變壓器空載損耗簡介

變壓器是電力系統(tǒng)中最重要的電氣設(shè)備之一，降低其電能損耗對電網(wǎng)具有重要的經(jīng)濟意義?？蛰d損耗是變壓器的重要參數(shù)，只要投入電網(wǎng)，不論空載還是帶多大負荷，空載損耗都是一樣的，空載損耗與變壓器帶負荷多少無關(guān)。只要變壓器常年接在電源上，空載損耗就存在，它需要長期消耗能量，可見降低空載損耗的必要性。

影響變壓器空載性能的因素很多，如硅鋼片的材料性能，加工工藝及裝備、鐵芯的結(jié)構(gòu)形式等。要制造出空載損耗更低的變壓器，一方面要用單位損耗更低的硅鋼片；另一方面要改進結(jié)構(gòu)和提高制造工藝水平。但不能單純靠使用單位損耗更低的硅鋼片來降低空載損耗，這樣會增加鐵芯制造成本。而通過改進結(jié)構(gòu)和提高制造工藝水平降低空載損耗，既能夠節(jié)約材料，又能節(jié)約成本和能源，只有在結(jié)構(gòu)和工藝水平已經(jīng)改進還不能滿足性能需要的情況下，才采用單位損耗更低的硅鋼片 。

要降低變壓器的空載損耗，就要了解空載損耗的組成，每部分的影響因素。針對這些因素，采取一些可行的方法達到降低空載損耗的目的。變壓器的空載損耗主要由鐵芯片中的磁滯損耗、渦流損耗和附加損耗組成。

1.磁滯損耗

由于鐵芯受交變電流周期性變化的影響，鐵磁材料偶極子的排列也隨著作周期性變化并產(chǎn)生磁滯現(xiàn)象，因而產(chǎn)生鐵芯交變磁化的功率損失，通常稱磁滯損耗。

2.渦流損耗

當穿過鐵芯的磁通變化時，在鐵芯內(nèi)就會產(chǎn)生渦流，它環(huán)流于與磁通向量垂直的平面內(nèi)。渦流所產(chǎn)生的磁化力總是力圖阻止原有的磁化力的變化，因而產(chǎn)生渦流損耗。

3.鐵芯附加損耗

鐵芯的附加損耗大小主要由以下因素決定：

（1）材質(zhì)特性。如硅鋼片的方向特性、加工劣化特性及絕緣膜的特性等。

（2）設(shè)計結(jié)構(gòu)。如鐵芯接縫形式、鐵芯疊積方式、鐵芯搭接寬度等。

（3）工藝加工。如沖剪加工的尺寸精度和毛刺大小、硅鋼片在搬運和疊裝過程中的輕拿輕放以及疊裝質(zhì)量等 。

通過對空載損耗的分析，鐵芯的磁滯損耗和渦流損耗主要是由硅鋼片生產(chǎn)企業(yè)決定的，附加損耗是由變壓器制造企業(yè)決定的。鐵芯磁通密度是影響變壓器鐵芯空載損耗的重要參數(shù)，因此，要降低空載損耗，在鐵芯有效截面不變的前提下，必須使鐵芯各個部分的磁通密度分布趨于均勻，降低鐵芯拐角處局部磁通密度。

1.交錯接縫改為三階接縫

由于變壓器鐵芯硅鋼片接縫存在間隙，磁通經(jīng)過接縫處磁阻突然增大，磁通只好繞開接縫間隙，穿過片間進入相鄰疊片，從而局部磁路加大，且穿越片間磁阻增大，同時也使相鄰疊片局部磁密增大，導(dǎo)致空載損耗與勵磁容量增大。

變壓器鐵芯接縫級數(shù)越多，接縫區(qū)的局部損耗越低，但是局部損耗的降低幅度越小，而鐵芯疊片種數(shù)、硅鋼片剪切和鐵芯疊裝工時及鐵芯疊片的工藝難度將隨著接縫級數(shù)的增加而增加。

在實用上，考慮到隨著級數(shù)的增加，硅鋼片剪切和鐵芯疊裝工時都相應(yīng)增加，疊片工藝性變壞。考慮如果采用三級接縫，選用合適的片型，芯柱只增加一種片型，工藝復(fù)雜程度稍有增加而磁性能又明顯改善。鐵芯三級接縫就是由三種型式疊片輪流疊成。根據(jù)冶金電修企業(yè)的工藝水平及接縫處磁性能數(shù)據(jù)，采用三級接縫是改善交錯接縫鐵芯的較理想選擇。

以S9- 800/10和S9- 1000/10電力變壓器為例，同種變壓器采用相同的設(shè)計方案、結(jié)構(gòu)和材料，鐵芯采用不同的搭接方式，其中800kVA4臺采用交錯接縫3臺采用三級接縫，1000kVA2臺采用交錯接縫3臺采用三級接縫。

通過試驗數(shù)據(jù)，可以得出在鐵芯柱截面不變的情況下，三級接縫比交錯接縫空載損耗平均下降7%~8%左右。三級接縫只是芯柱增加一種片型，硅鋼片的剪切和鐵芯的疊裝工時略有增加，但取得的成效是顯著的。

2.減小鐵芯搭接寬度，降低鐵芯空載損耗

在鐵芯疊片拐角處，芯柱片與橫軛片接縫區(qū)搭接寬度的大小對變壓器空載性能有一定的影響。搭接面積大，磁通穿過的區(qū)域便相應(yīng)增大，從而造成空載損耗增大。根據(jù)鐵芯模型試驗得出，搭接面積每增加1%，45°接縫的空載損耗會增加0.3%。要降低空載損耗，必須研究在滿足機械強度的前提下，選擇空載損耗與機械強度都是最佳的搭接面積。

改變鐵芯疊片塔接面積，減小鐵芯中部分三角空穴的大小，降低三角空穴處的局部磁通密度，可以降低變壓器空載損耗。我們公司配電變壓器原來鐵芯疊片出角為10mm，現(xiàn)已改為5mm，取得一定的降耗效果。鐵芯疊片出角由10mm改為5mm，使鐵芯拐角三角空穴處截面積增加，三角空穴處局部磁通密度必然降低。

3.合理選擇鐵芯片寬，減小鐵芯角重，降低鐵芯材料，降低空載損耗

鐵芯的空載損耗與鐵芯的單位鐵損和鐵芯的重量有關(guān)，而鐵芯的角重又是鐵芯重量的一部分，所以鐵芯的角重不僅影響變壓器的成本，而且直接影響變壓器的空載損耗。

探討鐵芯片寬選擇與鐵芯角重變化規(guī)律的前提條件是：

（1）鐵芯的級數(shù)必須相等。

（2）鐵芯直徑為D，鐵芯的主級片寬按D減5mm或減10 mm來選擇片形組合。由各級次的片寬和疊厚構(gòu)成了不等的鐵芯直徑，兩種鐵芯最大一級差值控制在 0.3 mm 以下，即不能因為鐵芯直徑超差而影響繞組的套裝。

（3）不同片形的鐵芯有效截面積理論上相等。

這樣做的目的可以保證選擇相同的磁通密度，從而得到相同的單位鐵損。

（4）鐵芯柱截面的片寬和疊厚與鐵芯軛截面必須一致。

在設(shè)計過程中，當確定了合適的鐵芯直徑后，選擇主級鐵芯的片寬時，建議選擇片寬D減10mm的效果要優(yōu)于D減5mm的效果，它的優(yōu)點在于：

①各級片寬逐級遞減；

②在保證鐵芯有效截面積相等的情況下，鐵芯的角重減少了；

③鐵芯的高度降低10mm，油箱的整體高度也降低了10mm，變壓器的用料也節(jié)省了 。

（1）鐵芯采用多級接縫可降低變壓器鐵芯空載損耗，可以根據(jù)生產(chǎn)實際情況采取接縫級數(shù)，考慮變壓器片型、工時、性能等方面，一般采用三級接縫即可。

（2）減小鐵芯搭接面積，可以降低鐵芯空載損耗。對于變壓器可根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)確定搭接面積的大小。

（3）合理選擇鐵芯片寬，減小鐵芯角重，降低鐵芯材料，降低空載損耗。在確定了鐵芯直徑后，選取主級片寬比直徑小10mm的效果優(yōu)于比直徑小5mm的效果。

除了以上三個方面，在鐵芯的制作過程當中，鐵芯片毛刺大小、硅鋼片在吊運過程中彎曲程度、碰撞程度、鐵芯片的夾緊程度，都會影響變壓器的空載損耗，這些情況也不容忽視 。

匝電勢：

u=4.44*f*B*At,V

其中：B—鐵心中的磁密，T

At—鐵心有效截面積，平方米

可以轉(zhuǎn)化為變壓器設(shè)計計算常用的公式：

當f=50Hz時：u=B*At/450*10^5,V

當f=60Hz時：u=B*At/375*10^5,V

如果你已知道相電壓和匝數(shù)，匝電勢等于相電壓除以匝數(shù)變壓器空載損耗計算-變壓器的空載損耗組成 。

影響變壓器空載損耗鐵損的因素很多，以數(shù)學(xué)式表示，則式中Pn、Pw——表示磁滯損耗和渦流損耗

kn、kw——常數(shù)

f——變壓器外施電壓的頻率赫

Bm——鐵芯中最大磁通密度韋/米2

n——什捷因麥茲常數(shù)，對常用的硅鋼片，當Bm=（1．0～1．6）韋/米2時，n≈2，對使用的方向性硅鋼片，取2．5～3．5。

根據(jù)變壓器的理論分析，假定初級感應(yīng)電勢為E1（伏），則：

E1=KfBm（2）

K為比例常數(shù)，由初級匝數(shù)及鐵芯截面積而定，則鐵損為：

由于初級漏阻抗壓降很小，若忽略不計，2100433B

空載損耗：當變壓器二次繞組開路，一次繞組施加額定頻率正弦波形的額定電壓時，所消耗的有功功率稱空載損耗。算法如下：

空載損耗=空載損耗工藝系數(shù)×單位損耗×鐵心重量

負載損耗：當變壓器二次繞組短路（穩(wěn)態(tài)），一次繞組流通額定電流時所消耗的有功功率稱為負載損耗。算法如下：

負載損耗=最大的一對繞組的電阻損耗 附加損耗

附加損耗=繞組渦流損耗 并繞導(dǎo)線的環(huán)流損耗 雜散損耗 引線損耗

阻抗電壓：當變壓器二次繞組短路（穩(wěn)態(tài)），一次繞組流通額定電流而施加的電壓稱阻抗電壓Uz。通常Uz以額定電壓的百分數(shù)表示，即uz=(Uz/U1n)*100%