注释:
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变压器是利用电磁感应原理而工作的静止的电磁器械。它主要由铁心和线圈组成,通过磁的耦合作用把电能从一次侧传递到二次侧。在电器设备和无线电电路中,常用作升降电压、匹配阻抗,安全隔离等。


按相数的不同,变压器可分为单相变压器、三相变压器和多相变压器;按绕组数目不同,变压器可分为双绕组变压器、三绕组变压器、多绕组变压器和自耦变压器;按冷却方式不同,变压器可分为油浸式变压器、充气式变压器和干式变压器。油浸式变压器又可分为:油浸自冷式、油浸风冷式和强迫油循环式变压器;按用途不同,变压器可分为电力变压器(升压变压器、降压变压器、配电变压器等)、特种变压器(电炉变压器、整流变压器、电焊变压器等)、仪用互感器(电压互感器和电流互感器)和试验用的高压变压器等。


变压器一般由铁心、绕组和附件构成。这里以单相自冷式低压控制变压器为例进行介绍。

1)铁心
铁心一般由0.350.5mm厚的硅钢片叠装而成。硅钢片的两面涂以绝缘漆,使片间绝缘,以减小涡流损耗。铁心包括铁心柱和铁轭两部分。铁心柱的作用是套装绕组,铁轭的作用是连接铁心柱,使磁路闭合。按照绕组套入铁心柱的形式,铁心可分为心式结构和壳式结构两种。叠装时应注意相邻两层的硅钢片需采用不同的排列方法,使各层的接缝不在同一地点,互相错开,减少铁心的间隙,以减小磁阻与励磁电流。
2)绕组
变压器的绕组是在绝缘筒上用绝缘铜线或铝线绕成。一般把连接电源的绕组称为一次绕组或原绕组,连接负载的绕组称为二次绕组或副绕组。或者把电压高的绕组称为高压绕组,电压低的绕组称为低压绕组。
3)附件
附件主要有骨架、端子线、引线、牛夹、底板、绝缘漆、胶带等。电力变压器的附件主要包括油箱、储油柜、分接开关、安全气道、气体继电器、绝缘套管等。附件的作用是保证变压器安全和可靠运行。


1)变压器的型号

变压器的型号说明变压器的系列型式和产品规格。变压器的型号是由字母和数字组成的,如图1-47所示。如SL7-200/30,第一个字母表示相数,后面的字母分别表示导线材料、冷却介质和方式等。斜线前边的数字表示额定容量(kVA,斜线后边的数字表示高压绕组的额定电压(kV

一般将容量为630kVA及以下的变压器称为小型变压器;容量为8006300kVA的变压器称为中型变压器;容量为800063000kVA的变压器称为大型变压器;容量在

90000kVA及以上的变压器称为特大型变压器。

新标准的中小型变压器的容量等级(kVA10203050638010012516020025031540050063080010001600200025003150400050006300

2)变压器的额定值
1)额定容量。
额定容量是指变压器的视在功率,对三相变压器是指三相容量之和。由于变压器效率很高,可以近似地认为高、低压侧容量相等。额定容量的单位是VAkVAMVA
2)额定电压。
额定电压是指变压器空载时,各绕组的电压值。对三相变压器指的是线压,单位是VkV
3)额定电流。
额定电流是指变压器允许长期通过的电流,单位是A。额定电流可以由额定容量和额定电压计算。

对于单相变压器

对于三相变压器


       

4)额定频率。

我国规定标准工业用交流电的额定频率为50Hz

除上述额定值外,变压器的铭牌上还标有变压器的相数、连接组和接线图、短路电压(或短路阻抗)的百分值、变压器的运行及冷却方式等。



变压器的一、二次绕组的匝数分别用N1N2表示,如图1-48所示。图1-48a是给一次绕组施加直流电压的情况,发现仅当开关开和闭瞬间,电灯才会亮一下。图1-48b是一次绕组施加交流电压的情况,发现电灯可以一直亮着。

上述情况表明,当变压器的一次绕组接通交流电源时,在绕组中就会有交变的电流通过,并在铁心中产生交变的磁通,该交变磁通与一次、二次绕组交链,在它们中都会感应出交变的感应电动势。二次绕组有了感应电动势,如果接上负载,便可以向负载供电,传输电能,实现了能量从一次侧到二次侧的传递,所以图1-48b中的灯也就一直亮着。而图1-48a是仅当开关开、闭时才会引起一次绕组中电流变化,使交链二次绕组的磁通发生变化,才会在二次绕组中产生瞬时的感应电势,因而灯只闪一下就灭了。由此可知,变压器一般只用于交流电路,它的作用是传递电能,而不能产生电能。它只能改变交流电压、电流的大小,而不能改变频率。


1)变压器的空载运行

空载运行是指当变压器一次侧绕组接交流电源,二次侧绕组开路,即时的状态。单相变压器空载运行的原理如图1-49所示。空载时一次侧绕组中的交变电流称为空载电流,由空载电流产生交变的磁势并建立交变的磁通。由于变压器的铁心采用高导磁的硅钢片叠成,所以绝大部分磁通经铁心闭合,这部分磁通称为主磁通,用Φ表示;有少量磁通经油和空气闭合,这部分磁通称为漏磁通,因比较小在此忽略不计。

规定的正方向符合右手螺旋定则,则感应电势:

当一次侧电压按正弦规律变化时,则磁通Φ也按正弦规律变化,设磁通的瞬时值为:

     

式中ω——交流电的角频率,单位为rad/s;

——主磁通的最大值,单位为Wb

将其代入上式,得一次侧绕组的感应电势为:

式中——指一次侧绕组感应电势的幅值,单位为V

同理可得二次侧绕组感应电势为:

同理可得

变压器特别是电力变压器中,空载时一次侧绕组的漏阻抗压降很小,一般不超过外施电压的0.5%。在一次侧的电压平衡方程式中,若忽略漏阻抗压降,则一次侧电压平衡方程式变为:

空载时二次侧开路,其二次侧空载电压

根据上述推理可以得出一次侧、二次侧的电压之比:

式中k——变压器的变压比,

一、二次侧电压之间的关系表明:变压器运行时,一次侧、二次侧的电压之比等于一次侧、二次侧绕组的匝数之比。变压比k是变压器中一个很重要的参数,若是降压变压器;若,则升压变压器。

2)变压器的负载运行

变压器的一次侧绕组接交流电源,二次侧绕组带上负载阻抗,这样的运行状态称为负载运行。变压器的负载运行如图1-50所示。变压器的负载运行时二次侧绕组中电流并通过磁的耦合作用,影响一次侧绕组的各个物理量。但在变压器负载运行时,各量之间存在一定的平衡关系。

因负载时漏阻抗压降对端电压来说也是很小的,故仍忽略不计,所以:

于是可以得出,负载时的电压比近似等于电势比,等于匝数比。



负载阻抗上的电压为:

根据变压器只能传递电能,不能产生电能原理,变压器损耗也可忽略不计,则对于单相来说,,所以:

即变压器的一、二次绕组的电压比与一、二次绕组的匝数成正比;一、二次绕组的电流比与一、二次绕组的匝数成反比。






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变压器
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变压器的基本工作原理
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变压器的用途及基本结构
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