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1、变压器的偏磁问 题王样晰徐伯雄?清华大学? “二 综合论述了变压 器偏 磁产生的原 因及其影 响,分析了研究变压 器偏磁问题的儿 种方 法,并提出了抑制变压器直流偏磁的措施。! , ,” “ “! 二, ! ”! “ , ! ”! ” , 二, ,、! “二龟 “二”二饥卜 ”二, , , ” , ”, 二, ” ” “” ”叙词变压器直流偏差磁性通常变压器铁心处于交变磁化状态,但当变压器绕组电流中出现直流分量时,就会产生直流偏磁现象。由于铁磁饱和的影响,变压器偏磁可能 引起一系列运行问题。因此,变压器偏磁日益受到重视。本文拟对变压器偏磁 问题作一综合性的论述。一、变压器偏磁现象的产生原因及其
2、影响在生产实践中,变压器产生直流偏磁的原因大致有下列两方面。?#?近年来,直流输电设备和静止无功电力补偿装置?%56:。实际上交变磁通应以9二点为中心上下波动,如图( /中实线所示。它所对应的励磁电流波形为5! 涟涟?励磁 电流。 4 洲!一“电“”?图(波形和变压器 的磁化特性,画出?或算出?相应的励磁电流波形。然后将这个波形 的直流成分与绕组中实际的直流偏磁电流比较。根据两者相等的目标修正偏磁量,并反复计算和比较,直至两者相等为止。这样即可估算出稳态 时的直流偏磁量,并可得到相应的励磁电流 波形。(等位电路法当变压器 的二次侧连接正、负半波不平衡的负载时,自接上不平衡负载到铁心达到饱和状态
3、需要经 历一段时间,该时间可用等值电路法求得。变压器 的二型等值电路如图 / 所示。外加电压:。和变压器二次侧电流几(的波 形如图=所示。文献将图 /的电路简化为、七电路中流过直流电流来分析,并在一 些似定条件下推导出自铁心受到直流偏磁开始到磁路达到饱和所经过的周波数为! , ,一 1。2。八85。一石二二一一 一苦兰一一?二,一一 , 长#一廿(一变压器产生直流偏磁的原理 图 式中,0 为电源频率,2 为变压器磁路的饱 和磁密峰值,2为铁心的额定磁密最大值,1 #为对应于2的励磁电流峰值,!8。!。8。!,。二。(!0。,!二!(兀05!为5!的二次折算值。这种将变压器连接可控硅的等值电路简
4、化为、电路的处理方法是以一定的假设 为前提的,文献指出计算与实验结 果 基本 符合。应用数值 分析程序+ 9?电磁瞬态程序?进行仿真对变压器偏磁的过渡过程进行数值仿真,可以考虑多种实际因素的影响,并可得到过渡过程的仿真波形,这是分析变压器偏磁问题较好的方法。仿真前首先需测定研究变压器 的 磁 化特性、电压比、各绕组的漏电抗和电阻等参数,然后当有直流偏磁时,在变压器为空载及负载两种状态下分别进行仿真。仿真的电 路如图所示。对仿真结果进行处理时,需要对变压器卜卜,、,!飞, ,、,八 洲入目 丫宁一, 一 调几 乏决 斗?凡#、变几长含 冷?5 ?飞、 二里厄子洞 日器匕 #二廿几立 变找 拭(?
5、 .、图变压器连接可控硅时的!型等值电路?/ ?和二次侧 电压、电流波形 图?= ?: 一外加电压,。一电源侧电阻,。一电 源侧电抗, #一变压器一次绕组的电阻,#一变压器一次 侧励磁电抗,。、功(一二次侧的 电阻和励磁电抗,5一变压器 的漏电抗,一负载电抗, 一可控硅,、/对一正、负半波的可控硅控制角,1.二次侧的最大电流?/8/执8&时?,5.一二次电流的直 流分 童哪 可士图仿真电路:一交流 电源 电压,567一模拟变压器直流偏磁设在二 次侧的直流电流源,:67一抵消的直流电压源?其大小可调?的一次电流5!作富氏级数展开。当其中的直流分量衰减至近似于零时,可认为已达到稳态。到达稳态时间的
6、长短与回路 电阻的大小有关。文献(对变压器偏磁进行了仿真和相应的实验,仿真与实验结果一致,说明数值仿真是研究变压器偏磁的有效方法。用实验法研究变压 器的偏磁对于工程问题,实验既是检验其它研究方法能否正确的权威手段,又是最基本的重要研究方法。对变压器偏磁问题也不例外。图变压器直 流偏磁的实验线路图是研究变压器偏磁问题的一种实验线路。图中单相变压器5和.的一次绕组分别接调压器5和.,以便分别施加可调节 的交流电压。二次绕组相串联。在该回路中设有直流 电压源和可调电阻.,以产生数值可调的直流 电流。被试变压器#的一次回路中串接电阻,是为了测量 电流之用。调节调 压器.的输出 电压使.!8,。,则变压
7、器#为空载,若.#!,则变压器#为负载状态。文献(给出了各种偏磁电流情况下有无负载时 的原、副边电流波形。可以看到!?# ?不论变压器为负载或空载,偏磁电流只在二次侧流过?(?当有偏磁时,一次侧电流波形发生畸变,正半波出现尖 峰,偏磁越大,则尖峰越高。三、抑制变压器直流偏磁的措施注入补 偿 电流以抑制 偏磁图)是应用注入补偿电流 法抑制直流偏磁的一种原理框图,图中虚线方框内的两个 9 为低通滤波器,它们分别从各次绕组中检测出其直流电流分量卜。并经过匝数换算后求得总的直流 电流安匝数, 二、咨,5 6,梦”中为流过电流5,。的某个绕组的匝数。然后,通过补偿及控制回路,在变压器 的二次绕组中注入必
8、要的补偿?直流?电流。为了尽量抑制偏磁,应使注入补偿 电流后变压器各个绕组直流安匝数的总和为零。为了确认此法抑制偏磁的效果,在一台容髦为实际装置的 的模型变压器上 迸行了一一洁#贯粉粉粉 9 5! ! !图)注入补 偿 电流抑制 变压器偏磁的原 理框图试验研究。试验表明,当有补偿时,一次侧电流波形畸变基本4消除了,补偿的效果良好。(平衡脉冲法抑 制偏磁如前所述,当交流电车通过相邻的两个电源区段时,变压器可能产生直流偏磁,这时如能预先估计出电压正、负半波不平衡的程度,控制切换的变频器,使加在变压器上的电 压正、负半波面积相等,即能抑制偏磁。图_表示变频器发出的平衡脉冲消除了当不同电源区段切换时导
9、致的电压正、负半波面 积失 衡 现象,抑制了直流偏磁。为了对变频器进行快速控制,提出了用数字式信号微处理机?69?实现的微处理机快速控制电流的系统。四、结论变压器的偏磁问题是近年来随着可控硅、 及9+等的大量应用而提出的新课题,在静止无功电力补偿和交流电车等应用领域开始受到人们的重视,人们采用几种方法研究变压器偏磁 问题。为了消除偏磁产生的影响,除了可以在变压器的电磁参数设计及系统断路器过电流整定值的选择等方面加以考虑外,必要时也可用注入适当的补偿电流或施加平衡脉冲等方法来抑制或消除偏磁。随着工业的发展,图_由变频器发出的脉冲消除电压正、负半波的不平衡变压器偏磁间题将得到更深刻的认识和解决。参
10、考文献竹田正俊,佐志田伸夫高阻抗 变压器方式静止 无功电力补偿装置电力学会静止器研究会资料,一, ,(宫胁文彦等关于变压器的直流偏磁 日本电气学会全国大会, ,?_?!_ _上岐直宽等。关于变压器的直流偏磁现象 的 分析日本电气学会高电压研究会资料,3 %一 (, ( 奚心蓉,曾根悟。交流电车通过区段时变压器偏磁抑制的9+变频器控制实验日本电气学会全国大会,( ,?!) 油谷浩助等新 干线电车运行时的离线和直 流偏磁现象。日本电气学会全国大会, ,?_?!( 吉见哲夫等。次级电流含有直流分量时变压器的偏磁 现象日本电气学会全国大会,_, _油谷浩助等用6 9的9+变换器的瞬时值控制日本电气学会
11、全国大会, ,?_?!)石川荣等车辆用9+变换器 的偏 磁抑 制控制。日本电气学会 全国大会,?_?! _?上接第 页?如果接触器&未能及时复归,当不的常开触点随后闭合时,5&的常开 触点 依然闭合着,就会启动 中间继 电器 的常开触点自保持,常闭触点断开,使控制回路闭锁。闭锁的时间取决于接触器毛7复归的时间。当5&延时复归后,中间继电器.随即复归,一个调压过程也就完成了。通常,即使性能不好的交流一一接触器也能在线圈失电后的 内复归。因4 此在防止了连调的同时,操作机构停止时不会过多地越过分接位置中心?正常的制动位置?。三、结论实践证明,这种解决方法能有效地消除变压器电动调压操作时的连调现象,并且改造简便,节省材料,提高了操作控制机构的可靠性,保证了调压操作的正常运行,
