§71. Подключение трансформаторов и реакторов к источнику переменного тока

При подключении реактора без ферромагнитного сердечника к источнику переменного тока (электрической сети) возникает переходный процесс, при котором ток в цепи изменяется по периодической кривой i (рис. 233, а). Эту кривую можно представить в виде суммы двух составляющих: принужденного тока i_пр (установившегося переменного тока после окончания переходного процесса) и апериодически изменяющегося свободного тока i_CB. По

Рис. 233. Переходный процесс при подключении реактора к источнику переменного тока

истечении некоторого промежутка времени (в 3—4 раза большего постоянной времени цепи Т= L/R) свободный ток практически затухает, и в цепи будет действовать только установившийся переменный ток.

В начальный момент переходного процесса свободный ток i_св равен принужденному i_пр, но имеет обратное направление. Поэтому если цепь включена под напряжение в момент, когда принужденный ток проходит через нуль, свободный ток отсутствует и в цепи сразу возникает установившийся режим. Наибольшего значения свободный ток достигает тогда, когда цепь включена под напряжение в момент прохождения принужденного тока через свой максимум (рис. 233,б). В этом случае и суммарный ток i переходного процесса также достигает наибольшего значения (примерно через полпериода после включения, когда принужденный ток будет иметь одинаковое направление со свободным). Если постоянная времени цепи Т значительно больше, чем период принужденного тока, то свободный ток затухает медленно и суммарный ток i переходного процесса может достигнуть почти удвоенной амплитуды принужденного тока. Если же свободный ток затухает в значительной степени уже в течение первого периода после включения, то сильного увеличения суммарного тока не происходит.

При включении трансформаторов, реакторов и других устройств, в которых имеются катушки со стальными сердечниками, магнитный поток Ф во время переходного процесса изменяется примерно так же, как и ток при включении цепи реактора без ферромагнитного сердечника (рис. 234, а), т. е. наряду с принужденным (установившимся потоком) Ф_пР возникает свободный поток Ф_св. При этом амплитуда общего потока Ф = Ф_пр + Ф_св может увеличиться приблизительно вдвое по сравнению с амплитудой его установившегося значения. Такое увеличение магнитного потока вызывает гораздо большее увеличение тока, так как магнитная система подобных устройств сильно насыщается.

Еще более неблагоприятные условия возникают в случае, когда в момент включения поток остаточного магнетизма Фост в сердечнике катушки противоположен принужденному току. Тогда наибольшее возможное увеличение потока при переходном процессе

Рис. 234. Переходный процесс изменения магнитного потока (а) и тока (б) при подключении трансформаторов и реакторов со стальными сердечниками к источнику переменного тока

может превышать более чем в 2 раза амплитуду его установившегося значения.

При колебаниях магнитного потока во время переходного процесса ток колеблется в значительно большей степени, так как при наибольших и близких к ним значениях потока сердечник сильно насыщается. При этом возникает резкое увеличение тока в цепи катушки (рис. 234,б), который может превышать в десятки раз установившийся ток и даже быть больше тока короткого замыкания. Это обстоятельство учитывают при проектировании трансформаторов и реакторов (они не должны разрушаться под действием электромагнитных сил, возникающих при включении этих устройств) и при регулировке аппаратов для их защиты от перегрузок и коротких замыканий.