1、第22卷第4期電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)Vol.22No.42000年11月JOURNALOFEEEENov.2000變壓器勵(lì)磁電流空載電流和磁化電流辨析楊家駒崔鴻(內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)電力學(xué)院呼和浩特:010080)摘要闡述了變壓器勵(lì)磁電流、空載電流和磁化電流這三個(gè)密切相關(guān)的電流的物理意義,分析了它們之間的關(guān)系和概念上的區(qū)別。關(guān)鍵詞變壓器勵(lì)磁電流空載電流磁化電流變壓器的空載電流、勵(lì)磁電流和磁化電流都與鐵心中主磁通的建立有密切的關(guān)系,但它們?nèi)叩母拍詈臀锢硪饬x是不同的,其數(shù)值也不盡相同。i1就是空載電流i0,則im=i0。即單相變壓器空載運(yùn)行時(shí),空載電流就是勵(lì)磁電流。當(dāng)變壓器一次繞組外施正弦波電壓時(shí),為了產(chǎn)生

2、與之相平衡的感應(yīng)電勢(shì),正弦波。,建立3、5、7。如果勵(lì)磁電流的各次諧波都存在,則除基波以外,一般以三次諧波電流幅值最大,對(duì)勵(lì)磁電流波形畸變程度的影響也最大,其他高次諧波影響較小。諧波次數(shù)愈高,其幅值愈小,影響也愈小。112三相變壓器1勵(lì)磁電流和空載電流的區(qū)別勵(lì)磁電流是指產(chǎn)生勵(lì)磁磁勢(shì)的電流。在勵(lì)磁磁勢(shì)的作用下,鐵心中建立主磁通。勵(lì)磁磁勢(shì)應(yīng)是鐵心上所有繞組中的電流所產(chǎn)生的合成磁勢(shì)。繞組變壓器為例,如圖1所示。N1,電流為i1;二次繞組匝數(shù)為i2,磁磁勢(shì)Fm=i1N1+2i2=i2N2 N1,則圖1單相雙繞組變壓器Fm=i1N1+N1i2=(i1+i2)N1=imN1,其中先以Y-聯(lián)結(jié)的三相變壓器為

3、例分析,如圖2所示。Y-聯(lián)結(jié)的三相變壓器空載運(yùn)行時(shí),由于一次繞組無(wú)中線,所以一次繞組中的空載電流iOA、然而為了建立正弦波的主iOB和iOC中沒(méi)有三次諧波。磁通,勵(lì)磁電流必須是尖頂波,即勵(lì)磁電流中必須包含有三次諧波。這時(shí),勵(lì)磁電流中的三次諧波iO3是在角結(jié)的二次繞組中流通的。對(duì)三相變壓器來(lái)說(shuō),i1im=i1+i2便是勵(lì)磁電流。和i、二次繞組中的電流,即相電流。2應(yīng)是一空載電流是指變壓器二次繞組開(kāi)路,在一次繞組施加額定頻率的額定電壓時(shí)流經(jīng)一次繞組端子的電流。對(duì)三相變壓器來(lái)說(shuō),一般是指線電流?？梢?jiàn),空載電流只在一次繞組中存在,而勵(lì)磁電流可以在一、二次繞組中同時(shí)存在。下面分別對(duì)單相變壓器和三相變壓器

4、進(jìn)行分析。111單相變壓器單相變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí),如前所述,勵(lì)磁電流im=i1+i2。單相變壓器空載運(yùn)行時(shí),一次繞組中電流圖2Y-聯(lián)接變壓器因此當(dāng)Y-聯(lián)結(jié)的三相變壓器空載運(yùn)行時(shí),勵(lì)磁電流中的基波(以及5、7等次諧波)在星結(jié)的一收稿日期:2000年4月10日© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)2000年11月50次繞組中流通,這便是空載電流。而勵(lì)磁電流中的三次諧波(以及3的奇數(shù)倍次諧波)在角結(jié)的二次繞組中流通。這時(shí),空載電流并不是勵(lì)磁電流,

5、而只是勵(lì)磁電流的一部分。在有些教材中籠統(tǒng)地說(shuō)“空載電流就是勵(lì)磁電流”是不確切的。-Y聯(lián)結(jié)的變壓器如圖3所示。當(dāng)其空載運(yùn)行時(shí),空載電流(一次側(cè)線電流)iOA、iOB和iOC亦無(wú)三次諧波,而角結(jié)的一次繞組中可以流通三次諧波電流。所以繞組中勵(lì)磁電流im也是尖頂波,可產(chǎn)生正弦波磁通。但空載電流也不是勵(lì)磁電流。如果不考慮鐵心的磁滯現(xiàn)象和渦流現(xiàn)象,則主磁通5與勵(lì)磁電流im之間的關(guān)系是單值的磁化曲線。當(dāng)變壓器一次繞組外施正弦電壓時(shí),鐵心中主磁通也按正弦規(guī)律變化。通過(guò)圖5所示的作圖法可求出勵(lì)磁電流為一尖頂波(其半波是軸對(duì)稱(chēng)波形)。這個(gè)電流就是單純起磁化作用的磁化電流iu,它的基波與磁通同相位。所以,在鐵心沒(méi)有

6、磁滯與渦流現(xiàn)象的理想情況下的勵(lì)磁電流就是磁化電流。圖5圖3-Y聯(lián)接變壓器212鐵耗電流,im之間是磁滯回,鐵心。通過(guò)圖6所示的作圖法可求出勵(lì)磁電流是一個(gè)畸變了的尖頂波(其半波是軸不對(duì)稱(chēng)波形)。Y-YY-Y4所示。當(dāng)其空載運(yùn)行時(shí),由于一次繞組星結(jié)無(wú)中線,空載電流中無(wú)三次諧波,二次繞組也是星結(jié),也沒(méi)有給三次諧波電流提供通路。此時(shí),空載電流就是勵(lì)磁電流。由于勵(lì)磁電流中無(wú)三次諧波(其他高次諧波影響很小),勵(lì)磁電流近似為正弦波,使得主磁通為平頂波,從而使繞組相電勢(shì)(或相電壓)發(fā)生畸變。故此種結(jié)法的繞組只適用于小容量(1800kVA以下)心式三相配電變壓器(心式變壓器可減少磁通中3次諧波的幅值,從而減少相

7、電勢(shì)的畸變程度)。圖6磁滯回線求勵(lì)磁電路這時(shí),勵(lì)磁電流的基波不再和主磁通同相位,而是超前于主磁通5一個(gè)。h角,該角稱(chēng)為磁滯角把勵(lì)磁電流im分解為兩個(gè)分量,其一是半波為軸對(duì)稱(chēng)的尖頂波,這就是磁化電流i。另一個(gè)分量電流ih,其波形近似為一正弦波,頻率為基波頻率,在相位上超前于磁通90°,與外施電壓同相位,故是電流的有功分量,稱(chēng)為磁滯電流分量。再考慮到鐵心中的渦流現(xiàn)象,與渦流損耗對(duì)應(yīng)的電流分量ie也是有功分量。二者之和ih+ie=iFe便是鐵耗電流分量。在對(duì)變壓器進(jìn)行電路分析時(shí),由于勵(lì)磁電流im不是正弦波,故不能用相量來(lái)表示,這給計(jì)算帶來(lái)不便。在工程上為了便于測(cè)量和計(jì)算,一般用等效正弦2勵(lì)

8、磁電流與磁化電流的區(qū)別毫無(wú)疑問(wèn),變壓器主磁通是由勵(lì)磁電流產(chǎn)生的。但在交變磁場(chǎng)作用下,鐵心中主要產(chǎn)生磁滯損耗和渦流損耗(即鐵耗),所以勵(lì)磁電流不僅使鐵心磁化產(chǎn)生主磁通,而且還要提供有功功率與鐵耗相平衡。因此勵(lì)磁電流可分解為兩個(gè)分量:產(chǎn)生主磁通的磁化電流分量和平衡鐵心損耗的鐵耗電流分量。211磁化電流© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 第22卷第4期楊家駒等:變壓器勵(lì)磁電流空載電流和磁化電流辨析51波電流來(lái)代替實(shí)際的非正弦波電流。等效的條件是:1)等效正弦

9、波電流的頻率等于實(shí)際勵(lì)磁電流基波的頻率;2)等效正弦波電流的有效值等于實(shí)際非正弦勵(lì)磁電流im的有效值Im;3)等效正弦波電流的相位7m=arccosPFe E1Im或E1Imcos7m=PFe。其中PFe是鐵耗,E1是一次繞組電勢(shì)的有效值。就是說(shuō)7m的取值應(yīng)使E1與Im相作用時(shí),變壓器吸收的功率等于鐵耗。等效正弦波的勵(lì)磁電流便可用相量Im來(lái)表示。把Im分解為I(也是等效正弦波)和IFe兩個(gè)分量。前者是磁化電流在變壓器的一次繞組施加額定頻率的額定電壓而二次繞組開(kāi)路時(shí),流經(jīng)一次繞組線路端子的電流,對(duì)三相變壓器來(lái)說(shuō),一般是指線電流?？蛰d電流只在一次繞組中存在,勵(lì)磁電流則可在一、二次繞組中同時(shí)存在。單

10、相變壓器空載時(shí),空載電流就是勵(lì)磁電流,即im=io。負(fù)載時(shí),勵(lì)磁電流im=i1+i2,是折算到一次繞組的等效電流。在外施電壓的頻率和有效值不變的情況下,如果忽略繞組的漏阻抗壓降,雖然負(fù)載運(yùn)行,但由于一次繞組電勢(shì)不變,主磁通不變,勵(lì)磁電流值仍與空載電流相等,即im=i1+i2=io;如果計(jì)及繞組的漏阻抗壓降,負(fù)載后(設(shè)為感性負(fù)載),由于一次繞組電勢(shì)減少,主磁通減少,勵(lì)磁電流將比空載電流有所減少。三相變壓器空載時(shí),空載電流不一定就是勵(lì)磁電流。例如:Y-,次)。磁化電流是勵(lì)磁電流的一個(gè)分量,稱(chēng)磁化分量或無(wú)功分量,它使鐵心磁化而產(chǎn)生主磁通。勵(lì)磁電流的另一個(gè)分量是鐵耗分量或稱(chēng)有功分量,它與一次繞組電勢(shì)的

11、乘積便是鐵心損耗。勵(lì)磁電流與磁化電流的區(qū)別是很容易理解的。不計(jì)變壓器鐵耗時(shí)勵(lì)磁電流就是磁化電流。的有效值相量,它與主磁通同相位,滯后于外施電壓90°,是勵(lì)磁電流的無(wú)功分量;后者是鐵耗電流的有效值相量,它超前于主磁通90°,與外施電壓同相位,是勵(lì)磁電流的有功分量。變壓器空載時(shí),主磁通勵(lì)磁電流Im、外施電壓U1與一次繞組電勢(shì)E1的5、相位關(guān)系如圖7所示?？紤]到渦流損耗后,勵(lì)磁電流超前于主磁通一個(gè)角,該角稱(chēng)為鐵耗角,角。h稍大圖75、Im、U1、E1的相位關(guān)系1許實(shí)章1電機(jī)學(xué)1北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1988參考文獻(xiàn)3結(jié)論勵(lì)磁電流是產(chǎn)生勵(lì)磁磁勢(shì)的電流。空載電流是2張國(guó)兵1變壓器空載

12、電流諧波測(cè)量的分析1變壓器,1997(1)AnalysisandDistinguishingoftheExcitationCurrent,No-loadCurrentandMegnetizationCurrentoftheTransformerYangJiaju,CuiHong(InnerMongoliaPolytechnicUniversityElectricPowerCollege,Hunehaote010080,China)Abstract:Thearticleshowsthatthephysicalmeaningofthethreecloselyrelatedcurrents.Theyaretheex2citationcurrent,no2loadcurrentandmagnetizationcurrentoftransformer.Andtheirinterconnectionanddiffer