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配电变压器工作原理及参数

发表时间:2022-02-22 访问量:317

 

1、工作原理


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      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。它可以变换交流电压、电流和阻抗。最简单的铁心变压器由一个软磁材料做成的铁心及套在铁心上的两个匝数不等的线圈构成。


 

      铁心的作用是加强两个线圈间的磁耦合。为了减少铁内涡流和磁滞损耗,铁心由涂漆的硅钢片叠压而成;两个线圈之间没有电的联系,线圈由绝缘铜线(或铝线)绕成。一个线圈接交流电源称为初级线圈(或原线圈),另一个线圈接用电器称为次级线圈(或副线圈)。实际的变压器是很复杂的,不可避免地存在铜损(线圈电阻发热)、铁损(铁心发热)和漏磁(经空气闭合的磁感应线)等,为了简化讨论这里只介绍理想变压器。理想变压器成立的条件是:忽略漏磁通,忽略原、副线圈的电阻,忽略铁心的损耗,忽略空载电流(副线圈开路原线圈线圈中的电流)。例如电力变压器在满载运行时(副线圈输出额定功率)即接近理想变压器情况。

      变压器是利用电磁感应原理制成的静止用电器。当变压器的原线圈接在交流电源上时,铁心中便产生交变磁通,交变磁通用φ表示。原、副线圈中的φ是相同的,φ也是简谐函数,表为φ=φmsinωt。由法拉第电磁感应定律可知,原、副线圈中的感应电动势为e1=-N1dφ/dt、e2=-N2dφ/dt。 式中 N 1、N2 为原、副线圈的匝数。由图可知U1=-e1,U2=e2 (原线圈物理量用下角标1表示,副线圈物理量用下角标2表示),其复有效值为U1=-E1=jN1ωΦ、U2=E2=-jN2ωΦ,令k=N1/N2, 称变压器的变比。由上式可得U1/ U2=-N1/N2=-k, 即变压器原、副线圈电压有效值之比,等于其匝数比而且原、副线圈电压的位相差为π。

进而得出:

U1/U2=N1/N2

      在空载电流可以忽略的情况下,有I1/ I2=-N2/N1, 即原、副线圈电流有效值大小与其匝数成反比,且相位差π。

进而可得

I1/ I2=N2/N1

      理想变压器原、副线圈的功率相等P1=P2 。说明理想变压器本身无功率损耗。实际变压器总存在损耗,其效率为η=P2/P1 。电力变压器的效率很高,可达90%以上。

 

2. 特征参数

1)额定容量

      指变压器工作状态下的输出功率,用视在功率表示。用SN 表示,单位为KVA或VA。

2)额定电压

      指单相或三相变压器出线端子之间施加的电压值。用UN表示,单位为KV或V。一次额定电压用UN1 表示,二次额定电压用UN2表示。

3)额定电流

      指在额定容量和允许温升条件下,通过变压器一、二次绕组出线端子的电流,用IN表示,单位KA或A。一次绕组电流用IN1表示,二次绕组电流用IUN21 表示。

4)额定频率

      批变压器设计时所规定的运行频率。用ƒN 表示,单位赫兹(HZ)。我国规定额定频率为50HZ。

5)空载损耗

      空载损耗也叫铁损,指当以额定频率的宝宝电压施加于一侧绕组的端子上,别一侧绕组出线开路时,变压器所吸取的有功功率,用P0表示,单位为W或KW。空载损耗主要为铁芯中磁滞损耗和涡流损耗,其值大小与铁芯材质、制作工艺密切相关,一般认为一台变压器的空载损耗不会随负荷大小的变化而变化。

6)空载电流

      变压器次级开路时,初级仍有一定的电流,这部分电流称为空载电流。空载电流由磁化电流(产生磁通)和铁损电流(由铁芯损耗引起)组成。对于50Hz电源变压器而言,空载电流基本上等于磁化电流。用I0表示。通常用空载电流占额定电流的百分数表示,即 I 0(%) =(I 0/I N )× 。变压器容量越大,数值越小。

7)负载损耗

      负载损耗也叫短路损耗、铜损,是指当带分接的绕组接在其主分接位置上并接入额定频率的电压,另一侧绕组的出线端子短路,流过绕组出线端子的电流为额定电流时,变压器所消耗的有功功率,用PK表示。单位为W或KW。负载损耗的大小取决于绕组的材质等,运行中的负载损耗大小随负荷的变化而变化。

8)变比

      批变压器高压侧额定电压与低压侧额定电压之比,即UN1/UN2。

9)绝缘电阻

      表示变压器各线圈之间、各线圈与铁芯之间的绝缘性能。绝缘电阻的高低与所使用的绝缘材料的性能、温度高低和潮湿程度有关.

10)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.

11)相数

      三相开头以S表示,单相开头以D表示。

12)联结组标号

      根据变压器一、 二次绕组的相位关系,把变压器绕组连接成各种不同的组合,称为绕组的联结组。为了区别不同的联结组,常采用时钟表示法,即把高压侧线电压的相量作为时钟的长针,固定在12上,低压侧线电压的相量作为时钟的短针,看短针指在哪一个数字上,就作为该联结组的标号.如Dyn11表示一次绕组是(三角形)联结,二次绕组是带有中心点 的(星形)联结,组号为(11)点。


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