空載損耗是指變壓器二次繞組開路，一次繞組施加額定頻率正弦波形的額定電壓時(shí)消耗的有功功率?？蛰d損失不變。與通過的電流無關(guān)，但與元件承受的電壓有關(guān)。影響變壓器空載性能的因素很多，如硅鋼片的材料性能、加工工藝和設(shè)備、鐵芯的結(jié)構(gòu)形式等。

引文作者:上海蓋能電氣市場部（專注干式變壓器30年）

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空載損耗是指變壓器二次繞組開路，一次繞組施加額定頻率正弦波形的額定電壓時(shí)消耗的有功功率。空載損失不變。與通過的電流無關(guān)，但與元件承受的電壓有關(guān)。影響變壓器空載性能的因素很多，如硅鋼片的材料性能、加工工藝和設(shè)備、鐵芯的結(jié)構(gòu)形式等。

為了減少變壓器的空載損耗，有必要了解空載損耗的組成和各部分的影響因素。針對(duì)這些因素，采取一些可行的方法來減少空載損失。變壓器的空載損耗主要由鐵芯片中的磁滯損耗、渦流損耗和附加損耗組成。

1.磁滯損失

由于鐵芯受交變電流周期性變化的影響，鐵磁材料偶極子的排列也隨著周期性變化而產(chǎn)生磁滯，導(dǎo)致鐵芯交變磁化的功率損失，通常稱為磁滯損失。

2.渦流損耗

當(dāng)通過鐵芯的磁通量發(fā)生變化時(shí)，鐵芯中會(huì)產(chǎn)生渦流，其環(huán)流在垂直于磁通向量的平面上。渦流產(chǎn)生的磁化力總是試圖阻止原磁化力的變化，從而產(chǎn)生渦流損失。

3.鐵芯附加損耗

鐵芯的附加損耗主要由以下因素決定：

(1)材料特性。如硅鋼片的方向特性、加工劣化特性、絕緣膜特性等。

(2)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。如鐵芯接縫形式、鐵芯疊積方式、鐵芯搭接寬度等。

(3)工藝加工。例如沖剪加工的尺寸精度和毛刺大小，硅鋼片在搬運(yùn)和疊裝過程中輕拿輕放，疊裝質(zhì)量等。

變壓器降低空載損耗的方法

通過對(duì)空載損耗的分析，鐵芯的磁滯損耗和渦流損耗主要由硅鋼片制造商決定，附加損耗由變壓器制造商決定。鐵芯磁通密度是影響變壓器鐵芯空載損耗的重要參數(shù)。因此，為了減少空載損耗，在鐵芯有效截面不變的前提下，鐵芯各部分的磁通密度分布必須均勻，鐵芯拐角處的局部磁通密度必須降低。

1.交錯(cuò)接縫改為三階接縫

由于變壓器鐵芯硅鋼片接縫之間存在間隙，磁通過接縫處的磁阻突然增大，磁通不得不繞過接縫間隙，通過片間進(jìn)入相鄰疊片，從而增加局部磁路，增加片間的磁阻，增加相鄰疊片的局部磁密度，增加空載損耗和勵(lì)磁容量。

變壓器鐵芯接縫級(jí)數(shù)越多，接縫區(qū)域的局部損耗越低，但局部損耗的減少幅度越小，隨著接縫級(jí)數(shù)的增加，鐵芯疊片的種數(shù)、硅鋼片剪切和鐵芯疊加過程中鐵芯疊加過程的難度會(huì)增加。

實(shí)際上，考慮到等級(jí)的增加，硅鋼片的剪切和鐵芯的疊加時(shí)間相應(yīng)增加，疊加工藝變差?？紤]到如果采用三級(jí)接縫，選擇合適的片狀，芯柱只增加一個(gè)片狀，工藝復(fù)雜度略有增加，磁性能明顯提高。鐵芯三級(jí)接縫由三種類型的疊片輪流疊加。根據(jù)冶金電修企業(yè)的工藝水平和接縫處磁性能數(shù)據(jù)，采用三級(jí)接縫是改善交錯(cuò)接縫鐵芯的理想選擇。

以S9-800/10和S9-1000/10電力變壓器為例，同一變壓器采用相同的設(shè)計(jì)方案、結(jié)構(gòu)和材料，鐵芯采用不同的搭接方式，其中800kVA4采用三級(jí)接縫，1000kVA2采用三級(jí)接縫。

通過測試數(shù)據(jù)可以得出結(jié)論，在鐵芯柱截面不變的情況下，三級(jí)接縫的空載損耗平均比交錯(cuò)接縫減少7%~8%左右。三級(jí)接縫只是芯柱的一種片狀，硅鋼片的剪切和鐵芯的疊加時(shí)間略有增加，但效果顯著。

2.降低鐵芯搭接寬度和空載損耗

在鐵芯疊片的拐角處，芯片與橫軛接縫區(qū)的搭接寬度對(duì)變壓器的空載性能有一定的影響。搭接面積大，磁通過面積相應(yīng)增加，導(dǎo)致空載損耗增加。根據(jù)鐵芯模型試驗(yàn)，搭接面積每增加1%，45°接縫的空載損耗將增加0.3%。為了減少空載損耗，必須在滿足機(jī)械強(qiáng)度的前提下，選擇空載損耗和機(jī)械強(qiáng)度是最佳的搭接面積。

改變鐵芯疊片的塔接面積，減小鐵芯中部分三角孔的大小，降低三角孔的局部磁通密度，減少變壓器的空載損失。本公司配電變壓器原鐵芯片出角為10mm，現(xiàn)已改為5mm，達(dá)到一定的降耗效果。鐵芯疊片的出角由10毫米改為5毫米，增加了鐵芯拐角三角空穴的截面積，必然會(huì)降低三角空穴的局部磁通密度。

合理選擇鐵芯片寬度，減少鐵芯角重，減少鐵芯材料，減少空載損耗。

鐵芯的空載損耗與鐵芯的單位鐵損耗和鐵芯的重量有關(guān)，鐵芯的角重是鐵芯重量的一部分，因此鐵芯的角重不僅影響變壓器的成本，而且直接影響變壓器的空載損耗。

探討鐵芯片寬度選擇和鐵芯角重變化規(guī)律的前提是：

鐵芯的等級(jí)必須相等。

鐵芯直徑為D，鐵芯主級(jí)片寬按D減5mm或10mm選擇片形組合。鐵芯的鐵芯直徑由不同級(jí)別的片寬和疊厚組成，兩個(gè)鐵芯的最大差值控制在+0.3mm以下，即繞組套裝不能因?yàn)殍F芯直徑超差而受到影響。

理論上，不同片形鐵芯的有效截面積相等。

這樣做的目的是確保選擇相同的磁通密度，從而獲得相同的單位鐵損傷。

鐵芯柱截面的片寬和疊厚必須與鐵芯軛截面一致。

在設(shè)計(jì)過程中，在確定合適的鐵芯直徑后，選擇主鐵芯的片寬時(shí)，建議選擇片寬D減10mm的效果優(yōu)于D減5mm。其優(yōu)點(diǎn)是：

各級(jí)片寬逐級(jí)遞減；

在保證鐵芯有效截面積相等的情況下，減少了鐵芯的角重；

鐵芯高度降低10mm，油箱整體高度降低10mm，變壓器材料也節(jié)省。

鐵芯采用多級(jí)接頭，可以減少變壓器鐵芯的空載損耗，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況采用接頭級(jí)數(shù)。考慮到變壓器片型、工時(shí)和性能，一般采用三級(jí)接頭。

減少鐵芯搭接面積，可減少鐵芯空載損耗。搭接面積的大小可根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)確定。

合理選擇鐵芯片寬度，減少鐵芯角重，減少鐵芯材料，減少空載損耗。鐵芯直徑確定后，主級(jí)片寬比直徑小10mm的效果優(yōu)于比直徑小5mm的效果。

除上述三個(gè)方面外，在鐵芯的生產(chǎn)過程中，鐵芯片的毛刺大小、起重過程中硅鋼片的彎曲程度、碰撞程度、鐵芯片的夾緊程度都會(huì)影響變壓器的空載損失，這些情況不容忽視。