變壓器的功能和應(yīng)用

變壓器的類型和用途多種多樣，可根據(jù)其應(yīng)用、結(jié)構(gòu)類型和尺寸進(jìn)行分類。

一般來(lái)說(shuō)，變壓器的主要功能是改變交流電（AC）的電壓水平，提高電壓以供長(zhǎng)距離傳輸或降低電壓以供家庭和工業(yè)消費(fèi)者使用。

它們的尺寸從微型低壓變壓器和儀表變壓器到電力變壓器不等。在大型水力發(fā)電站，電力的電壓等級(jí)從 11 kV 到 25 kV 不等。隨后，變壓器將電壓升壓到 220 kV 或 500 kV，通過(guò)高壓輸電線將電力輸送到遙遠(yuǎn)的地區(qū)，然后降壓后再輸送給工業(yè)和家庭使用。

一個(gè)簡(jiǎn)單的變壓器由一個(gè)繞組組成，該繞組連接到纏繞在層壓鐵芯上的交流發(fā)電機(jī)，而另一個(gè)單獨(dú)的繞組則纏繞在同一鐵芯上，連接到負(fù)載。

當(dāng)電能從發(fā)電機(jī)流向負(fù)載時(shí)，與發(fā)電機(jī)相連的繞組為 初級(jí)繞組。與負(fù)載相連的另一個(gè)繞組為 次級(jí)繞組。

升壓變壓器和降壓變壓器

如果次級(jí)繞組中感應(yīng)的電壓高于電源電壓，則變壓器稱為升壓變壓器，初級(jí)繞組也稱為低壓繞組，次級(jí)繞組也稱為高壓繞組。如果次級(jí)繞組中感應(yīng)的電壓低于電源電壓，則變壓器稱為降壓變壓器。初級(jí)是高壓繞組，次級(jí)是低壓繞組。

變壓器可以升壓至更高的電壓以供傳輸，而相同的變壓器可以降低線路另一端的電壓。因此，術(shù)語(yǔ)升壓、降壓、初級(jí)繞組和次級(jí)繞組僅在考慮電路時(shí)使用——變壓器本身不一定局限于一種功能。

兩個(gè)線圈的電壓比取決于變壓器的設(shè)計(jì)特性。高壓和低壓繞組這兩個(gè)術(shù)語(yǔ)指的是確定的線圈，與變壓器連接到哪個(gè)電路無(wú)關(guān)。匝數(shù)比是初級(jí)繞組匝數(shù)與次級(jí)繞組匝數(shù)之比。

變壓器類型

從結(jié)構(gòu)上考慮，變壓器可分為兩類：電力和配電變壓器以及儀器變壓器。

變壓器可以存在于工業(yè)控制系統(tǒng)內(nèi)部，以將電壓降至設(shè)備適用的水平。

電力變壓器的額定功率為 500 kVA 以上，用于傳輸電力。配電變壓器的額定功率為 500 kVA 或以下， 用于將電壓降壓以標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)電壓進(jìn)行配電。

從發(fā)電系統(tǒng)到變電站，電力變壓器用于輸電網(wǎng)絡(luò)，可升壓和降壓。從變電站開(kāi)始，配電變壓器安裝在配電網(wǎng)中，例如在工業(yè)區(qū)和住宅區(qū)，并直接連接不同的負(fù)載。

雖然儀器變壓器與電力變壓器的基本工作原理相同，但它們的用途和構(gòu)造可能有所不同。它們用于將電力電路的電量、電流和電壓降低到儀器可讀取或用于操作繼電器的值。

根據(jù)鐵芯和線圈的布置，變壓器可分為鐵芯式和殼式，這兩種變壓器都可以制造，并且性能令人滿意。三相變壓器可以采用鐵芯式或殼式制造，與三個(gè)單相變壓器相比，三相變壓器的優(yōu)勢(shì)在于它需要的材料、勞動(dòng)力和空間更少。主要缺點(diǎn)是，如果一個(gè)線圈發(fā)生故障，則必須拆除整個(gè)變壓器進(jìn)行維修。相比之下，如果一組三個(gè)單相變壓器中的一個(gè)線圈發(fā)生故障，其余兩個(gè)線圈仍可承載減少的負(fù)載。

變壓器繞組

三相變壓器用于在三相電氣系統(tǒng)中變換三相電壓，繞組可以以多種組合連接。例如，初級(jí)可以連接到三角形，次級(jí)可以連接到 星形，反之亦然。

在此方案中，變壓器的初級(jí)和次級(jí)繞組采用 Delta-Delta 配置連接，這種配置通常用于發(fā)電系統(tǒng)或接收站。在這種連接類型中，我們只有三相，沒(méi)有中性線，因此它用于不需要中性線的地方，例如輸電線。這種輸電系統(tǒng)稱為三相三線系統(tǒng)。

三角形-星形連接

降壓變壓器安裝在配電層，以降低用于配電的電壓水平，并以三角形星形連接方式配置。我們使用星形連接，因?yàn)槲覀冊(cè)谂潆妼有枰行跃€。它也被稱為三相四線系統(tǒng)。在三角形中，我們?cè)趥?cè)有三相，在二次側(cè)有四根電線，包括三相線和一根中性線。在三角形連接中，線電流是相電流的線電壓等于相電壓。

星形連接

在星形連接中，初級(jí)繞組和次級(jí)繞組以星形配置連接。星形連接中有兩點(diǎn)需要記住：線電流和相電流相等且同相，但線電壓是相電壓的

星形-三角形連接

在星形-三角形連接中，初級(jí)繞組連接到星形，而次級(jí)繞組連接到三角形。在變壓器的初級(jí)側(cè)，以啟動(dòng)配置連接，線電壓等于初級(jí)相電壓的 \(\sqrt{3}\) 倍，初級(jí)線電流與相電流相同。同樣，變壓器的次級(jí)繞組以三角形配置連接。線電壓等于相電壓，線電流是相電流的 \(\sqrt{3}\) 倍。在初級(jí)側(cè)采用星形配置的優(yōu)點(diǎn)是可以使用中性線，可以將其接地以避免失真。這些類型的變壓器可以處理較大的不平衡負(fù)載。

乘以相電壓，線電流與相電流相同。同樣，變壓器的二次繞組采用三角形連接。線電壓等于相電壓，線電流為

倍相電流。在初級(jí)側(cè)采用星形配置的優(yōu)點(diǎn)是可以使用中性線，可以接地以避免失真。這些類型的變壓器可以處理較大的不平衡負(fù)載。

三角形-星形連接常用于高壓和低壓應(yīng)用。星形-星形連接用于高壓和低電流額定值變壓器（KVA）。三角形-三角形連接用于低壓和高電流額定值變壓器。

輸電變壓器的故障類型

變壓器是輸配電網(wǎng)絡(luò)中昂貴和不可或缺的部件之一。因此，定期維護(hù)和測(cè)試是先決條件。與所有電氣設(shè)備一樣，變壓器因多種原因而出現(xiàn)不同故障。它們可能嚴(yán)重影響電力系統(tǒng)，例如大面積供電中斷和火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)等。

多種機(jī)械和電氣因素會(huì)導(dǎo)致變壓器內(nèi)部和外部部件發(fā)生故障。讓我們討論一下變壓器中常見(jiàn)的故障。

開(kāi)路和短路

開(kāi)路和短路測(cè)試是在變壓器不帶負(fù)載的情況下進(jìn)行的，目的是確定其效率和調(diào)節(jié)能力。開(kāi)路測(cè)試也稱為空載測(cè)試，短路測(cè)試稱為帶載測(cè)試。

開(kāi)路試驗(yàn)是在變壓器的低壓側(cè)進(jìn)行的，目的是確定變壓器的空載電流和損耗，即鐵心和鐵損。由于變壓器空載，變壓器的次級(jí)繞組保持開(kāi)路，并且非常小的“空載”電流流過(guò)初級(jí)繞組。因此，變壓器空載時(shí)的功率損耗是由于銅損引起的，由于次級(jí)繞組開(kāi)路，銅損僅發(fā)生在初級(jí)繞組上。變壓器的開(kāi)路會(huì)導(dǎo)致變壓器內(nèi)部異常發(fā)熱，這是很危險(xiǎn)的，這里有必要提一下，當(dāng)發(fā)生開(kāi)路故障時(shí)，重要的是斷開(kāi)并隔離變壓器與系統(tǒng)。

在短路試驗(yàn)中，變壓器的次級(jí)繞組短路，并向初級(jí)繞組施加額定電壓。該試驗(yàn)旨在確定變壓器次級(jí)繞組短路時(shí)的阻抗和損耗，并使用參數(shù)信息確定變壓器的效率和電壓調(diào)節(jié)。電流表測(cè)量短路電流，電壓表測(cè)量初級(jí)繞組兩端的電壓。

冷卻系統(tǒng)故障

大多數(shù)電力和配電變壓器都是油浸式的，根據(jù)其尺寸采用不同類型的冷卻。隨著變壓器額定功率的增加，必須通過(guò)增加外部冷卻管、風(fēng)扇、散熱器和熱交換器來(lái)增加表面積。冷卻系統(tǒng)故障會(huì)使變壓器發(fā)熱，從而導(dǎo)致變壓器內(nèi)部產(chǎn)生氣壓。

如果有足夠的冷水供應(yīng)，油浸式水冷變壓器是令人滿意的。在這種方法中，冷卻水通過(guò)變壓器內(nèi)部的冷卻線圈循環(huán)。這種類型的主要缺點(diǎn)是線圈存在泄漏的危險(xiǎn)，因?yàn)樗畷?huì)從線圈中漏出并污染油。

變壓器效率

效率是輸出功率與輸入功率之比，用符號(hào)“η”表示。在理想變壓器中，所有輸入功率都轉(zhuǎn)換為輸出功率；因此，效率為 100%，但在實(shí)際應(yīng)用中，一些損耗會(huì)降低變壓器的效率。變壓器中的損耗可分為兩類：

由于導(dǎo)線電阻導(dǎo)致初級(jí)和次級(jí)繞組中的 I2R損耗

磁滯和渦流引起的磁芯損耗

因此，如果 P c = 總鐵芯損耗，則變壓器的總損耗為：

 

 

磷C+我21R1+我22R2

=

 

埃FF我C我埃nC是=η

η=磷o(hù)你噸頁(yè)你噸磷我n頁(yè)你噸

 

η=磷o(hù)你噸頁(yè)你噸磷o(hù)你噸頁(yè)你噸+升oss埃s

三相變壓器

電力變壓器是一種昂貴的靜態(tài)設(shè)備，利用電磁感應(yīng)原理將電能從一個(gè)電路傳輸?shù)搅硪粋€(gè)電路。變壓器的類型和用途因其應(yīng)用而異，例如發(fā)電輸配電部門(mén)的電力變壓器和配電變壓器以及用于計(jì)量目的的儀器變壓器。