電機(jī)學(xué) 課件 教學(xué) 第04章 變壓器的瞬變過程

4.1變壓器的空載合閘時的瞬變過程

變壓器二次側(cè)空載，把一次側(cè)繞組接入電源，稱為變壓器的空載合閘。變壓器正常運(yùn)行時，勵磁電流很小，大型電力變壓器空載電流只占額定電流2.5%以下。但空載合閘到電網(wǎng)的瞬間，勵磁電流可能急劇增加為正常勵磁電流的幾十倍，甚至上百倍，空載合閘出現(xiàn)的瞬態(tài)電流沖擊，可能引起系統(tǒng)跳閘。第4章變壓器的瞬變過程一、空載合閘物理過程分析圖4－1變壓器空載合閘到電網(wǎng)接線圖在t=0,Φ＝0的初始條件下，上式的解為：電網(wǎng)電壓按正弦規(guī)律變化，則空載時一次側(cè)的電壓平衡方程為：

結(jié)論：磁通無暫態(tài)分量，合閘后立即建立穩(wěn)態(tài)磁通，所以建立此磁通的勵磁電流不經(jīng)過瞬變過程就達(dá)到了穩(wěn)態(tài)勵磁電流，避免了空載合閘時沖擊電流的產(chǎn)生，也就是說，變壓器在這種情況下合閘最為有利。(1)當(dāng)初相角為時：

在空載合閘后半個周期（），磁通達(dá)到最大值為正常勵磁磁通的兩倍。

(2)當(dāng)初相角為時：圖4－2α=0空載合閘時磁通曲線圖4－3鐵心磁化曲線此時合閘，將使鐵心處于嚴(yán)重過飽和，從而導(dǎo)致勵磁電流急劇增加，可達(dá)到正常勵磁電流的幾十甚至上百倍，額定電流的5~8倍。鐵心飽和程度越高，合閘電流也越大。實(shí)際情況下，電阻所以勵磁電流會逐漸衰減到正常值，衰減快慢與繞組電阻和電抗有關(guān)。一般小容量變壓器較大，合閘電流衰減快，只需幾個周期就可以達(dá)到穩(wěn)態(tài)值。大型變壓器較小，合閘電流衰減慢，有時可能達(dá)到20s?？蛰d合閘電流對變壓器本身沒有多大的危害，但當(dāng)它衰減較慢時，可能引起過電流保護(hù)裝置動作而跳閘。為了避免這種現(xiàn)象，需設(shè)法加速合閘電流的衰減。大型變壓器中，在變壓器一次側(cè)串聯(lián)一個合閘附加電阻，以減小合閘電流幅值并加快衰減，合閘結(jié)束后將該電阻切除。

二、空載合閘的影響4.2變壓器副邊突然短路時的瞬變過程一、突然短路瞬變過程分析圖4－5變壓器突然短路突然短路電流的大小與發(fā)生短路瞬間電源電壓的初相角有關(guān)。（1）突然短路發(fā)生在電壓初相角時：突然短路一發(fā)生就進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)，短路電流值最小。（2）突然短路發(fā)生在電壓初相角時圖4－6α=0時突然短路電流

短路電流最大值發(fā)生在短路后半個周期瞬間，即時，可求出最大短路電流為：是突然短路電流的最大值與穩(wěn)態(tài)短路電流最大值的比值，其大小決定于變壓器的和，中、小型變壓器，大容量變壓器=1.7~1.8。。

=1.7～1.8

結(jié)論：與成反比。例如當(dāng)：

最大短路電流達(dá)到額定電流的25－30倍，這樣大的沖擊電流會對變壓器繞組產(chǎn)生很大的電磁力，對變壓器安全運(yùn)行有嚴(yán)重影響。為了限制最大短路電流，變壓器的短路阻抗不能太小，但從減小變壓器的電壓變化率角度考慮，短路阻抗也不能太大，所以，變壓器設(shè)計(jì)時要全面考慮。二、突然短路的影響從發(fā)熱的角度來看，突然短路時由于短路電流很大，而銅耗與電流的平方成正比。所以，短路時銅耗很大，其繞組溫度急劇升高，變壓器的保護(hù)裝置會動作及時切除電源。從力的角度來看，變壓器繞組中的電流與漏磁場作