漏磁通

漏磁通，一般指變壓器中的漏磁通。在變壓器中，凡不按鐵芯所規定的磁路流動的一切其他磁通，稱為漏磁通。

簡單來講，變壓器就是通過公共磁場耦合的兩個或多個線組，這個公共磁場將能量(電壓或電流信號)從一個繞組(初級)傳送到另一個繞組(次組)。當有交流電通過一個繞組時，就會產生磁場，磁場通常用磁力線來表示。磁力線經過的是磁阻(電抗)最小的路徑，當有交流信號在初級線圈中形成閉合迴路時，初級繞組的磁通就會在次級繞組中感生出電流，然而，並非初級繞組產生的所有磁通都會通過次級繞組，並未同時通過初、次級繞組的磁通稱為漏磁通。

漏磁通不宜在鐵磁材質中通過。漏磁通也是矢量，也用峰值表示，它是變壓器的一個重要參數，它會引起變換器的高損耗、高電壓尖峰等諸多問題，同時還是隔離型諧振變換器設計考慮的主要參數之一。

基本介紹

• 中文名：漏磁通
• 外文名：Leakage Flux
• 一般：變壓器中的漏磁通
• 性質：矢量
• 產生：在繞組中由負載電流產生的磁通
• 表示：用峰值表示

簡介

主磁通與漏磁通都是封閉回線，都是矢量，但不在同一相位上。主磁通在閉合磁路的鐵芯中成封閉迴路，但在飽和後會溢出鐵芯成迴路，漏磁通在開磁路結構件包括通過部分芯柱或磁禁止成迴路，主漏通與漏磁通在芯柱內為矢量相加或相減，主磁通在鐵芯內產生空載損耗，漏磁通在繞組內與結構件內產生附加負載損耗。主磁通與漏磁通在數量上有下列關係：

式中： u_k%—— 變壓器阻抗電壓百分數
——主磁通
——漏磁通

分布

(1) 同心式排列時

雙同心式排列時漏磁通一般比同心式排列要小，多同心式排列則更小些，現以雙繞組單同心式排列為例，說明漏磁通是怎樣分布的。雙繞組中電流方向是相反的，如果低壓繞組電流方向向外(用O表示)，高壓繞組電流方向向里(用O表示)，根據右手定則，它們的漏磁通(圖中用虛線表示)在兩繞組間必然向上，如圖所示。

為方便起見，漏磁通可以分為兩個分量：軸向(縱向)漏磁通和輻向(橫向)漏磁通。軸向漏磁通是垂直向上的；輻向漏磁通是由於繞組上端漏磁通向外發散，而下端向繞組內側收攏所產生的水平分量。由右手定則可知：軸向漏磁通產生輻向電磁力，輻向漏磁通產生軸向電磁力，如圖37所示。

軸向漏磁通使外側高壓繞組產生向外的輻向張力，即高壓繞組的直徑要增大，圓周方向受拉伸應力，繞組導線必須承受住這個力；反之，軸向漏磁通使內側低壓繞組產生向內的輻向壓力，即低壓繞組的圓周方向被壓縮，設計與製造時要防止該繞組失穩而變形。

圖37

輻向漏磁通使高、低壓繞組均產生向內的軸向壓力。該力作為繞組的壓縮力，兩端導線承受的作用力為最大，對墊塊的壓縮力是導線上作用力的合力，因此在繞組中部最大。由這些力在導線和墊塊中產生的應力，必須限制在允許範圍內。用油浸層壓紙板製作的墊塊的允許壓縮應力在39.2MPa以下。另外，由於繞組的高度不同、安匝的不平衡和分接線段切除等所產生的軸向壓力和張力類似於交錯式排列時的軸向力。

(2)交錯式排列時

繞組為交錯式排列時的漏磁通與上述同心式排列不一樣，它所產生的漏磁通主要是輻向漏磁通，如圖38(a)所示，而所產生的則主要是軸向力，如圖38(b)所示。

圖38

由於高、低壓繞組輻向尺寸很接近，安匝分布基本上是勻稱的，因此，不但可以忽略軸向漏磁通，而且在正常運行時輻向漏磁通也不大，其所產生的軸向力也不大。圖中所示的為兩個磁勢平衡組的情況。這裡所謂的“磁勢平衡組”是指磁勢大小相等而方向相反的一對或一部分繞組。

矽鋼片中的漏磁通

在矽鋼片內部，由於平行於疊片平面的工作磁通的交變，在矽鋼片橫截面內會引起渦流。但大型電力變壓器中常採用的矽鋼片的厚度只有0.27～0.35mm，片間有絕緣，該部分渦流被限制在很窄的區域內，引起的渦流損耗是很小的。

通常在用有限元軟體計算分析電力變壓器渦流問題時，受計算機容量和計算時問的限制，不分析每一個疊片內的渦流，而是將變壓器鐵心或磁禁止的疊片建成一個實體塊(bulk)，對於疊片材料的電導率設為零或給定電導率各向異性。對於變壓器鐵心和禁止疊片內該部分渦流損耗的計算，是待解得場後，用獲得的磁通密度查比總損耗(specific total loss)曲線得到，或用斯坦梅茲公式計算得到，計算得到的損耗已經將該部分渦流損耗連同磁滯損耗計及在內。另一方面，在電力變壓器、電抗器鐵心矽鋼片的一部分區域渦流損耗是不能忽略的。比如在變壓器的線圈端部高度，將有一部分漏磁通垂直於疊片平面穿入鐵心和油箱磁禁止，如圖1a所示。在鐵心式電抗器中，每個鐵心餅之間存在一個氣隙，在鐵心靠近氣隙的邊緣部分會產生磁通的邊緣效應，邊緣磁通(fringing flux)將部分垂直進入鐵心，如圖1b所示。垂直於疊片平面進入鐵心和磁禁止的磁通引起的渦流在疊片平面內自由流動，渦流損耗是很可觀的，會引起矽鋼片局部過熱，極端情況下會燒毀絕緣。

圖1

該類問題在實際工程中已被經驗豐富的設計者找到了解決措施：對於鐵心式電抗器，為避免鐵心局部過熱而將鐵心輻射狀疊積，而對於某些大容量變壓器、電抗器和殼式變壓器油箱磁禁止有採用垂直於油箱平面疊積的方式(立式)，鐵心的末級鐵則採用高度方向開槽的方式。雖然設計者知道了採取措施的方式，但對採取的措施沒有量化的目標，比如多大產品容量需要怎樣的禁止型式，對鐵心開槽的數量、高度和深度，對油箱磁禁止漏磁通透入的深度和禁止內的磁通密度分布也不是很清楚，加上垂直於油箱敷設的磁禁止切鐵和製造工藝複雜，採取的措施都帶有盲目性，需要對疊片做“單片級”(最小測量單位達到1片)的測量和分析。

影響

變壓器及電抗器的磁通按是否與繞組全部匝數交鏈分為主磁通和漏磁通，其量值及分布與結構、電流、匝數、介質有關。通電空心螺線管插入鐵心後，其電感、電抗便增大。圖1表示單相雙繞組變壓器。

如果去掉一個繞組並將鐵心柱分段使之有氣隙，就成為實際的單相鐵心電抗器。鐵心電抗器中的磁通在鐵心矽鋼片所規定路徑流通，即沿鐵心柱（包括鐵心餅之間的氣隙）—上鐵軛—旁軛—下鐵軛—鐵心柱閉合的是主磁通。與之對應的電抗稱主電抗，在繞組中激勵起主磁通的電流及其在主電抗上的壓降稱為主磁通激磁電流和主電抗壓降。總磁通中的其它部分稱為漏磁通，激勵起漏磁通的電流和電壓稱為漏磁通激磁電流和漏電抗電壓。圖 2中並未畫油箱及夾件和鐵心結構件，實際上大部分漏磁通將在油箱，夾件等金屬結構件中流通。主、漏磁通均在繞組中產生感應電勢。主磁通只在鐵心中產生損耗；而漏磁通則在繞組中和油箱、夾件等金屬結構件中產生漏磁損耗，另外漏磁通的一部分也要進入鐵心，在鐵心中產生損耗。
對變壓器而言，若無漏電抗，則二次繞組短路時，其一次繞組也相當於工作在短路狀態，因此變壓器必須有一定的阻抗電壓百分數；對電抗器而言，漏磁通則沒有好作用，而且其負面作用還很嚴重。
各種電抗器中漏磁通的不利影響是：

圖2

（1）當漏感電勢不平衡而結構上又不能有效遏制環流時（多根導線並繞而又不完全換位，各根導線在漏磁場中出現的機率不同），產生環流和環流損耗；

（2）在繞組中產生渦損；

（3）在金屬結構件中產生漏磁損耗；

（4）漏磁使鐵心矽鋼片之外的其它鐵磁物體變成磁鐵，而在交變的漏磁場的交變電磁力作用下這些磁鐵必然產生磁分子和整塊磁體的機械振動，發出電磁噪聲和機械噪聲。