzieli", a w drugim będzie krążyć tam i z powrotem dopóki gdzieś się nie zetrze. Ale ta rezystancja 1R równie dobrze może reprezentować odgromnik, czy inny element zabezpieczający. Wynikałoby z tego, że niezależnie czy go zastosujemy izolacja jest tak samo zagrożona. W końcu 1kV to 1kV. Jeżeli izolacja takiego napięcia nie wytrzymuje, to puści w obu przypadkach.

[Jasiu]

Dobrze, ale jedno mi się nie zgadza. Może rozumuję zbyt prosto, ale daj mi jeszcze trochę czasu.
Powiedziałeś, że we wcześniejszym przykładzie niezależnie od tego, czy będziemy mieć rezystor 1R, czy nie, otrzymamy ten 1kV.

Piotrze, SEM 1kV powstanie przy założeniu Twojego prostego modelu, gdy na jednym z uzwojeń jest spadek prądu 1kV/s - takie postawiłeś pytanie i na nie odpowiedziałem. Jednocześnie powiedziałem, że taki model nie ma sensu - co w sumie dosyć oczywiste, jest to model dla małych sygnałów o niezbyt dużej częstotliwości.

Jednocześnie (chyba już trzeci raz) napisałem, dla rzeczywistego transformatora nie da się w prosty sposób określić napięć na uzwojeniach przy stanach przejściowych.

Natomiast odpowiednio małe impedancje włączone w obciążenia oczywiście złagodzą przepięcia - na co najmniej dwa sposoby:
- zmniejszą prędkość zmian strumienia pola magnetycznego (zgodnie regułą Lenza). O tym pisał już Romek w pierwszym wątku sprzed paru lat.
- będą rozpraszały energię (o ile będą rzeczywistymi rezystancjami)
Tyle, że przy realistycznym modelu transformatora, ilościowo, chyba nie sposób tego ugryźć bez poświęcenia roku roku ciężkiej pracy, a być może niebanalnej mocy obliczeniowej jakiegoś prawdziwego komputera...

Pozdrawiam,
Jasiu

[Piotr]

Tyle, że przy realistycznym modelu transformatora, ilościowo, chyba nie sposób tego ugryźć bez poświęcenia roku roku ciężkiej pracy, a być może niebanalnej mocy obliczeniowej jakiegoś prawdziwego komputera...

Szkoda. W sensie, zauważyłem (nareszcie?) że próbujesz mi wytłumaczyć, że tego nie da się wytłumaczyć.
Tym bardziej nie powinien cię dziwić mój pierwotny pogląd na sprawę. Kiedyś ludzie (światli) byli przekonani, że przyspieszenie spadającego ciała zależy od jego masy. Przecież dokładnie to obserwowali na codzień. Ja wiele razy włączałem wzmacniacze bez obciążenia i odłączałem obciążenie od działających. Wystarczająco wiele, żeby wyłączyć element przypadku. I nic

ps. Tak, były to wzmacniacze audio, czyli o rezystancji wewnętrznej mniejszej od rezystancji obciążenia...

[_idu]

A może by tak zajrzeć w normy i noty katalogowe opsujące zastowoania zabezpieczeń przeciwpięciowych Tam są istotne nawet odległości pomiędzy kolejnymi miejscami montowania zabezpieczeń. Prosty kawałek drutu a potafi dużo zmienić... Tak na marginesie pioruny nie generują bardzo szybko naratających impulsów. I jeszcze jedno kiedyś w czasach szkolnych na wycieczce do Instytutu Badan Jądrowych UŁ pracownicy mówili o zasilaniu któregoś z detektorów (nie pamietam jaki to detektor- nieistotne) - mówili że z sieci energetycznej prąd impulsowo - lutownica transformatorowa (nasza Lutola) włączona do gniazdka w pobliżu tegoż zasilacza potrafiła się rozlecieć na kawałki..

[Jasiu]

Czołem.

Szkoda. W sensie, zauważyłem (nareszcie?) że próbujesz mi wytłumaczyć, że tego nie da się wytłumaczyć.

Chyba nie jest aż tak źle: da się zrozumieć zjawiska, które powodują takie iskierki. Problem jest natury ilościowej: układ jest tak skomplikowany, że trudno cokolwiek policzyć.

Pozdrawiam,
Jasiu