单相变压器空载状态下的物理量

【学习任务】（1）正确理解空载电流的组成。

（2）正确理解空载电流各成分的作用。

（3）正确理解空载损耗的构成。

答案2.1

1.空载电流

二次开路时一次绕组中流过的电流称为空载电流。空载电流流过绕组后，建立交变磁动势，该磁动势在铁芯中建立交变磁通，同时也产生损耗。故空载电流包含两个分量：

（1）无功分量，又称磁化电流，起激磁作用；

（2）有功分量，供给空载时变压器的损耗。

空载电流常以它对额定电流的百分数来表示，即，其范围为2%～6%。由于有功分量所占比重极小，仅为无功分量的10%左右，所以，空载电流基本上是感性无功性质的。

空载电流（主要决定于磁化电流）的大小和波形，与变压器铁芯的饱和程度有关。铁芯的磁化曲线是非线性的，若工作点选在磁化曲线的未饱和段，磁通和空载电流是线性关系，因而当磁通为正弦波时，电流也是正弦波。若工作点在饱和段，则磁通和空载电流就是非线性关系。一般电力变压器的额定工作点都选在开始饱和段内，因此，当外施电压等于额定电压时，虽然电压为正弦波，与其相应的主磁通也是正弦波，但由于铁芯饱和，故空载电流的波形却变成尖顶波。

图2－2画出了空载电流i0的波形。曲线i0＝f（ωt）是根据磁通随时间变化的波形（曲线1）和磁化曲线（曲线2）作出的（没有考虑铁耗）。由图2－2可见，磁通是正弦波，电流i0则是尖顶波，且幅值变得很大。铁芯饱和得越厉害，电流曲线增长得也越快。

2.空载损耗

变压器空载时的损耗主要包括空载电流流过一次绕组时在电阻中产生的损耗（习惯称铜耗）和铁芯中产生的损耗（习惯称铁耗）。铁耗又包括涡流损耗和磁滞损耗。在由硅钢片制成的铁芯里，磁滞损耗为涡流损耗的5～8倍。

图2－2　磁路饱和时的空载电流波形

相对来说，由于空载电流很小，因此空载时铜耗也很小，与铁耗相比，它可以忽略不计，故可认为空载损耗就等于铁芯损耗。

变压器的铁耗通常采用下列经验公式来计算，即

式中　——频率为50 Hz、最大磁通密度为1 T时，每千克铁芯的铁耗（W/kg）；

Bm——磁通密度的最大值（T）；

f——磁通频率（Hz）；

G——铁芯重量（kg）。

实际上，变压器空载运行时，除上述的铜耗和铁耗外，还有附加损耗。产生附加损耗的原因是：在铁芯接缝处和装穿芯螺杆处的磁通密度分布不均；处于磁通中的各金属部分感应起涡流等。变压器容量小时，附加损耗也小。大容量的变压器，附加损耗有时与上述的基本铁芯损耗一样大。

空载损耗为额定容量的0.2%～1%，这一数值并不大，但是因为电力变压器在电力系统中的使用量很大，且常年接在电网上，所以减少空载损耗具有重要意义。

自测题

一、填空题(www.xing528.com)

1.空载电流包含两个分量：________，起激磁作用；________，供给空载时变压器的损耗。

2.空载电流常以它对额定电流的百分数来表示，即____________。

3.空载电流基本上是________性质。

4.变压器空载时的损耗主要为________和__________。

5.变压器的铁耗包括__________和__________。

二、选择题

1.普通三相变压器中一次侧的额定电流一般为（　　）。

2.普通单相变压器中一次侧的额定电流一般为（　　）。

3.普通三相变压器中二次侧的额定电流一般为（　　）。

4.普通单相变压器中二次侧的额定电流一般为（　　）。

答案2.2

5.一台Y，d11连接的三相变压器，额定容量SN＝630 kV·A，额定电压U1N/U2N＝10/0.4 kV，则二次侧的额定电流是（　　）。

A.21 A　B.36.4 A　C.525 A　D.909 A

三、判断题

1.空载电流的大小和波形与变压器铁芯的饱和程度有关。（　　）

2.二次绕组短路时一次绕组中流过的电流称为空载电流。（　　）

3.变压器的空载损耗可近似看作铜损耗。（　　）

4.当变压器二次绕组短路，一次绕组施加额定频率的额定电压时，一次绕组中所流过的电流称为空载电流I0。（　　）

5.铜损是指变压器的铁芯损耗，是变压器的固有损耗，在额定电压下，它是一个恒定量，并随实际运行电压成正比变化，是鉴别变压器能耗的重要指标。（　　）

四、简答题

1.变压器的空载损耗都有哪些？

2.变压器的空载电流波形是正弦波吗？