【摘要】：介紹了配電變壓器電磁特性,分析了負(fù)載率、空載損耗、負(fù)載損耗對(duì)變壓器效率的變化趨勢(shì)。利用有限元方法和MATLAB聯(lián)合建模仿真,分析實(shí)際電網(wǎng)工況中的諧波畸變率和不同負(fù)載類(lèi)型對(duì)變壓器損耗的影響。
【圖文】：

第11期劉旭光、趙仰東、劉斌等：基于有限元方法的諧波對(duì)變壓器損耗特性分析仿真圖1效率變化趨勢(shì)圖∞PFe=P1(1+∑Cfn1.3Bmn2GCf11.3Bm12G)n=2∞=P1(1+∑n1.3HRIn2)（1）n=2式中,PFe為空載損耗；P1為基波空載損耗；C為空載損耗系數(shù)；f為電網(wǎng)頻率；G為鐵心質(zhì)量；n為諧波次數(shù)；Bmn為第n次諧波磁通密度最大值；HRIn為第n次諧波含有率。由式（1）可知諧波電壓含量越大，其鐵損越大；諧波次數(shù)越大，其變壓器磁滯損耗越校為直觀(guān)分析比較不同電壓諧波畸變率對(duì)鐵磁材料的影響，后面章節(jié)將對(duì)上述進(jìn)行仿真驗(yàn)證。2.2集膚效應(yīng)特性當(dāng)變壓器處于滿(mǎn)載狀態(tài)或重載時(shí)，若其輸入變壓器繞組的諧波電流畸變率較大，變壓器的安全可靠性將降低。通常情況下，變壓器低壓側(cè)接入非線(xiàn)性負(fù)載，繞組將發(fā)生集膚效應(yīng)。當(dāng)交流電流流過(guò)繞組時(shí)形成渦流，繞組內(nèi)部分布不均勻，最終聚集到表面，隨著頻率增加，集膚效應(yīng)越明顯。導(dǎo)體每個(gè)單位長(zhǎng)度的電阻和電感計(jì)算公式如式（2）所示：R=12πrσδL=12ωπrσδ（2）δ=2ωμσ姨式中，R為導(dǎo)體單位長(zhǎng)度電阻；L為單位長(zhǎng)度電感；r為導(dǎo)體半徑；σ為電導(dǎo)率；δ為集膚深度；ω為角頻率；μ為磁導(dǎo)率。由式（2）可知，當(dāng)輸入的電流頻率越大，其阻抗值越大，諧波電流畸變率較大時(shí)，電流密度分布不均勻，減小導(dǎo)體有效截面積，導(dǎo)體電阻值增大。以工頻電流時(shí)的電阻和電感為基準(zhǔn)，其不同頻率諧波的電阻值為n姨倍，電抗近似為基波值。當(dāng)諧波存在時(shí)，考慮集膚效應(yīng)對(duì)于變壓器損耗計(jì)算更加準(zhǔn)確。2.3變壓器效率解析諧波加劇變壓器損耗，從而影響無(wú)功經(jīng)濟(jì)容量的選取，選擇變壓器容量時(shí)將諧波因素考慮其中十分必要。通常計(jì)算?

第54卷圖5負(fù)載損耗曲線(xiàn)圖實(shí)線(xiàn)和虛線(xiàn)分別為變壓器低壓側(cè)電壓、電流諧波，隨著變壓器激勵(lì)源畸變率變大，其電網(wǎng)失真度越大。3.1空載損耗筆者為更加直觀(guān)驗(yàn)證分析諧波畸變率對(duì)鐵心材料的磁滯回線(xiàn)變化，利用RC積分原理進(jìn)行變壓器的磁滯曲線(xiàn)仿真，其結(jié)果如圖3所示。由于磁性材料對(duì)外加磁場(chǎng)作用的磁滯現(xiàn)象，磁性材料在磁場(chǎng)中反復(fù)正、反向磁化時(shí)發(fā)熱，產(chǎn)生的熱量由外加磁場(chǎng)造成，其反復(fù)磁化過(guò)程中能量的損耗就是磁滯曲線(xiàn)包圍面積，由圖3可知隨著電壓畸變率增大，其曲線(xiàn)面積增大，且易出現(xiàn)飽和現(xiàn)象，該結(jié)果也驗(yàn)證了諧波增大對(duì)空載損耗增大的理論。依據(jù)協(xié)同仿真可得其空載損耗曲線(xiàn)，如圖4所示。由圖4可知，電壓諧波為0.01%時(shí)，其空載損耗為146.91W，與設(shè)計(jì)值相比其誤差較校當(dāng)電壓畸變率增大時(shí)，雖然損耗曲線(xiàn)的最大值略降低，但是其空載損耗曲線(xiàn)平均值增大，這是由于鐵磁材料本身特性引起的；當(dāng)畸變率增大到一定數(shù)值時(shí)，其空載損耗超過(guò)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)值。3.2負(fù)載損耗負(fù)載損耗約占變壓器損耗70%~80%，通常計(jì)算負(fù)載損耗時(shí)，采用理想電流源進(jìn)行計(jì)算，但其計(jì)算公式常采用一些經(jīng)驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，故與實(shí)際損耗存在些許誤差，為分析諧波源對(duì)負(fù)載損耗的影響，，本文中筆者應(yīng)用MATLAB和有限元分析軟件進(jìn)行聯(lián)合仿真，其不同電流畸變率的損耗曲線(xiàn)如圖5所示。圖2不同諧波畸變率電壓、電流圖圖3不同諧波畸變率情況下磁滯曲線(xiàn)圖4空載損耗曲線(xiàn)圖42
【作者單位】： 南瑞集團(tuán)公司(國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院);上海置信電氣股份有限公司;南昌航空大學(xué);
【分類(lèi)號(hào)】：TM41

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本文編號(hào)：2517966