单相变压器的空载运行优化方案

空载，指一次绕组接到电源（初级1），二次绕组（次级2）开路。

1.空载运行时的物理情况（见图1-2-1）

图1-2-1　单相变压器空载运行结构示意图

1）变压器空载时各电磁量间的关系（见图1-2-2）

图1-2-2　变压器空载时各电磁量间的关系

主磁通与漏磁通的区别：

（1）性质上：Φ0与I0成非线性关系；1σΦ 与I0成线性关系。

（2）数量上：占99%以上，仅占1%以下。

（3）作用上：Φ0起传递能量的作用，1σΦ 起漏抗压降作用。

2）各电磁量参考方向的规定

规定电流的正方向与该电流所产生的磁通正方向符合“右手螺旋”定则，规定磁通的正方向与其感应电势的正方向符合“右手螺旋”定则。电流正方向与电势正方向一致。

3）感应电动势分析

（1）主磁通感应的电动势——主电动势。

可见，当主磁通按正弦规律变化时，所产生的一次主电动势也按正弦规律变化，时间相位上滞后主磁通90°。主电动势的大小与电源频率、绕组匝数及主磁通的最大值成正比。

（2）漏磁通感应的电动势。

漏电动势也可以用漏抗压降来表示，即

由于漏磁通主要经过非铁磁路径，磁路不饱和，故磁阻很大且为常数，所以漏电抗很小且为常数，它不随电源电压负载情况而变。

2.空载电流和空载损耗

1）空载电流(www.xing528.com)

（1）作用与组成。

空载电流包含两个分量，一个是励磁分量，作用是建立磁场，另一个是铁损耗分量，主要作用是供铁损耗。

（2）性质和大小。

性质：由于空载电流的无功分量远大于有功分量，所以空载电流主要是感性无功性质，也称励磁电流。

大小：与电源电压和频率、线圈匝数、磁路材质及几何尺寸有关，用空载电流百分数I0%来表示：

2）空载损耗

变压器空载时一次侧从电源吸收少量有功功率 P0，供给铁损耗 PFe和绕组铜损耗：由于I0和R1均很小，所以P0≈PFe，即空载损耗近似为铁损耗：

对于已制成变压器，铁损与磁通密度幅值的平方成正比，与电流频率的1.3 次方成正比，即：空载损耗约占额定容量的0.2%～1%，而且随变压器容量的增大而下降。为减少空载损耗，改进设计结构的方向是采用优质铁磁材料，如优质硅钢片、激光化硅钢片或应用非晶态合金。

3.空载时的电动势方程、等效电路和相量图

1）一次侧电动势平衡方程

忽略很小的漏阻抗压降，并写成有效值形式，有

则

可见，影响主磁通大小的因素有电源电压和频率，以及一次线圈的匝数。

2）二次侧电动势平衡方程

对三相变压器，变比为一、二次侧的相电动势之比，近似为额定相电压之比，具体为