单相双绕组变压器空负载运行特性分析

武雪峥 张玲玲 洪腾腾 李雪颖

摘 要：为研究变压器空载和负载运行时的物理过程及参数特性，本文根据空载运行下的磁电平衡关系以及负载运行下的磁势平衡关系，分别建立变压器空载和负载运行下的平衡方程式，并研究由方程式所反映出来的变压器空负载运行下的不同特性，为分析变压器运行特性提供依据。

关键词：变压器;空载运行;负载运行

中图分类号：TM401文献标识码：A文章编号：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

变压器属于电机学范畴，是一种最简单的电机。其基本工作原理是以磁场为媒介，通过电磁感应理论，将一种电压转化成另一种同频率电压。基本结构包括原、副邊绕组和铁芯，按绕组和相数主要分为单相双绕组升降压变压器和三相三绕组升降压变压器，其中单相双绕组式为比较常用的一种。变压器主要可以用来实现电力系统中电压电流变换、隔离、稳压等功能。

变压器是整个电力系统变电站里非常重要的一个环节，承担着电能传送、分配的任务和不同电压等级之间承上启下的转换功能，是电力系统运行的枢纽，是变电站的重要设备，因此，变压器的安全稳定运行对于供电、用电的安全稳定以及国民经济有较大的意义。有研究对变压器进行优化改造，提高了变压器的节能性、经济性，降低了损耗，保证了供电安全[1];通过采集商场负荷实际运行数据，结合对变压器的运行效率分析，确定了变压器的最优负荷率，较好地达到了节能效果[2];分析了变压器在运行中存在的问题，并提出解决方案，有效地保证了变压器正常运行，提高电力系统运行的安全性[3-4]。

本文主要从变压器的空载和负载运行特性出发，通过分析变压器空负载平衡方程式，得到变压器空载运行时损耗和空载电流，并分析负载时二次侧输出电压的变化，探究变压器运行时的物理状态，为设计变压器、研究变压器运行效率和经济性打下基础。

1 变压器空载运行

单相双绕组变压器空载示意图如图1所示，其中，变压器一次侧绕组匝数为[N1]，二次侧绕组匝数为[N2]，当变压器二次侧开路，一次侧加额定电压[U1]时，其运行状态叫变压器空载运行[5]，图中，[U1]为一次侧额定电压，[E1.]为一次侧主电势，[E1σ.]为一次侧漏电势，[I0]为一次侧空载电流，[Φ0]为主磁通，[Φ1σ]为一次侧漏磁通，[E2.]为二次侧主电势。

由式（18）可得，二次侧的功率等于一次侧负载后的功率减去一次侧空载的功率，也就是一次侧的能量经过主磁通交链到了二次侧。

所以，通过分析变压器负载运行方程式，人们可以获悉如下负载特性。由式（17）可知，当变压器加上负载后，随着负载电流[I2]的增加，二次侧内部的阻抗压降[I2Z2]也会增加，使二次侧输出的电压[U2]发生变化。另外，由于一次侧电流[I1]随[U2]增加，[I2]增加时，一次侧漏阻抗上的压降也增加，一次侧电动势[E1]和二次侧电动势[E2]会有所下降，这也会影响变压器二次侧的输出电压[U2]。所以，进一步研究影响变压器二次侧输出电压的因素具有非常重要的实际意义。

3 结论

通过变压器空载运行时建立电压平衡方程式，人们可以测得变压器空载运行的基本参数及特点，分析变压器空载运行时的空载电流和空载损耗特性，判断变压器的工艺设计是否满足技术条件，为研究变压器磁路或整体设计需要改进的地方打下基础。通过分析变压器负载运行时的磁势平衡方程式可知，变压器负载运行时，二次侧输出电压会随着二次侧电流的变化而变化，由此可进一步分析变压器负载运行效率高低以及变压器运行的经济性，其具有很重要的实用意义。

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