變壓器空載運(yùn)行指變壓器一次繞組接額定頻率、 額定電壓的交流電源，二次繞組開路的運(yùn)行狀態(tài)。

　　一、空載運(yùn)行時的電磁過程

　　

 

　　圖1.3.2-2 變壓器空載運(yùn)行時各物理量的關(guān)系

　　變壓器一次繞組接交流電壓

(習(xí)慣取參考正方向由首端A指向尾端X)

 

　　一次繞組中產(chǎn)生空載電流

; (習(xí)慣取參考正方向與 正方向一致)

 

　　空載電流在一次繞組的電阻r1上產(chǎn)生壓降

r1 ;

 

　　空載電流還建立空載磁動勢

，產(chǎn)生交變的磁通 (習(xí)慣取參考正方向與電流正方向符合"右手螺旋定則");

 

　　鐵心磁導(dǎo)率遠(yuǎn)大于空氣磁導(dǎo)率，絕大部分磁通沿鐵心閉合， 同時交鏈一、二次繞組，稱為主磁通Φ。另外有很少一部分磁通只交鏈一次繞組，主要沿非鐵磁材料閉合，稱為一次繞組的漏磁通

(主磁通與漏磁通的區(qū)別)：

 

　　(1) 路徑不同。主磁通沿鐵磁材料閉合，鐵磁材料磁阻小，但存在飽和性，磁化曲線是非線性的;漏磁通主要沿非鐵磁材料閉合，非鐵磁材料磁阻大，但不存在飽和性，磁化曲線是線性的。

　　(2) 作用不同。主磁通同時交鏈一、二次繞組，起一、二次繞組間的耦合作用，是變壓器實現(xiàn)能量傳遞的媒介;漏磁通僅交鏈一次繞組，只在一次電路中產(chǎn)生壓降。

　　根據(jù)電磁感應(yīng)定律,主磁通在一.二次繞組中分別感應(yīng)電動勢

和 (習(xí)慣取電動勢參考正方向與磁通正方向符合"右手螺旋定則")漏磁通只在一次繞組中感應(yīng)漏電動勢 ;

 

　　二次繞組開路,二次繞組電流

2 (習(xí)慣取參考正方向與 2 正方向一致)等于零;

 

　　二次繞組開路電壓為

20(習(xí)慣取參考正方向與 2正方向一致)。

 

　　二、空載運(yùn)行時的主要物理量

　　電源電壓

　　空載運(yùn)行時，一次繞組所接電源為額定頻率、額定電壓的正弦交流電，其相量表示為

1 。在變壓器運(yùn)行中， 可認(rèn)為 1的數(shù)值基本保持不變(由供電質(zhì)量保證)。

 

　　感應(yīng)電動勢

　　(1) 主磁通感應(yīng)的電動勢

1 和 2 設(shè)主磁通 ，根據(jù)電磁感應(yīng)定律，一次繞組的感應(yīng)電動勢為

 

　　

 

　　一次繞組漏電感系數(shù)L1為常數(shù)，所以漏磁通的大小與產(chǎn)生漏磁通的電流成正比，且相位相同。 x1為一次繞組的漏抗,它與一次繞組的漏磁通相對應(yīng),為常量。

 

　　漏磁通感應(yīng)的電動勢可用漏抗壓降形式表示，這就將復(fù)雜的磁路問題簡化為電路問題，這是電機(jī)工程中常采用的方法，在今后的學(xué)習(xí)中要特別注意。

　　空載電流

　　(1) 空載電流的組成與作用

　　空載電流

建立空載磁動勢 0，該磁動勢在鐵心中產(chǎn)生交變磁通,交變磁通必產(chǎn)生鐵心損耗。因此空載電流包含兩個分量：

 

　　一是產(chǎn)生主磁通的無功分量，又稱磁化電流，起激磁作用，與主磁通同相位，用

µ表示 ;

 

　　另一是對應(yīng)變壓器鐵心損耗的有功分量，又稱鐵耗電流，超前主磁通90°，用

Fe表示。

 

　　(2) 空載電流的大小與性質(zhì)

　　由磁路歐姆定律(

)可知，空載電流(i)的大小與一次繞組的匝數(shù)(N)、磁路的磁通(Φ)和磁阻(Rm )有關(guān)。 磁通的大小由電源電壓決定，因此電源電壓的波動影響空載電流的大小。當(dāng)電源電壓一定且繞組匝數(shù)不變時，空載電流只與磁路的磁阻有關(guān)。影響磁路磁阻的因素有鐵心尺寸、鐵心材料、鐵心飽和程 度和疊片工藝等。

 

　　空載電流的數(shù)值很小，一般僅占額定電流的2%至10%,并且變壓 器容量愈大，空載電流的百分?jǐn)?shù)愈小。在空載電流的兩個分量中，有功分量所占比重極小，僅為無功分量的10%左右，因此空載電流基本上是屬于無功性質(zhì)的，通常又稱為激磁電流。

　　(3) 空載電流的波形與影響因素

　　由磁路歐姆定律可知，空載電流(i)的波形與磁路的磁通(Φ) 和磁阻(Rm)有關(guān)。對于單相變壓器而言，當(dāng)電源電壓為正弦波時，與其相應(yīng)的主磁通也為正弦波，因此空載電流的波形僅與磁路的磁阻有關(guān)，即與變壓器鐵心的飽和程度有關(guān)。鐵心的磁化曲線是非線 性的，鐵心的飽和程度與變壓器的額定工作點的選擇有關(guān)。若工作點選在磁化曲線的未飽和段，空載電流與磁通是線性關(guān)系，即為正弦波。若工作點選在磁化曲線的飽和段，空載電流與磁通是非線性關(guān)系，即為尖頂波。如圖1.3.3-1所示。并且鐵心愈飽和，空載電流的尖頂波愈尖。一般電力變壓器的額定工作點都選在微飽和段內(nèi)，因此空載電流為尖頂波。

　　

 

　　圖1.3.3-1 空載電流的波形

　　

 

　　空載損耗

　　變壓器空載運(yùn)行時的有功損耗稱為空載損耗。主要包括空載電 流流過一次繞組時在電阻中產(chǎn)生的損耗(銅耗)和交變磁通穿過鐵 心時在鐵心中產(chǎn)生的損耗(鐵耗)。鐵耗占主要分量，可認(rèn)為空載 損耗等于鐵耗。鐵耗由渦流損耗和磁滯損耗組成。

　　三、空載運(yùn)行時的方程式

　　根據(jù)基爾霍夫第二定律，參照圖1.3.2-1所示參考正方向和圖1.3.2-2所示空載運(yùn)行時各物理量的關(guān)系，可得一、二次繞組的電 動勢平衡方程式。

　　(一) 一次繞組電動勢平衡方程式

　　

 

　　對單相變壓器,變比近似等于額定電壓之比;

　　對三相變壓器,變比近似等于額定相電壓之比

　　四、空載運(yùn)行時的等效電路

　　空載運(yùn)行時的等效電路推導(dǎo)如下： 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

 

　　與上式對應(yīng)的等效電路如圖1.3.5-1所示。需注意：等效電路中的激磁阻抗參數(shù)zm、和xm是變量，隨電源電壓變化，即隨鐵心的飽和程度變化。但電源電壓基本不變(為額定電壓)，所以等效電路中的激磁阻抗參數(shù)一般取額定電壓時的值，且認(rèn)為是常量。另外，由于主磁通沿鐵心閉合，所遇磁阻大大小于漏磁通所遇磁阻，因此zm>>z1 。

　　

 

　　圖1.3.5-1 變壓器空載運(yùn)行時的等效電路

　　五、空載運(yùn)行時的相量圖

　　相量圖可直觀反映各物理量之間的相位關(guān)系。根據(jù)變壓器空載運(yùn)行時各物理量之間的數(shù)學(xué)關(guān)系可作出空載運(yùn)行的相量圖。

　　

 

　　圖1.3.6-1 變壓器空載運(yùn)行時的相量圖

　　作圖步驟如下：