變壓器突然短路,電流很大,因此忽略激磁電流,這時變壓器的等效電路可采取簡化等效電路。
(1)建立微分方程并求解
1求解
u1=1.414u1sin(ωt+α)=lkdik/dt+rkik (1)式中:lk=l1+l2'=xk/ω;rk=r1+r2';α為短路開始瞬間外施電壓初相角;ik =i1
得
ik=iks+ikt=1.414(u1/zk)sin(ωt+α-θk)+ce (2)
式中:
iks=1.414iksin(ωt+α-θk),電流穩(wěn)態(tài)分量
ikt=ce,電流暫態(tài)分量,e 為 e 的-(t/tk)次方
θk=arctg(xk/rk),短路阻抗角
tk=lk/rk,時間常數(shù)
2求待定積分常數(shù) c
因負載電流與短路電流相比是很小的,故此時認為突然短路發(fā)生在空載。
代入初始條件 t=0,ik=0 求積分常數(shù)
c=-1.414iksin(α-θk) (3)
3短路電流的通解
ik=1.414iksin(ωt+α-θk)-1.414ik[sin(α-θk)]e (4) 對于它,人們更關心的是它的最大值和衰減時間。
(2)分析ikmax和t
1設突然短路時電壓的初相角α=θk,據(jù)(3)式,得ikt=0,說明從短路開始變壓器就直接進入穩(wěn)態(tài)。一種理想的極端情況。
ik=1.414iksin(ωt) (5)
2設突然短路時,電壓初相角α=θk±(π/2),則(4)式得,暫態(tài)分量有最大幅值。屬于最嚴重的情況。
ik=1.414ik[e-cosωt]
由圖知,ik的最大值在ωt=π時,即短路電流的最大值發(fā)生在短路后的半個周期,即t=π/ω
將t=π/ω代入(6)式得
ikmax=1.414ik[e+1]=1.414ikks (7)
ks物理意義是,突然短路電流最大值與穩(wěn)態(tài)短路電流幅值之比值。大小與rk,xk有關 。
一般中小型變壓器,ks=1.2~1.35
大型變壓器,ks=1.75~1.81
3突然短路電流最大幅值的倍數(shù)短路電流標么值
ik*=ik/in=un/inzk=1/zk* (8)
(8)式代入(7)式ikmax=1.414inks/zk*
即ikmax/1.414in=ks/zk* (9)
4衰減時間
由(4)式知,該電流以指數(shù)規(guī)律衰減。由波形圖知,瞬變電流[紅線]的衰減過程極快,一般經(jīng)過幾個周期便進入穩(wěn)態(tài)了。