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转载知识普及之八【变压器】 [复制链接]

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发表于 2017-3-7 22:59:41 |显示全部楼层

变压器(Transformer)是利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置,主要构件是初级线圈、次级线圈和铁芯(磁芯)。主要功能有:电压变换、电流变换、阻抗变换、隔离、稳压(磁饱和变压器)等。按用途可以分为:电力变压器和特殊变压器(电炉变、整流变、工频试验变压器、调压器、矿用变、音频变压器、中频变压器、高频变压器、冲击变压器、仪用变压器、电子变压器、电抗器、互感器等)。电路符号常用T当作编号的开头.例: T01, T201等。






基本信息
  • 中文名称

    变压器



  • 外文名称

    transformer







目录

1

变压器简介


4

工作原理

5

主要参数

8

主要分类

9

基本组成

11

变压器的构成


14

差动保护

15

保护装置

16

变压器的效率

17

变压器的功率






折叠编辑本段变压器简介

变压器(Transformer)是利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置,主要构件是初级线圈、次级线圈和铁心(磁芯)。主要功能有:电压变换、电流变换、阻抗变换、隔离、稳压(磁饱和变压器)等

变压器

。按用途可以分为:配电变压器、全密封变压器、组合式变压器干式变压器油浸式变压器单相变压器电炉变压器整流变压器等。



折叠编辑本段


折叠编辑本段工作原理

变压器是变换交流电压、交变电流和阻抗的器件, 当初级线圈中通有交流电流时,铁芯(或磁芯)中便产生交流磁通,使次级线圈中感应出电压(或电流)。

变压器由铁芯(或磁芯)和线圈组成,线圈有两个或两个以上的绕组,其中接电源的绕组叫初级线圈,其余的绕组叫次级线圈。



折叠编辑本段主要参数

主要技术数据一般都都标注在变压器的铭牌上。

主要包括:额定容量、额定电压及其分接、额定频率、绕组联结组以及额定性能数据(阻抗电压、空载电流、空载损耗和负载损耗总重。  

A、额定容量(VA):额定电压.额定电流下连续运行时,能输送的容量。  

B、额定电压(V):变压器长时间运行时所能承受的工作电压.为适应电网电压变化的需要,变压器高压侧都有分接抽头,通过调整高压绕组匝数来调节低压侧输出电压.  

C、额定电流(A):变压器在额定容量下,允许长期通过的电流.  

D、空载损耗(W): 当以额定频率的额定电压施加在一个绕组的端子上,其余绕组开路时所吸取的有功功率。与铁心硅钢片性能及制造工艺、和施加的电压有关.  

E、空载电流(%): 当变压器在额定电压下二次侧空载时,一次绕组中通过的电流.一般以额定电流的百分数表示.  

F、负载损耗(W): 把变压器的二次绕组短路,在一次绕组额定分接位置上通入额定电流,此时变压器所消耗的功率.  

G、阻抗电压(%):把变压器的二次绕组短路,在一次绕组慢慢升高电压,当二次绕组的短路电流等于额定值时,此时一次侧所施加的电压.一般以额定电压的百分数表示.  

H、相数和频率:三相开头以S表示,单相开头以D表示。中国国家标准频率f为50Hz。国外有60Hz的国家(如美国)。  

I、温升与冷却:冷却方式也有多种:油浸自冷、强迫风冷,水冷,管式、片式等。  

J、绝缘水平:有绝缘等级标准。

主要分类



一般常用变压器的分类可归纳如下:

1、按相数分:

1)单相变压器:用于单相负荷和三相变压器组。

2)三相变压器:用于三相系统的升、降电压。

2、按冷却方式分:

1)干式变压器:依靠空气对流进行自然冷却或增加风机冷却,

2)油浸式变压器:依靠油作冷却介质、如油浸自冷、油浸风冷、油浸水冷、强迫油循环等。

3、按用途分:

1)电力变压器:用于输配电系统的升、降电压。

2)仪用变压器:如电压互感器、电流互感器、用于测量仪表和继电保护装置。

3)试验变压器:能产生高压,对电气设备进行高压试验。

4)特种变压器:如电炉变压器、整流变压器、调整变压器、电容式变压器、移相变压器等。

4、按绕组形式分:

1)双绕组变压器:用于连接电力系统中的两个电压等级。

2)三绕组变压器:一般用于电力系统区域变电站中,连接三个电压等级。

3)自耦变电器:用于连接不同电压的电力系统。也可做为普通的升压或降后变压器用。

5、按铁芯形式分:

1)芯式变压器:用于高压的电力变压器。

2)非晶合金变压器:非晶合金铁芯变压器是用新型导磁材料,空载电流下降约80%,是目前节能效果较理想的配电变压器,

3)壳式变压器:用于大电流的特殊变压器,如电炉变压器、电焊变压器;或用于电子仪器及电视、收音机等的电源变压器。



折叠编辑本段基本组成

变压器组成部件包括器身(铁芯、绕组、绝缘、引线)、变压器油、

(油箱和冷却装置、调压装置、保护装置(吸湿器、安全气道、气体继电器、储油柜及测温装置等)和出线套管。

1、铁芯

铁芯是变压器中主要的磁路部分。通常由含硅量较高,厚度分别为0.35 mm\0.3mm\0.27 mm,由表面涂有绝缘漆的热轧或冷轧硅钢片叠装而成。

铁芯分为铁芯柱和横片两部分,铁芯柱套有绕组;横片是闭合磁路之用。

铁芯结构的基本形式有心式和壳式两种。

2、绕组

绕组是变压器的电路部分,它是用双丝包绝缘扁线或漆包圆线绕成。



折叠编辑本段

薄片钢芯

变压器通常采用硅钢材料的铁芯作为主磁路。这样可以使线圈中磁场更加集中,变压器更加紧凑。 电力变压器的铁芯在设计的时候必须保防止达到磁路饱和,有时需要在磁路中设计一些气隙减少饱和。 实际使用的变压器铁芯采用非常薄,电阻较大的硅钢片叠压而成。 这样可以减少每层涡流带来的损耗和产生的热量。 电力变压器和音频电路有相似之处。典型分层铁芯一般为E和I字母的形状,称作“EI变压器”。 这种铁芯的一个问题就是当断电之后铁芯中会保持剩磁。 当再次加电后,剩磁会造成铁芯暂时饱和。 对于一些容量超过数百瓦的变压器会造成的严重后果,如果没有采用限流电路,涌流可造成主熔断器熔断。 更严重的是,对于大型电力变压器,涌流可造成主绕组变形、损害。

实芯铁芯

在如开关电源之类的高频电路中,有时使用具有较高的磁导率和电阻率的铁磁材料粉末铁芯。 在更高的频率下,需要使用绝缘体导磁材料,常见的有各种称作铁素体的陶瓷材料。 在一些调频无线电电路中的一些变压器铁芯采用可调铁芯,来配合耦合电路达到谐振。

空气芯

卷铁芯

线圈线圈由电磁线所构成,用于环绕铁蕊,藉以通电产生磁场,或是经由磁场产生感应电流。

绝缘保护

屏蔽物

冷却剂有的变压器利用液态物质的循环进行热量的疏散。常用的液态物质为变压器油(英语:transformer oil),其主要成分为烷烃、环烷烃、芳香烃等化合物。变压器油比热容较大,它吸收热量体积膨胀上升,在管中形成循环,再通过散热装置将热量散发到空气中。 有的变压器利用气态物质(如六氟化硫)作为冷却剂。由于导热能力的限制,气体冷却剂一般应用于小容量变压器。

关于变压器油,绝大多数采用的是矿物油, 极少数的变压器采用的是植物油。矿物油泄露可能会对环境造成污染,而植物油污染程度就会少很多。而且植物油的闪点要比矿物油的高。所以,在将来,植物油可能会取代矿物油。[4]



折叠编辑本段变压器的保护

变压器一般装设以下保护: 1.防御变压器油箱内部故障和油面降低的瓦斯保护。 2.防御变压器绕组和引线的多相短路、中性点直接接地电网侧绕组和引线的接地短路以及绕组匝间短路的纵差动保护或电流速断保护。对于主变差动和发电机进行大差。 3.防御外部相间短路并作瓦斯保护和纵差动保护或电流速断保护后备的过电流保护。 4.防御中性点直接接地电网中外部接地短路的零序电流保护. 防御对称过负荷的过负荷保护。



折叠编辑本段综合保护

变压器综合保护专用于电力变压器中性点,以实现变压器中性点接地运行或不接地运行两种不同的运行方式;从而避免由于系统故障,引发变压器中性点电压升高造成对变压器的损害。本产品广泛应用于电力、冶金、石化、建筑、环保等领域。



折叠编辑本段差动保护

变压器的差动保护是变压器的主保护,是按循环电流原理装设的。 主要用来保护双绕组或三绕组变压器绕组内部及其引出线上发生的各种相间短路故障,同时也可以用来保护变压器单相匝间短路故障。 在绕组变压器的两侧均装设电流互感器,其二次侧按循环电流法接线,即如果两侧电流互感器的同级性端都朝向母线侧,则将同级性端子相连,并在两接线之间并联接入电流继电器。在继电器线圈中流过的电流是两侧电流互感器的二次电流差,也就是说差动继电器是接在差动回路的。 从理论上讲,正常运行及外部故障时,差动回路电流为零。实际上由于两侧电流互感器的特性不可能完全一致等原因,在正常运行和外部短路时,差动回路中仍有不平衡电流Iumb流过,此时流过继电器的电流IK为 Ik=I1-I2=Iumb 要求不平衡点流应尽量的小,以确保继电器不会误动。 当变压器内部发生相间短路故障时,在差动回路中由于I2改变了方向或等于零(无电源侧),这是流过继电器的电流为I1与I2之和,即 Ik=I1+I2=Iumb 能使继电器可靠动作。 变压器差动保护的范围是构成变压器差动保护的电流互感器之间的电气设备、以及连接这些设备的导线。由于差动保护对保护区外故障不会动作,因此差动保护不需要与保护区外相邻元件保护在动作值和动作时限上相互配合,所以在区内故障时,可以瞬时动作。



折叠编辑本段保护装置

变压器保护装置是集保护、监视、控制、通信等多种功能于一体的电力自动化高新技术产品,是构成智能化开关柜的理想电器单元。该产品内置一个由二十多个标准保护程序构成的保护库,具有对一次设备电压电流模拟量和开关量的完整强大的采集功能(电流测量通过保护CT实现)。



折叠编辑本段变压器的效率

额定功率时,电力变压器的输出功率和输入功率的比值,叫做变压器的效率,即η=(P2÷P1)x100%式中η为变压器的效率;P1为输入功率,P2为输出功率。

当变压器的输出功率P2等于输入功率P1时,效率η等于100%,变压器将不产生任何损耗.但实际上这种变压器是没有的。



折叠编辑本段变压器的功率

变压器铁心磁通和施加的电压有关。干式变压器在电流中励磁电流不会随着负载的增加而增加。虽然负载增加铁心不会饱和,将使线圈的电阻损耗增加,超过额定容量由于线圈产生的热量不能及时的散出,线圈会损坏,假如用的线圈是由超导材料组成,电流增大不会引起发热,但变压器内部还有漏磁引起的阻抗,但电流增大,输出电压会下降,电流越大,输出电压越低,所以变压器输出功率不可能是无限的。假如变压器没有阻抗,那么当变压器流过电流时会产生特别大电动力,很容易使变压器线圈损坏,电力变压器虽然有了一台功率无限的变压器但不能用。只能这样说,随着超导材料和铁心材料的发展,相同体积或重量的变压器输出功率会增大,但不是无限大!



折叠编辑本段




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