變壓器的工作原理、結(jié)構(gòu)和運行分析

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由于發(fā)電機為旋轉(zhuǎn)電機，電壓不能做很高，(大容量發(fā)電機通常為10．5~20kV)，我們要把電能輸送到很遠(yuǎn)的地方去，是否可以直接從發(fā)電機輸出去呢?這幾乎是不可能的·因為低電壓大電流輸電，除了在輸電線路上產(chǎn)生很大的損耗外，線路上產(chǎn)生的壓降也足以使電能送不出去．要降低線路損耗和線路壓降，可以減少輸送電流或減少輸電線的電阻，而后者只能增大導(dǎo)線截面積(輸電距離一定)，勢必浪費寶貴的有色金屬，所以減少電流是減少損耗和減少壓降的關(guān)鍵．當(dāng)傳輸容量一定時。為了減少電流，必須提高電壓，即所謂高壓輸電，升壓變壓器就是用來將發(fā)電機發(fā)出的電壓升高到輸電電壓(220—500kV或更高)的電力設(shè)備。

當(dāng)電能輸送到用電地區(qū)后，還不能直接使用，因為一方面操作電器設(shè)備不安全，另一方面用電設(shè)備的絕緣要求高，因此必須利用降壓變壓器把輸電電壓降為配電電壓．然后再送到各用電地區(qū)，最后再經(jīng)配電變壓器把電壓降到用戶所需的電壓等級。供用戶使用．用戶使用的電壓，對大型動力設(shè)備，采用3KV、6KV或10kV ；對小型動力設(shè)備和照明用電則為380／220V。

因為兩個繞組是套在同一個鐵心上，繞組中匝鏈的是同一磁通，所以磁通變化率是一樣 。

由于原副電壓不等，我們把電壓高的繞組稱為高壓繞組，電壓低的繞組稱為低壓繞組。如果原邊電壓低于副邊電壓，則稱為升壓變壓器。如果原邊電壓大于副邊電壓，則稱為降壓變壓器。

變壓器的分類

1、按用途分

（1）電力變壓器——用于輸配電系統(tǒng)

它又可以分為：升壓變壓器——把發(fā)電機電壓升高

降壓變壓器——把輸電電壓降低 配電電壓器——把電壓降到用戶所需電壓 聯(lián)絡(luò)電壓器——聯(lián)系幾個不同電壓等級的電力系統(tǒng) 廠用變壓器——供發(fā)電廠本身用電

（2）特殊變壓器——用于特殊用途的變壓器，如調(diào)壓器、電爐變壓器、整流變壓器、儀用互感器。

2、按相數(shù)分

（1）單相變壓器——原副邊為單相繞組，原繞組接于單相電源上。

（2）三相變壓器——原副邊為三相繞組，原繞組接于三相電源上。

（3）多相變壓器——原副邊為多相繞組，如六相整流變壓器等。

3、按繞組形式分

（1）雙繞組變壓器——鐵心柱上由高壓和低壓兩個繞組。

（2）三繞組變壓器——鐵心柱上由高壓、中壓和低壓三個繞組。

（3）多繞組變壓器——鐵心柱上有三個以上繞組。

（4）自耦變壓器——原副繞組有電路上的聯(lián)接。

電力系統(tǒng)中使用最多的是雙繞組變壓器，其次是三繞組變壓器和自耦變壓器。

4按鐵心形式分

（1） 心式變壓器——繞組包圍鐵心，如圖

（2） 殼式變壓器——鐵心包圍繞組，如圖

5、按冷卻介質(zhì)分

（1）干式變壓器——依靠空氣冷卻。

（2）油浸式變壓器——依靠變壓器油冷卻。

它又可以分為：自冷——依靠油的自然對流冷卻。

風(fēng)冷——在自冷的基礎(chǔ)上，加裝風(fēng)扇給油箱壁和油管吹風(fēng)進(jìn)行冷卻。然后再送入變壓器。冷卻器可以用循環(huán)水冷卻或強迫風(fēng)冷卻。

還有其他分類方式，不一一列舉。

二、變壓器的分類

1、按用途分

（1）電力變壓器——用于輸配電系統(tǒng)

它又可以分為：升壓變壓器——把發(fā)電機電壓升高

降壓變壓器——把輸電電壓降低 配電電壓器——把電壓降到用戶所需電壓 聯(lián)絡(luò)電壓器——聯(lián)系幾個不同電壓等級的電力系統(tǒng) 廠用變壓器——供發(fā)電廠本身用電

（2）特殊變壓器——用于特殊用途的變壓器，如調(diào)壓器、電爐變壓器、整流變壓器、儀用互感器。

2、按相數(shù)分

（1）單相變壓器——原副邊為單相繞組，原繞組接于單相電源上。

（2）三相變壓器——原副邊為三相繞組，原繞組接于三相電源上。

（3）多相變壓器——原副邊為多相繞組，如六相整流變壓器等。

3、按繞組形式分

（1）雙繞組變壓器——鐵心柱上由高壓和低壓兩個繞組。

（2）三繞組變壓器——鐵心柱上由高壓、中壓和低壓三個繞組。

（3）多繞組變壓器——鐵心柱上有三個以上繞組。

（4）自耦變壓器——原副繞組有電路上的聯(lián)接。

電力系統(tǒng)中使用最多的是雙繞組變壓器，其次是三繞組變壓器和自耦變壓器。

4按鐵心形式分

（1） 心式變壓器——繞組包圍鐵心，如圖

（2） 殼式變壓器——鐵心包圍繞組，如圖

5、按冷卻介質(zhì)分

（1）干式變壓器——依靠空氣冷卻。

（2）油浸式變壓器——依靠變壓器油冷卻。

它又可以分為：自冷——依靠油的自然對流冷卻。

風(fēng)冷——在自冷的基礎(chǔ)上，加裝風(fēng)扇給油箱壁和油管吹風(fēng)進(jìn)行冷卻。然后再送入變壓器。冷卻器可以用循環(huán)水冷卻或強迫風(fēng)冷卻。

還有其他分類方式，不一一列舉。

本章小結(jié)

根據(jù)變壓器內(nèi)部磁場的實際分布情況和所起的作用不同，把磁通分為主磁通和 漏磁通兩部分。主磁通沿鐵心閉合，在原、副線圈內(nèi)感應(yīng)電動勢，起傳遞能量 的媒介作用；漏磁通通過非鐵磁材料閉合，只起電抗壓降作用，而不直接參與能量傳遞。

在變壓器中主要存在電動勢平衡和磁動勢平衡兩個基本電磁關(guān)系，負(fù)載變化對原邊的影響就是通過副邊磁動勢起作用的。

在變壓器中，既有電路問題，又有磁路問題，且磁路和電路之間以及原邊電路和副邊電路之間又有磁的聯(lián)系。為了把磁場的問題轉(zhuǎn)化成電路問題，引入了電 路參數(shù)－激磁阻抗Zm、漏電抗x1和x2 ，再經(jīng)過歸算，變壓器中的電磁關(guān)系就可 以用一個原、副邊之間有電流聯(lián)系的等效電路來代替。

分析變壓器內(nèi)部的電磁關(guān)系可采用三種方法，基本方程式、等效電路和相量 圖。 基本方程式是電磁關(guān)系的一種數(shù)學(xué)表達(dá)式，相量圖是基本方程式的一種圖形表示法，而等效電路是從基本方程式出發(fā)用電路來模擬實際變壓器，因此，三者完全一致，知道了其中一種就可以推導(dǎo)出其它兩種。由于解方程式組比較復(fù)雜， 在實際工作中，如作定性分析可采用相量圖，如作定量計算，則采用等效電路。

無論列基本方程式、畫相量圖和等效電路，都必須首先規(guī)定各物理量的正方向。正方向規(guī)定的不同，方程式中各物理量的符號和相量圖中各相量方向也不同。

激磁電抗Xm、漏電抗x1和x2是變壓器的重要參數(shù)，電路中的每一個電抗都于磁 場中的一個磁通相對應(yīng)。對應(yīng)于主磁通Xm，漏電抗x1和x2則分別對應(yīng)于原、副 繞組的漏磁通，由于主磁通沿鐵心閉合，受磁路飽和的影響，故參數(shù)Xm不是常 數(shù)。漏磁通主要通過非磁性物質(zhì)閉合，基本上不受鐵心飽和的影響，所以x1和x2 基本上是常數(shù)。

電壓調(diào)整率ΔU和效率η是變壓器的主要性能指標(biāo)。ΔU的大小表明了變壓器運 行時副邊電壓的穩(wěn)定性，效率η則表明運行的經(jīng)濟性。參數(shù)對ΔU和η有很大 的影響，對已制成的變壓器，參數(shù)可以通過試驗測出。從電壓調(diào)整率的觀點看， 希望短路阻抗zk小些，但zk過小，變壓器短路電流過大，短路電磁力亦大。因 此國家標(biāo)準(zhǔn)對各種容量變壓器的zk都作了規(guī)定，一般而言，容量越大，電壓愈 高，zk亦愈大。

本章結(jié)論對三相變壓器對稱運行同樣適用，只是研究其中的一相而已。

審核編輯：湯梓紅