單相雙繞組變壓器空負載運行特性分析

武雪崢 張玲玲 洪騰騰 李雪穎

摘 要：為研究變壓器空載和負載運行時的物理過程及參數特性，本文根據空載運行下的磁電平衡關系以及負載運行下的磁勢平衡關系，分別建立變壓器空載和負載運行下的平衡方程式，并研究由方程式所反映出來的變壓器空負載運行下的不同特性，為分析變壓器運行特性提供依據。

關鍵詞：變壓器;空載運行;負載運行

中圖分類號：TM401文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2020）26-0053-03

Abstract： In order to study the physical process and parameter characteristics of the transformer under no-load and load operation， this paper established the balance equations of the transformer under no-load and load operation according to the magnetic-electric balance relationship under no-load operation and the magnetic potential balance relationship under load operation， and studied the different characteristics of the transformer under no-load operation reflected by the equation to provide a basis for analyzing the operating characteristics of the transformer.

Keywords： transformer;no-load operation;load operation

變壓器屬于電機學范疇，是一種最簡單的電機。其基本工作原理是以磁場為媒介，通過電磁感應理論，將一種電壓轉化成另一種同頻率電壓。基本結構包括原、副邊繞組和鐵芯，按繞組和相數主要分為單相雙繞組升降壓變壓器和三相三繞組升降壓變壓器，其中單相雙繞組式為比較常用的一種。變壓器主要可以用來實現電力系統中電壓電流變換、隔離、穩壓等功能。

變壓器是整個電力系統變電站里非常重要的一個環節，承擔著電能傳送、分配的任務和不同電壓等級之間承上啟下的轉換功能，是電力系統運行的樞紐，是變電站的重要設備，因此，變壓器的安全穩定運行對于供電、用電的安全穩定以及國民經濟有較大的意義。有研究對變壓器進行優化改造，提高了變壓器的節能性、經濟性，降低了損耗，保證了供電安全[1];通過采集商場負荷實際運行數據，結合對變壓器的運行效率分析，確定了變壓器的最優負荷率，較好地達到了節能效果[2];分析了變壓器在運行中存在的問題，并提出解決方案，有效地保證了變壓器正常運行，提高電力系統運行的安全性[3-4]。

本文主要從變壓器的空載和負載運行特性出發，通過分析變壓器空負載平衡方程式，得到變壓器空載運行時損耗和空載電流，并分析負載時二次側輸出電壓的變化，探究變壓器運行時的物理狀態，為設計變壓器、研究變壓器運行效率和經濟性打下基礎。

1 變壓器空載運行

單相雙繞組變壓器空載示意圖如圖1所示，其中，變壓器一次側繞組匝數為[N1]，二次側繞組匝數為[N2]，當變壓器二次側開路，一次側加額定電壓[U1]時，其運行狀態叫變壓器空載運行[5]，圖中，[U1]為一次側額定電壓，[E1.]為一次側主電勢，[E1σ.]為一次側漏電勢，[I0]為一次側空載電流，[Φ0]為主磁通，[Φ1σ]為一次側漏磁通，[E2.]為二次側主電勢。

由式（18）可得，二次側的功率等于一次側負載后的功率減去一次側空載的功率，也就是一次側的能量經過主磁通交鏈到了二次側。

所以，通過分析變壓器負載運行方程式，人們可以獲悉如下負載特性。由式（17）可知，當變壓器加上負載后，隨著負載電流[I2]的增加，二次側內部的阻抗壓降[I2Z2]也會增加，使二次側輸出的電壓[U2]發生變化。另外，由于一次側電流[I1]隨[U2]增加，[I2]增加時，一次側漏阻抗上的壓降也增加，一次側電動勢[E1]和二次側電動勢[E2]會有所下降，這也會影響變壓器二次側的輸出電壓[U2]。所以，進一步研究影響變壓器二次側輸出電壓的因素具有非常重要的實際意義。

3 結論

通過變壓器空載運行時建立電壓平衡方程式，人們可以測得變壓器空載運行的基本參數及特點，分析變壓器空載運行時的空載電流和空載損耗特性，判斷變壓器的工藝設計是否滿足技術條件，為研究變壓器磁路或整體設計需要改進的地方打下基礎。通過分析變壓器負載運行時的磁勢平衡方程式可知，變壓器負載運行時，二次側輸出電壓會隨著二次側電流的變化而變化，由此可進一步分析變壓器負載運行效率高低以及變壓器運行的經濟性，其具有很重要的實用意義。

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