2012年第6卷第1期 2012,Vol.6,No.1
南方电网技术
SOUTHERN POWER SYSTEM TECHNOLOGY
文章编号：1674-0629(2012)01-0051-03
中图分类号：TM743
研究与分析 Study & Analysis 文献标志码：A
基于Matlab软件的变压器空载励磁电流仿真
张重远，杨磊，李文博
（华北电力大学电气与电子工程学院，河北保定071003）
摘要：电力系统产生暂时工频过电压时空载变压器产生的大幅值励磁电流会损坏变压器的绝缘，因此变压器的励磁电流特性值得深入研究。利用变压器的Jiles-Atherton磁滞模型，基于Matlab软件对变压器空载励磁电流仿真，得到了在不
同过电压水平下变压器空载励磁电流波形。对一台11kV变压器算例仿真显示，所得到的波形与实际情况相符合。关键词：Jiles-Atherton模型；变压器；励磁电流
TheSimulationonNo-LoadExcitationCurrentofTransformers
withMatlabR2010a
ZHANG Zhongyuan,YANG Lei, LI Wenbo
(School of Electrical and Electronic Engineering, North China Electric Power University, Baoding, Hebei 071003, China)
Abstract: The temporary frequency overvoltage occurred in power systems could lead to a high amplitude excitation current that may damage the insulation of transformers, and thus the excitation current characteristics of transformers is worth to research. Based on Jiles-Atherton hysteresis model of transformers, this paper makes simulations on the no-load excitation current of transformers with Matlab sofitware, and obtains the excitation current waveforms on various levels of voltage. The simulation results of an 11 kV transformer, as an example, are consistent with the reality.
Key words: Jiles-Atherton model; transformer; excitation current
在电力系统产生的暂时工额过电压时，空载变压器会产生很大幅值的励磁电流，并且波形会发生畸变，可能达到额定电压下励磁电流的十几倍甚至几十倍。这会危及到变压器的绝缘或给变压器的保护带来影响。
常见的描述铁磁材料的磁滞模型有多种[1-5]，各有优缺点[]，本文采用Jiles-Atherton模型[2-3]。该模型基于物理原理建立，能较准确地对变压器铁心硅钢材料的磁滞回线进行模拟。本文将利用该模型，基于MatlabR2010a软件进行编程，对变压器空载励磁电流进行仿真研究。
1变压器的Jiles-Atherton模型
在铁磁体内存在着无数个线度约为10m的小区域，这些小区域叫磁畴。在每个磁畴中所有原子的磁矩全都向着同一个方向排列整齐了。在未磁化的铁磁质中，各磁畴的磁矩的取向是无则的，因而整块铁磁质在宏观上没有明显的磁性。当施加的外磁场增大时，其磁矩方向和外加磁场方向相近的磁
万方数据
畴逐遂渐扩大。最后当外加磁场大到一定程度后，所有磁畴的磁矩方向也都指向同一个方向了，这时铁磁质就达到了饱和状态。由于磁滞的存在，磁畴的畴壁很难按原来的形状来恢复。
根据微磁学理论，由于铁磁质的磁畴结构不同和所受应力不均匀等因素，导致铁磁质在磁化过程中畴壁移动和磁畴转动过程的不完全可逆，即存在畴壁移动和磁畴转动的不可逆过程，这种不可逆的磁化过程会导致铁磁质热动自由能方程存在亚稳态，进而产生磁滞，产生系统的能量损耗。
铁磁质从初始磁化到饱和磁化要经过一个较宽的磁场范围，而铁磁质内部原子磁矩之间存在很强的相互作用，并有可能转到相互平行的位置。而外磁场的作用仪仪是改变自发磁化形成的磁矩的方向，这种很强的内部磁场是分子场Hm。其表达式为
H.=αM。
(1)
如果外加磁场H的方向平行于磁化强度的方向，则铁磁质内部有效磁场H。为
H,=H+H.=H+αM。
(2)