变压器铁芯饱和与励磁电流的关系

2024/3/3 23:22:56 人评论 次浏览 分类:电工基础  文章地址://www.e-cumulus.com/tech/5375.html

变压器一经合闸,就会伴随着励磁涌流,励磁涌流来的快,去的也快,去的快慢跟变压器容量有关,容量越大,持续时间也就越长一些,但很快也能进入到稳态(磁路平衡)。

变压器励磁涌流

变压器进入稳态后,励磁电流将变得很小,根据KVL方程可得,U=-E+I0Z。这是变压器在空载状态下的相量关系,Z=r+jx,称为漏阻抗,x为漏电感,x=ωL。-E=I0Zm,Zm=rm+jxm,rm为励磁电阻,xm则为励磁电抗,合起来的Zm则称为励磁阻抗。


由此可以看出,变压器空载状态下,相当于两个阻抗值的串联,一个是漏阻抗,另一个是励磁阻抗。如下图:



变压器一经带上负载,就变成了负载运行,变压器副绕组上有电流通过,有了电流,就会产生磁势I2N2。该磁势与原边绕组磁势作用在同一磁路上,满足I0N1=I1N1+I2N2的关系,所以,I0=I1+I2(N2/N1),则I1=I0-I2(N2/N1)。这说明变压器在负载运行时,原边电流由两部分组成,一部分为励磁电流I0,与空载时励磁电流相同,用于产生主磁通,另一部分为负载电流,用于平衡副绕组产生的磁通。



由此不难看出,主磁通是传递能量的纽带,而它正是由励磁电流I0作用的结果。


由I0=I1+I2(N2/N1)可知,变压器空载情况下,原边绕组的电流就是励磁电流,而在负载情况下,励磁电流的大小受副边电流和电源电压的影响。


若I0一味地增大意味着什么?那将意味着磁路饱和。前篇中说过,合闸瞬间,变压器电能与磁能快速转化,铁芯中的磁通密度大大增强,铁芯将严重饱和,由磁化曲线可知,越是饱和,产生一定磁通所需的电流就越大。



变压器铁芯一般选定额定点的磁通密度比材料的饱和磁通密度略低,这样可充分利用材料,节省成本。变压器铁芯饱和后继续增大励磁电流,此时的磁通密度与励磁电流将不能继续保持原有的线性关系。也就是上面所说的,越是饱和,产生一定磁通所需的电流就越大,表现出来的现象就是一次侧电流的励磁分量显著增大,变压器损耗、发热严重,甚至有烧毁的风险。

正因如此,对大型变压器而言,都要求配置过励磁保护,就是防止在系统异常时的铁芯过饱和情况。


本篇说的是变压器铁芯饱和与励磁电流的关系,铁芯饱和对变压器运行是不利的,必须加以关注,正确理解并对待它则显得尤为重要。

作者:电气星辰

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