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變壓器基礎原理

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ID:128229 發(fā)表于 2016-6-29 23:22 | 只看該作者 回帖獎勵 |倒序瀏覽 |閱讀模式
 
變壓器基礎原理
Transformer Fundamentals

變壓器是利用電磁學的電磁感應原理,從一個電路向另一個電路傳遞電能的一種電器設備,它可將一種電壓的交流電能變換為同頻率的另一種電壓的交流電能。 

圖1是單相變壓器的原理模型,由鐵心與套在鐵心上的兩個繞組組成,鐵心由導磁性能好、磁滯損耗小的材料制成。與電源相連的線圈為一次繞組,與負載相連的線圈為二次繞組。 U1為輸入一次繞組的電壓,N1為一次繞組的匝數(shù), U2為二次繞組輸出的電壓,N2為二次繞組的匝數(shù)。

單相變壓器原理

當這是一個理想變壓器時,在一次繞組輸入按正弦規(guī)律變化的交流電,根據變壓器的基本原理有: 

U1/U2=N1/N2 =k     k=電壓比(匝數(shù)比)   即輸出電壓U2=U1*N2/N1

其輸入電壓,輸出電壓、鐵芯磁通的波形圖見圖2,圖中t表示波形移動方向。

單相變壓器波形圖


我們平常使用的都三相交流電,圖3是三相變壓器的原理模型,它由A相繞組、B相繞組、C相繞組與鐵芯組成。

三相變壓器原理

三對繞組完全相同,每對繞組包含一次繞組與二次繞組,其匝數(shù)比為k。 三個一次繞組的相同端接在一起,三個二次繞組的相同端接在一起組成星形接法。

當這是一個理想變壓器時,在一次繞組輸入按正弦規(guī)律變化的三相交流電時,根據變壓器的基本原理有: 

U1A、U1B、U1C分別為三相的輸入電壓,U2A、U2B、U2C分別為三相的輸出電壓。 

U1A/ U2A =U1B/ U2B =U1C/U2C=k 

三相變壓器的輸入輸出電壓波形圖見圖4,圖中t表示波形移動方向。

三相變壓器三對繞組的波形圖
 

電力變壓器的構造
Three-phase Transformer Structure
這是一個三相電力變壓器的模型。從外觀看主要由變壓器的箱體、高壓絕緣套管、低壓絕緣套管、油枕、散熱管組成。

三相電力變壓器

移去變壓器箱體可看到變壓器的鐵芯與繞組,鐵芯由硅鋼片疊成,硅鋼片導磁性能好、磁滯損耗小。在鐵芯上有A、B、C三相繞組,每相繞組又分為高壓繞組與低壓繞組,一般在內層繞低壓繞組,外層繞高壓繞組。圖2左邊是高壓繞組引出線,右邊是低壓繞組引出線。

電力變壓器的鐵芯與繞組

把鐵芯與繞組放入箱體,繞組引出線通過絕緣套管內的導電桿連到箱體外,導電桿外面是瓷絕緣套管,通過它固定在箱體上,保證導電桿與箱體絕緣。為減小因灰塵與雨水引起的漏電,瓷絕緣套管外型為多級傘形。右邊是低壓絕緣套管,左邊是高壓絕緣套管,由于高壓端電壓很高,高壓絕緣套管比較長。

電力變壓器的絕緣套管

變壓器箱體(即油箱)里灌滿變壓器油,鐵芯與繞組浸在油里。變壓器油比空氣絕緣強度大,可加強各繞組間、繞組與鐵芯間的絕緣,同時流動的變壓器油也幫助繞組與鐵芯散熱。在油箱上部有油枕,有油管與油箱連通,變壓器油一直灌到油枕內,可充分保證油箱內灌滿變壓器油,防止空氣中的潮氣侵入。

電力變壓器的油枕與散熱管

油箱外排列著許多散熱管,運行中的鐵芯與繞組產生的熱能使油溫升高,溫度高的油密度較小上升進入散熱管,油在散熱管內溫度降低密度增加,在管內下降重新進入油箱,鐵芯與繞組的熱量通過油的自然循環(huán)散發(fā)出去。

變壓器油循環(huán)散熱示意圖

一些大型變壓器為保證散熱,裝有專門的變壓器油冷卻器。冷卻器通過上下油管與油箱連接,油通過冷卻器內密集的銅管簇,由風扇的冷風使其迅速降溫。油泵將冷卻的油再打入油箱內,下圖是一臺容量為400000kVA的特大型電力變壓器模型,其低壓端電壓為20kV,高壓端電壓為220kV。

大型電力變壓器

采用油冷卻的變壓器結構較復雜,由于油是可燃物,也就存在安全性問題。目前,在城市內、大型建筑內使用的變壓器已逐漸采用干式電力變壓器,變壓器沒有油箱,鐵芯與繞組安裝在普通箱體內。干式變壓器繞組用環(huán)氧樹脂澆注等方法保證密封與絕緣,容量較大的繞組內還有散熱通道,大容量變壓器并配有風機強制通風散熱。由于材料與工藝的限制,目前多數(shù)干式電力變壓器的電壓不超過35kV,容量不大于20000kVA,大型高壓的電力變壓器仍采用油冷方式。
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