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　　變壓器31磁場(chǎng)的分豐斤徐勇周臘吾朱其法弋到忠邵31.湖南大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙410082；2.沈陽(yáng)變壓器研究所，遼寧沈陽(yáng)0179；3.岳8日電業(yè)局，湖南岳陽(yáng)4140001引言變壓器的電磁設(shè)計(jì)與變壓器的漏磁場(chǎng)密切相關(guān)。，變壓器的容量越大，漏磁場(chǎng)就越強(qiáng)，從而使穩(wěn)態(tài)漏磁場(chǎng)引起的各種附加損耗增加，如設(shè)計(jì)不當(dāng)它將造成變壓器的局部過(guò)熱，使變壓器的熱性能變壞，終導(dǎo)致絕緣材料的熱老化與擊穿。在電力系統(tǒng)發(fā)生短路時(shí)，暫態(tài)短路電流產(chǎn)生的漏磁場(chǎng)還可能產(chǎn)生巨大的機(jī)械力，對(duì)其絕緣和機(jī)械結(jié)構(gòu)造成致命的威脅。

　　為了緩解漏磁場(chǎng)在上述兩方面的影響，必須對(duì)穩(wěn)態(tài)電流與暫態(tài)電流產(chǎn)生的漏磁場(chǎng)進(jìn)行全面的分析，筆者在這方面做了些基礎(chǔ)性工作。

　　2漏磁場(chǎng)的類型變壓器的運(yùn)行狀態(tài)分為穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)兩種，穩(wěn)態(tài)運(yùn)行指正常的對(duì)稱運(yùn)行和不對(duì)稱運(yùn)行，而暫態(tài)運(yùn)行則是指變壓器空載合閘時(shí)產(chǎn)生的涌流或變壓器突然短路時(shí)的暫態(tài)短路電流。與之對(duì)應(yīng)的漏磁場(chǎng)也分為穩(wěn)態(tài)漏磁場(chǎng)和暫態(tài)漏磁場(chǎng)。以雙繞組變壓器為例，在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行方式下，其磁勢(shì)方程為即，+№1合成磁勢(shì)，叫做磁化磁勢(shì)，也叫做穩(wěn)態(tài)勵(lì)磁磁勢(shì)，它建立起與兩個(gè)繞組都完全交鏈，并在鐵心中形成回路的主磁通。

　　因?yàn)閺S=72由上述分析可知，變壓器的穩(wěn)態(tài)磁場(chǎng)可以看做兩個(gè)部分部分由勵(lì)磁磁勢(shì)尸，=，建立，稱為穩(wěn)態(tài)主磁場(chǎng)，另部分由其和等于零的穩(wěn)態(tài)負(fù)載電流和次電流負(fù)載分量的磁勢(shì)1+，2=，所建立，稱其為穩(wěn)態(tài)漏磁場(chǎng)。

　　穩(wěn)態(tài)主磁場(chǎng)和穩(wěn)態(tài)漏磁場(chǎng)在性質(zhì)上有著明顯的不同，其不同是1由于鐵磁材料有飽和現(xiàn)象，所以主磁通的磁阻不是常數(shù)，主磁通與建立它的電流之間呈非線性關(guān)系，其值大小與外施電壓成正比，而漏磁通的磁路大部分由非鐵磁材料組成，所以漏磁通性關(guān)系；2主磁通在次繞組中均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，當(dāng)次側(cè)接上負(fù)載時(shí)便有電功率向負(fù)載輸出，故主磁通起傳遞能量的媒介作用。而漏磁通僅在繞組中感應(yīng)渦流與并聯(lián)導(dǎo)線的循環(huán)電流，其不能傳遞能量，僅起壓降作用。穩(wěn)態(tài)漏磁場(chǎng)的大小及分布規(guī)律決定著變壓器繞組的漏抗附加損耗以及變壓器金屬結(jié)構(gòu)件里的損耗。

　　變壓器在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，無(wú)論是外加電壓或負(fù)載電流都不發(fā)生突然的急劇變化，因而漏磁場(chǎng)的幅值也基本保持穩(wěn)定，約為主磁通與短路阻抗標(biāo)么值乘積。顯然從平均意義上來(lái)說(shuō)，漏磁場(chǎng)不大，但不排除由于漏磁場(chǎng)分布不均勻?qū)е碌木植窟^(guò)熱。

　　變壓器在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，有時(shí)會(huì)受到外界因素的急劇干擾，例如負(fù)載突然變化，空載合閘和次側(cè)突然短路等，破壞了原有的穩(wěn)定狀態(tài)，其電壓電流和磁通都要經(jīng)歷個(gè)急劇的變化過(guò)程才能達(dá)到新在暫態(tài)方式下，漏磁場(chǎng)的變化情況。

　　設(shè)電網(wǎng)容量無(wú)窮大，短路電流不致引起電網(wǎng)電壓下降，則突然短路時(shí)次側(cè)電路的微分方程為L(zhǎng)，Ms短路電感和電阻解此常系數(shù)微分方程可得短路電流的通解為短路電流的大小，與短路時(shí)，的初相角有關(guān)當(dāng)=，時(shí)，短路電流達(dá)到大值，達(dá)式為對(duì)大型變壓器，尺=1.7，1.8對(duì)小型變壓器，尺=1.21.3 16.67倍，由式5所知，在暫態(tài)過(guò)程中15為非正弦電流，故不能用式2來(lái)描述變壓器內(nèi)部的磁勢(shì)關(guān)系。，由所產(chǎn)生的漏磁場(chǎng)稱為暫態(tài)漏磁場(chǎng)。根據(jù)漏磁場(chǎng)與電流的關(guān)系可知，暫態(tài)漏磁場(chǎng)的大值與穩(wěn)態(tài)漏磁場(chǎng)之比也約為6.67，3漏磁場(chǎng)產(chǎn)生的效應(yīng)3.1損耗效應(yīng)變壓器各繞組的導(dǎo)體處于漏磁場(chǎng)中，將產(chǎn)生渦流，由于渦流的存在，就使得電流密度沿導(dǎo)線橫截面在導(dǎo)線截面里分布不均勻，使得繞組實(shí)際電阻比通過(guò)葭流時(shí)的電阻歐姆電阻大為增加。由渦流引起何尺才和漏磁場(chǎng)的大小與分布，垂直于漏磁場(chǎng)方向壓器的金屬結(jié)構(gòu)附件中引發(fā)雜散損耗。渦流損耗環(huán)流損耗和雜散損耗統(tǒng)稱為變壓器的附加損耗。

　　3.2熱效應(yīng)變壓器運(yùn)行時(shí)，繞組鐵心以及其它結(jié)構(gòu)件中產(chǎn)生的損耗幾乎全部轉(zhuǎn)化為熱能。試驗(yàn)明油浸式繞組熱點(diǎn)年平均溫度若不大于98丈，變壓器的運(yùn)行年限可為20，25年，繞組熱點(diǎn)的溫度般比平均溫度高13，所以，繞組在額定負(fù)載下的年平均溫度定為85，由于變壓器油在溫度高于98丈后，性能，著惡化，所以規(guī)定油頂層溫升不得超過(guò)55反。油浸式變壓器溫升現(xiàn)值如1.

　　變壓器部分溫升限值K繞組點(diǎn)然油循環(huán)強(qiáng)迫汕循環(huán)鐵心固與變玉器油接觸非導(dǎo)電部分的結(jié)構(gòu)件面變壓器在連續(xù)滿載運(yùn)行條件下，如果發(fā)生短路，穩(wěn)定短路電流將會(huì)很大，繞組發(fā)熱量急劇增加，繞組溫度也相應(yīng)增高。由于短路允許持續(xù)時(shí)間很短，要小于28，繞組的熱時(shí)間常數(shù)遠(yuǎn)小于變壓器油的熱時(shí)間常數(shù)，故可將繞組暫態(tài)過(guò)熱過(guò)程視為絕熱過(guò)程。如果短路后，繞組溫度超過(guò)外包絕緣耐熱等級(jí)所允許的高溫度，變壓器將受到損傷。

　　欲使變壓器在實(shí)際運(yùn)行時(shí)，各點(diǎn)溫升不超過(guò)國(guó)標(biāo)所限，基本的條件是使變壓器的散熱值大于產(chǎn)熱值，否則，變壓器的溫度將持續(xù)升高，溫升大于標(biāo)準(zhǔn)限值，絕緣材料會(huì)提前熱老化而損壞。

　　3.3機(jī)械力效應(yīng)變壓器的繞組處在漏磁場(chǎng)中，繞組中的電流與漏磁場(chǎng)相互作用，在繞組導(dǎo)線上產(chǎn)生電磁力。繞組的受力情況當(dāng)變壓器繞組的電流大時(shí)，需要采用多根并聯(lián)受到的徑向力方向相反，外層繞組受張力，內(nèi)層繞組導(dǎo)線。在連續(xù)式糾結(jié)式和螺旋式等繞組中，導(dǎo)線的排列方向垂直于軸向漏磁場(chǎng)方向，如不采取特殊措施，則由于各并聯(lián)導(dǎo)線處于不同大小將使繞組的各絕緣導(dǎo)體間出現(xiàn)環(huán)流，繞組的負(fù)載損耗將超過(guò)歐姆損耗，其增加部分稱為環(huán)流損耗。為了改善各并聯(lián)導(dǎo)線間的電流分布，通常采取換位措施，即在繞組的繞制過(guò)程中將各導(dǎo)線相互位移除了產(chǎn)生上述兩種損耗外，漏磁場(chǎng)還在變；場(chǎng)分布同心繞組的受力情況受壓力。同理盡，與電流的作用產(chǎn)生軸向力，其作用方向?yàn)閺睦@組兩端擠壓繞組。

　　可利用畢奧薩伐爾定律對(duì)變壓器繞組上所承受的電磁力進(jìn)行定量分析，假設(shè)作用在處于漏磁場(chǎng)中的電流單元上的電磁力咖=衫咖，則作用在繞組或部分繞組的力=1人。只要漏磁場(chǎng)的5值較準(zhǔn)確，就可以計(jì)算出作用在單獨(dú)線匝或線段部分繞組或整個(gè)繞組上的電磁力。

　　在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，由于穩(wěn)態(tài)漏磁場(chǎng)及穩(wěn)態(tài)電流都不大，電磁力也不大，而在變壓器突然短路時(shí)，暫態(tài)漏磁通密度將隨著短路電流的大小成比例增長(zhǎng)，繞組上所受到的電磁力也將隨著電流的平方成比例增長(zhǎng)因變壓器短路時(shí)的電流大值為額定電流值的16.67倍，則其繞組受到的電磁力可達(dá)額定運(yùn)行時(shí)電磁力的幾百倍，這樣大的電磁力極有可能把繞組損壞另外。若電力系統(tǒng)保護(hù)功能失效，短路電流將持續(xù)定時(shí)間，但不能超過(guò)28，熱效應(yīng)也應(yīng)該考慮。

　　4漏磁場(chǎng)的分析穩(wěn)態(tài)漏磁場(chǎng)屬維場(chǎng)4，而暫態(tài)漏磁場(chǎng)由于其勵(lì)磁源短路電流是個(gè)隨時(shí)間而變化的函數(shù)，故應(yīng)采用4維場(chǎng)，來(lái)描述。

　　由于受數(shù)學(xué)分析方法的限制，早期研究漏磁場(chǎng)模時(shí)均假設(shè)漏磁場(chǎng)在軸向是對(duì)稱的，以便將維場(chǎng)簡(jiǎn)化為維場(chǎng)，同時(shí)認(rèn)為漏磁感應(yīng)呈梯形規(guī)律分布。

　　由于變壓器繞組中漏磁場(chǎng)分布較復(fù)雜，計(jì)算繞組渦流損耗分困難，用兩維渦流場(chǎng)解析或其改進(jìn)式計(jì)算，誤差較大。為克服解析法的不足，從20世紀(jì)70年代起，人們就將數(shù)值方法引人漏磁場(chǎng)的研究領(lǐng)域，使變玉器的設(shè)計(jì)或計(jì)算得到了改進(jìn)。

　　1973年泌如首先將有限元法用于變壓器取得了較好的效果。但是為了簡(jiǎn)化計(jì)算，將繞組周圍的磁場(chǎng)分布假設(shè)為軸對(duì)稱的，用計(jì)算單柱的軸對(duì)稱漏磁場(chǎng)來(lái)代替對(duì)相變壓器整體漏磁場(chǎng)的計(jì)算。

　　此外，在求解漏磁場(chǎng)時(shí)，都是從恒定場(chǎng)的微分方程出發(fā)，沒有考慮渦流的影響汁算方法，在計(jì)及油箱壓板夾件等結(jié)構(gòu)部件中渦流的條件下，用有限元法計(jì)算短路情況下變壓器的維時(shí)變電磁場(chǎng)，計(jì)算中，以矢量磁位作為場(chǎng)方程量的工作4.文獻(xiàn)5用等效電流法求解了維靜態(tài)漏磁場(chǎng)，文獻(xiàn)6采用雙分量積分方程法，忽略非線性主磁場(chǎng)與渦流的相互作用，分析了油箱渦流損耗維渦流場(chǎng)的分析仍然是目前受重視的問(wèn)雜性，而且計(jì)算工作量也大大增加。由于計(jì)算機(jī)性能問(wèn)得到了定程度的解決7.電磁器件的多物理場(chǎng)耦合現(xiàn)象，以前由于受有限元發(fā)展的限制，很少進(jìn)行耦合分析，近年來(lái)有限元軟件的成熟使得這方面盡管數(shù)值分析方法還不盡如人意，還有眾多需完善的地方，但不可否認(rèn)的是，它是今后分析變壓器漏磁場(chǎng)的主流方法。

　　5結(jié)論漏磁場(chǎng)的大小及分布規(guī)律決定著繞組的感抗附加損耗及金屬結(jié)構(gòu)件中的損耗，它還決定著作用在繞組上的作用力及變壓器的溫升。

　　傳統(tǒng)的分析方法均假設(shè)漏磁場(chǎng)的感應(yīng)分布與繞組磁勢(shì)分布相似，多用維渦流場(chǎng)簡(jiǎn)化所得的近似公式計(jì)算，這與實(shí)際情況有較大出入，不應(yīng)提倡。

　　數(shù)值方法的引人，改進(jìn)了變壓器的設(shè)計(jì)或計(jì)算，并使其優(yōu)化設(shè)計(jì)成為可能。進(jìn)步完善數(shù)學(xué)模型及計(jì)算方法是今后發(fā)展的方向。

　　隨著電網(wǎng)的增大，運(yùn)行方式日益復(fù)雜。暫態(tài)運(yùn)行方式在變壓器中出現(xiàn)的機(jī)率大大增加，為了適應(yīng)此變化，開展對(duì)暫態(tài)漏磁場(chǎng)的研究是頗有必要的。

　　瓦修京斯基。變壓器的理論與計(jì)算陽(yáng)。崔立君，杜恩田，趙育文，等譯。北京機(jī)械工業(yè)出版社，983.

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　　節(jié)能型中頻電源平波電抗器的設(shè)計(jì)共志，申文清，侯瑞生華北水利水電學(xué)院，河北那噍，56021問(wèn)進(jìn)行了詳細(xì)論述。闡明了可以通過(guò)對(duì)電抗器繞組及冷卻系統(tǒng)改進(jìn)。以達(dá)到節(jié)能降耗，延長(zhǎng)使用壽命的目的。

　　1引言隨著機(jī)械工業(yè)的迅速發(fā)展，廣泛應(yīng)用于鑄造行業(yè)的中頻電源越來(lái)越發(fā)揮著重要的作用。中頻電源中利用相全控橋式整流電路將3805出工頻7J李建州。高速電力機(jī)車主變壓器維油箱損耗分析及溫度場(chǎng)計(jì)算。長(zhǎng)沙湖南大學(xué)碩士學(xué)位論文，2002.

　　電整流為直流電，經(jīng)平波電抗器以下簡(jiǎn)稱電抗器濾波，由單相無(wú)源橋式逆變電路轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷?50頻率為1 000，左右的中頻電，供給負(fù)載。中頻電源電路1.經(jīng)相全控橋式整流后的電流中仍存在3001的脈動(dòng)諧波成分。該諧波成分對(duì)逆變工作；周臘吾1965，男，湖南瀏陽(yáng)人，湖南大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院副教授，在職博士生，現(xiàn)從事電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用現(xiàn)代交流調(diào)速技術(shù)方面的教學(xué)和科研工作；朱英浩1929，男，浙江寧波人，中國(guó)工程院院士，沈陽(yáng)變壓器研究所總工程師，多年從事變壓器類產(chǎn)品研究工作；劉忠邵1967，男，湖南省邵陽(yáng)市人，岳陽(yáng)電業(yè)局計(jì)量管理所副主任，主要從事電能測(cè)量工作。