Переходные процессы в трансформаторах

При переходе трансформатора из одного установившегося режима в другой возникают переходные процессы. Обычно переходный процесс длится очень короткое время, но может сопровождаться появлением больших токов и напряжений в обмотках, что необходимо учитывать при проектировании и эксплуатации трансформаторов. Наибольший интерес представляют переходные процессы при включении трансформатора и коротком замыкании на клеммах вторичной обмотки.

Включение трансформатора в сеть

В этом случае результирующий магнитный поток можно рассматривать как сумму трех составляющих

,

где Фу - магнитный поток установившийся(периодическая составляющая); Фсв - магнитный поток переходного процесса (апериодическая, свободная составляющая); Фост - магнитный поток остаточного магнетизма, направленный либо согласно с установившимся потоком (знак “+”), либо встречно (знак “-”).

Наиболее благоприятным является включение в момент времени, когда мгновенное значение напряжения на клеммах первичной обмотки имеет максимальное значение, а Фост =0. В этом случае магнитный поток Ф с первого же момента приобретает установившееся значение.

Наихудшим случаем является включение трансформатора, когда мгновенное значение напряжения на клеммах первичной обмотки равно нулю, а магнитный поток Фост имеет противоположный знак с Фу.

Как следует из рис. 1.32 поток достигает наибольшего значения Фmax спустя приблизительно полпериода после включения трансформатора.

Рис. 1.32

Поток Фост может достигать значения 0,5Фm и, учитывая, что свободная составляющая магнитного потока затухает медленно, будем иметь Фmax 2,5Фm .

Рис. 1.33

Увеличение магнитного потока в переходном процессе вызовет увеличение намагничивающего тока. Как показывает опыт (рис.1.33) броски намагничивающего тока при включении трансформатора могут в  раз превышать ток холостого хода или   раз - номинальный ток первичной обмотки. Переходный процесс протекает относительно быстро, поэтому токи включения не представляют опасности для трансформатора. Их следует учитывать при регулировке аппаратов защиты во избежание отключений трансформатора.


Внезапное короткое замыкание на клеммах вторичной обмотки трансформатора

Переходный процесс сопровождается возникновением большого мгновенного тока короткого замыкания, который можно рассматривать как результат двух токов: установившегося тока  и тока переходного процесса, постоянного по направлению, но убывающего по экспоненциальному закону

.

Наиболее неблагоприятные условия короткого замыкания могут быть в момент времени, когда мгновенное значение первичного напряжения равно нулю (рис.1.34).

Рис. 1.34

Ток внезапного короткого замыкания  может достигать двойного значения установившегося тока короткого замыкания и в  раз превышать номинальное значение тока.

Переходный процесс при внезапном коротком замыкании у трансформаторов малой мощности длится не более одного периода, а у трансформаторов большой мощности -  периодов. Несмотря на кратковременность процесса короткого замыкания (защитные устройства срабатывают не позднее, чем через 5 с), он представляет собой значительную опасность для обмоток трансформатора. Чрезмерно большой ток короткого замыкания резко повышает температуру обмоток, что может повредить их изоляцию, и резко увеличиваются электромагнитные силы в обмотках трансформатора, что может вызвать значительные механические разрушения в трансформаторе.


Определение параметров трехфазного трансформатора по опытам холостого хода и короткого замыкания