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变压器

变换交变电压而不变换频率的一种传输电能的电气设备。是电力系统和电子设备中的重要电器之一。变压器的主要部件为: 变压器 分类按变压器铁心、线圈相对位置的不同,可分为芯式变压器(线圈环绕着铁心);壳式变压器(铁心包围着线圈的一部分)。按变压器的相数,可分为单相变压器和三相变压器。按变压器的用途

变换交变电压而不变换频率的一种传输电能的电气设备。是电力系统和电子设备中的重要电器之一。

变压器的主要部件为:

变压器

分类

变压器铁心、线圈相对位置的不同,可分为芯式变压器(线圈环绕着铁心);壳式变压器(铁心包围着线圈的一部分)。按变压器的相数,可分为单相变压器和三相变压器。按变压器的用途,可分为互感器(用于电工测量)、调压器(用于调节电压)、电焊变压器、高频变压器及脉冲变压器(用于电子设备)等。

变压器的基本原理

在略去变压器的线圈电阻、漏磁通、铁损和激磁磁势,将变压器的一次侧接于频率为f、电压为U1的正弦交流电源;二次侧开路时,一次侧与二次侧电压之间有U1/U2=N1/N2=K12关系,式中N1及N2分别为变压器一次侧及二次侧的线圈匝数;K12变压器的变比。当二次侧接入负载时,二次线圈中就有电流,一次线圈同时有电流输入,于是I1·N1=I2·N2,即I1/I2=N2/N1

变压器空载时,一次线圈的输入电流为空载电流。以冷轧硅钢片叠制的铁心,中小型变压器的空载电流一般为额定电流的2%~8%,大型的往往小于1%。变压器于空载时合闸接到电源的瞬间,由于铁心饱和与剩磁的影响,瞬时电流比稳态运行时的空载电流要大,甚至可达额定电流的数倍。空载合闸过程主要表现为主磁通变化的过渡过程,合闸瞬间电压瞬时值为零时,情况最为严重。

变压器负载时二次侧接入负载,将有电流输出,同时一次侧的电流也从空载电流增加为负载电流。因空载电流一般很小,如被略去,则一次侧电流与二次侧电流的比仍认为是与其匝数成反比。此时变压器自电源获取功率为P1=U1·I1·cosψ1。二次侧输出功率为P2=U2·I2·cosψ2

变压器的二次端子被短接(稳态短接),即负载为零,二次侧端电压也为零,此时为使一次侧通过额定电流而施加的电压,称为阻抗电压,它是变压器的一个重要参数。

变压器负载运行时,二次电压将随着负载电流和负载功率因数而改变。负载时端电压与额定电压的差相当于额定电压的百分数,称为变压器的电压变动率,它是衡量变压器供电质量的指标之一。当变压器的阻抗电压百分数一定时,电压变动率主要与负载的功率因数有关。

变压器的输出功率与输入功率的比为变压器的效率。通常中小型变压器的效率约为95%~99%,大型的一般为99%以上。

变压器的联接组

电力系统广泛应用三相变压器,它的铁心是三柱芯式,共有六组线圈,一次、二次各三个,各有六个联接端子。于是一次、二次线圈可联成三角形(△)或星形(Y)。这样就有各种组合:如Y/Y或Y/Y0;Y/△或Y0/△;△/Y或△/Y0及△/△等。

根据线圈端子标志与感应电势的相位关系,用时钟的时针、分针二者相对位置,比拟变压器二次与一次线电压相量的相位关系,构成了多种联接组别。为了满足需要、避免混乱,规定:Y/Y0-12用于二次侧电压为400~230伏的配电变压器。供给动力与照明的混合负载。容量可制作到1800千伏安,高压侧的额定电压不超过35千伏;Y/△-11用于二次侧超过400伏的配电变压器。最大容量为5600千伏安,高压侧的额定电压在35千伏以下;Y0/△-11及Y0/Y-12用于一次侧需要中性点接地的变压器;Y/Y-12用于给三相动力负载供电的变压器

变压器的并联运行

并联运行是两台或多台变压器的一次和二次线圈分别以端子对端子直接联接,共同运行。并联的优点:①提高供电的可靠性;②根据负载调整投入并联变压器的台数,提高运行效率;③可减少总的设备容量。并联时的理想情况:①并联组带负载前,各变压器间无环流;②负载后,各变压器按容量成比例地承担,且分担电流与总负载电流同相位。要达到理想并联运行,应满足的条件:①各变压器的额定电压与变比要相等;②各变压器的联接组别要相同;③各变压器的短路阻抗标么值要相等,阻抗角要相同。

特殊变压器

主要有:①脉冲变压器,主要用于计算机、电视等的脉冲电路中。用为脉冲电压幅变换、阻抗匹配、脉冲功率输出等。它能够在很广的频率范围内工作,传送非正弦脉冲而不显著改变其波形。其铁心所用材料为更薄的晶粒取向硅钢片、超高导磁率的镍铁合金等。②高频变压器,主要用于模拟电子电路中,它的铁心是用铁氧体制成。③互感器,有电压互感器及电流互感器。电压互感器的结构与一般电力变压器相似,它的二次电压为100伏,可供测量一次回路的电压,或并联功率表、瓦时表的电压回路。电流互感器是串联在一次回路中的,它的二次电流为5安,可供测量一次回路电流,或串联功率表、瓦时表的电流回路。因电流互感器的一次线圈是串联在系统的一次回路中,在使用中,它的二次线圈绝对不允许开路,若形成开路,其端子间将有很高的电压,这是危险的。