单相变压器直流偏磁的仿真与试验分析.pdf

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1、研究与开发单相变压器直流偏磁的仿真与试验分析储朝晖傅正财(上海交通大学电气工程系，上海200030)摘要本文测量直流偏磁前后单相变压器的励磁电流波形及其谐波，分析其在直流偏磁前后的变化情况。然后基于Jiles—Antherton变压器模型求出直流偏磁后变压器的磁化曲线。利用求得的变压器磁化曲线数据，对变压器进行三维有限元仿真，计算得到变压器的瞬时磁通密度分布、磁通密度谐波、励磁电流波形直流偏磁前后变化情况。其中，变压器励磁电流仿真波形与试验波形吻合较好，验证了仿真的可靠性和正确性。关键词：直流偏磁；单相变压器；有限元法；谐波Simula

2、tionandExperimentalAnalysisofSingle—phaseTransformersunderDCBiasChuZhaohuiFuZhengcai(Depa~mentofElectricalEngineering，ShanghaiJiaotongUniversity,Shanghai200030)AbstractInthispaper，theexcitingcurrentwavefelrmandharmonicoftransformerwastestedwithorwithoutDCbiassoastoanalyz

3、etheirchanges．ThenthemagnetizationcurveoftransfcIrmerwascalculatedunderDCbias．basedonJiles．Anthertontransfclrmermode1．Usingthedataofmagnetizationcurve，thechangesofinstantaneousmagneticfielddistribution，fluxdensityharmonicandthewaveformofexcitingcurrentcouldbeobtainedthro

4、ughthreedimensionalfiniteelementcalculations．Amongtheabove，thewaveformofexcitingcurrentbysimulationandbyexperimentmatchedwell，whichverifiedthereliabilityandcorrectnessofthesimulationoftransformer．Keywords：DCbias；single—phasetransformer；finiteelementmethod；harmonies影响的分析鲜

5、见报道。本文首先对单相三柱变压器1引言额定负载和空载两种状态进行了直流偏磁试验，分直流输电有单极和双极两种运行方式，当单极析了直流偏磁对励磁电流波形和谐波产生的影响。运行或双极中有一极检修或故障退出运行时，直流然后利用PSPICE软件中基于Jiles．Antherton理论建单极经大地形成回路。直流电流流入大地，通过交立的变压器模型和本文试验测得的励磁电流波形，流变压器的中性点接地流入交流变压器，从而引起求得较为精确的变压器铁心磁化曲线。最后结合求变压器直流偏磁。直流偏磁会影响变压器的正常工得的磁化曲线数据，采用三维有限元非线性算法研作

6、，导致变压器励磁电流波形畸变、高次谐波增加，究直流偏磁前后变压器铁心瞬时磁通密度分布、磁变压器构件温度显著升高、振动噪声增大，变压器通密度谐波的变化情况。绝缘老化加快从而使得运行使用寿命缩短等一系列2单相变压器直流偏磁试验后果ll】。随着我国超高压直流输电网络不断扩大，直流输电引起交流变压器直流偏磁将会越来越频模型单相变压器参数为：额定容量500VA，额繁，所以有必要对直流偏磁做深入研究。定电压220V／380V，绕组直流电阻3．0／7．2Q，匝数目前国内外开展的直流偏磁研究工作主要集中360／204。变压器铁心整体高度为113mm，宽

7、135mm，在对变压器励磁电流的分析以及直流偏磁变压器计厚72mm；其中铁心中心柱宽47mm，旁柱宽24mm，算模型的推导l2】。直流偏磁对变压器内部磁场分布上下铁轭高度为24mm。22f电技玳2011年第4期研究与开发单相变压器试验接线如图1所示。测交流电流单独00O0变压器空载状态下，加入直流电流，Dc=0．115=∞Ⅲ作用时，直流电压源断开，刀闸闭合将其短路；测交直46．2％／o时，直流偏磁前后励磁电流谐波变化如图4。电流混合作用时，直流电压源接通，刀闸打开；这样可70；6。以保证了加入直流分量前后电路阻抗的一致性。,1i浊器l3

8、。Q：23456T8910谐渡淡数l＼>>／^，，{箱高啦Jl、甜斑I乜⋯犍驰监llI器图4直流偏磁前后空载电流谐波分量对比(』DC=0．106A)]，一图1单相变压器直流偏磁试验接线变压器空载状态下，加入