变压器副方突然短路时的瞬变过程

变压器突然短路,电流很大,因此忽略激磁电流,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
1求解
u1=1.414u1sin(ωt+α)=lkdik/dt+rkik (1)式中:lk=l1+l2'=xk/ω;rk=r1+r2';α为短路开始瞬间外施电压初相角;ik =i1

ik=iks+ikt=1.414(u1/zk)sin(ωt+α-θk)+ce (2)
式中:
iks=1.414iksin(ωt+α-θk),电流稳态分量
ikt=ce,电流暂态分量,e 为 e 的-(t/tk)次方
θk=arctg(xk/rk),短路阻抗角
tk=lk/rk,时间常数
2求待定积分常数 c
因负载电流与短路电流相比是很小的,故此时认为突然短路发生在空载。
代入初始条件 t=0,ik=0 求积分常数
c=-1.414iksin(α-θk) (3)
3短路电流的通解
ik=1.414iksin(ωt+α-θk)-1.414ik[sin(α-θk)]e (4) 对于它,人们更关心的是它的最大值和衰减时间。
(2)分析ikmax和t
1设突然短路时电压的初相角α=θk,据(3)式,得ikt=0,说明从短路开始变压器就直接进入稳态。一种理想的极端情况。
ik=1.414iksin(ωt) (5)
2设突然短路时,电压初相角α=θk±(π/2),则(4)式得,暂态分量有最大幅值。属于最严重的情况。
ik=1.414ik[e-cosωt]
由图知,ik的最大值在ωt=π时,即短路电流的最大值发生在短路后的半个周期,即t=π/ω 将t=π/ω代入(6)式得
ikmax=1.414ik[e+1]=1.414ikks (7)
ks物理意义是,突然短路电流最大值与稳态短路电流幅值之比值。大小与rk,xk有关 。
一般中小型变压器,ks=1.2~1.35
大型变压器,ks=1.75~1.81
3突然短路电流最大幅值的倍数短路电流标么值
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衰减时间
由(4)式知,该电流以指数规律衰减。由波形图知,瞬变电流[红线]的衰减过程极快,一般经过几个周期便进入稳态了。