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正常运行的变压器二次侧突然短路时,将在一、二次绕组中产生很大的短路电流,短路电流产生的机械应力及发热将危及变压器的可靠运行,甚至毁坏变压器。
- 变压器突然短路电流很大,分析时可以忽略激磁电流,这时变压器的等效电路可采取简化等效电路。
(1)建立微分方程并求解
u1=1.414*U1sin(ωt+α) = Lk dik/dt + Rkik
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假设突然短路时变压器空载,即初始条件为
t=0时,ik=0,则
ik=i'k+i''k=1.414*U1/Zk
×[sin(ωt+α-φk)-sin(α-φk)e-Rkt/Lk]
=-1.414*Ik[cos(ωt+α)-cosαe-Rkt/Lk]
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其中:Zk=sqrt[(Rk2+(ωLk)2]
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φk=arctan(ωLk/Rk) ≈ 90o 为短路阻抗角。
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Ik=U1/Zk为稳态短路电流的有效值。
(2)分析 ikmax
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若初相角α=0时短路,在ωt=π时,ik会达到最大值,
Ikmax=1.414*IK[1+e-(Rkπ)/(ωLk)]=kk*1.414*IK
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kk是突然短路电流最大值与稳态短路电流幅值之比值。大小Rk/Lk有关 。一般中小型变压器kk=1.2~1.35,大型变压器kk=1.75~1.81
Ikmax=(1.5~1.8)*1.414*I1N/ZK*
ZK*=0.06时,Ikmax/(1.414*I1N)=25~30
(3)暂态短路时的机械应力
- 电流与漏磁场相互作用,在绕组各匝中将产生作用力,F = Bσ I l。正常运行时,作用力较小。短路时,F 将按电流平方剧增。
- 高低压绕组电流方向相反,径向力将使得低压绕组承受压力,高压绕组承受张力;而轴向力从上下挤压绕组。这些应力会使得绕组可能被拉断或者变形。