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变压器损耗构成及计算方法

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  • 发布时间:2015/5/22 15:25:45
  • 作者:hb_yinhe

  变压器损耗由空载损耗和负载损耗构成,本文主要介绍空载损耗和负载损耗的具体构成,以及各种变压器损耗的计算方法?

变压器空载损耗

  变压器的空载损耗又称铁耗,它属于励磁损耗,与负载无关。空载损耗的组成包括铁芯材料的磁滞损耗、涡流损耗以及附加损耗三部分。

01磁滞损耗

  磁滞损耗是铁磁材料在反复磁化过程中由于磁滞现象所产生的损耗。磁滞损耗的大小与磁滞回线的面积成正比。微观地来看,磁滞损耗与硅钢片内部的结晶方位、结晶纯度、内部晶粒的畸变等因素都有关系。 由于磁滞回线的面积又与最大磁密Bm的平方成正比,因此磁滞损耗约和最大磁密 Bm 的平方成正比。此外,磁滞损耗是由交变磁化所产生,所以它的大小还和交变频率f有关。磁滞损耗Pc的计算公式
磁滞损耗Pc的计算公式
式中,C1——由硅钢片材料特性所决定的系数(与铁芯磁导率、密度等有关);
   Bm——交变磁通的最大磁密;
   f——频率;
   V ——铁磁材料总体积。

02涡流损耗

  由于铁芯本身为金属导体,所以由于电磁感应现象所感生的电动势将在铁芯内产生环流,即为涡流。由于铁芯中有涡流流过,而铁芯本身又存在电阻,故引起了涡流损耗。涡流损耗Pw的计算公式:
涡流损耗Pw的计算公式
式中,C2——决定于硅钢片材料性质的系数;
   t ——硅钢片的厚度;
   ρ ——硅钢片的电阻率。

03附加铁损

  附加铁损不完全决定于材料本身,而主要与变压器的结构及生产工艺等有关。所以无论什么类型的变压都存在附加铁损,只不过有大小的差别而已。
  通常,引起附加损耗的原因主要有:
  1) 磁通波形中有高次谐波分量,它们将引起附加涡流损耗;
  2) 由于机械加工所引起的磁性能变坏所导致损耗增大;
  3) 在铁芯接缝以及芯柱与铁軛的T 型区等部位所出现的局部损耗的增大等。
  对于附加铁损的计算,常借助引入一个“附加损耗系数”的办法来处理,当然这纯粹是一个经验系数,不可能依靠理论推导来求得。

04变压器空载损耗的计算

  在实际设计中,空载损耗的计算是通过先计算出铁芯的总质量,再乘以单位质量的铁损去计算的。这里所说的铁芯质量是指硅钢片的总质量,包括铁芯柱质量Gt、铁軛质量Ge和转角质量Gc的总和。对于目前常用的铁芯柱和铁軛净截面积相等的铁心结构,其空载损耗为
空载损耗计算公式
式中,Kp0——空载损耗附加系数;
   GFe——硅钢片总质量,Kg;
   Pt ——硅钢片单位质量损耗;按设计磁通密度,查表可得。

变压器负载损耗

  变压器在运行时,绕组内通过电流,会产生负载损耗。负载损耗又称铜损,除基本绕组直流损耗外,还包括附加损耗。附加损耗主要有,绕组涡流损耗、环流损耗和杂散损耗。

01基本铜损计算公式

基本铜损计算公式

式中,j——绕组导线的电流密度,A/mm2
  Gx——绕组裸导线的质量,kg,对三相变压器 Gx
  K——系数,铜为2.4,铝为13.22;
  g——导线的比重,铜导线的密度为8.9g/cm3, 铝导线为2.7g/cm3
  Ak——导线截面积,cm2

02附加损耗

  附加损耗包括绕组涡流损耗、引线损耗和杂散损耗。

  变压器运行时,绕组的安匝会产生很大的漏磁场。所谓漏磁场是指磁通有一部分通过空气,有一部分磁路是铁芯。由于绕组的导线处在漏磁场中,漏磁通会在导线中引起涡流损耗。引线损耗是变压器各引线电阻损耗的总和,引线按基本损耗的百分比来折算。杂散损耗是漏磁通穿过钢结构件(如板式夹件、钢压板、压钉螺栓及油箱壁等)引起的损耗。