變壓器的功能和應用

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

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

　　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，通過高壓輸電線將電力輸送到遙遠的地區(qū)，然后降壓后再輸送給工業(yè)和家庭使用。

　　一個簡單的變壓器由一個繞組組成，該繞組連接到纏繞在層壓鐵芯上的交流發(fā)電機，而另一個單獨的繞組則纏繞在同一鐵芯上，連接到負載。

　　當電能從發(fā)電機流向負載時，與發(fā)電機相連的繞組為 初級繞組。與負載相連的另一個繞組為 次級繞組。

　　升壓變壓器和降壓變壓器

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

　　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)語升壓、降壓、初級繞組和次級繞組僅在考慮電路時使用——變壓器本身不一定局限于一種功能。

　　兩個線圈的電壓比取決于變壓器的設(shè)計特性。高壓和低壓繞組這兩個術(shù)語指的是確定的線圈，與變壓器連接到哪個電路無關(guān)。匝數(shù)比是初級繞組匝數(shù)與次級繞組匝數(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準服務電壓進行配電。

　　從發(fā)電系統(tǒng)到變電站，電力變壓器用于輸電網(wǎng)絡，可升壓和降壓。從變電站開始，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，與三個單相變壓器相比，三相變壓器的優(yōu)勢在于它需要的材料、勞動力和空間更少。主要缺點是，如果一個線圈發(fā)生故障，則必須拆除整個變壓器進行維修。相比之下，如果一組三個單相變壓器中的一個線圈發(fā)生故障，其余兩個線圈仍可承載減少的負載。

　　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，初級可以連接到三角形，次級可以連接到 星形，反之亦然。

　　在此方案中，變壓器的初級和次級繞組采用 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，因為我們在配電層需要中性線。它也被稱為三相四線系統(tǒng)。在三角形中，我們在側(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，初級繞組和次級繞組以星形配置連接。星形連接中有兩點需要記?。壕€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，初級繞組連接到星形，而次級繞組連接到三角形。在變壓器的初級側(cè)，以啟動配置連接，線電壓等于初級相電壓的 \(\sqrt{3}\) 倍，初級線電流與相電流相同。同樣，變壓器的次級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。在初級側(cè)采用星形配置的優(yōu)點是可以使用中性線，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。在初級側(cè)采用星形配置的優(yōu)點是可以使用中性線，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載。

　　三角形-星形連接常用于高壓和低壓應用。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)絡中昂貴和不可或缺的部件之一。因此，定期維護和測試是先決條件。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。它們可能嚴重影響電力系統(tǒng)，例如大面積供電中斷和火災風險等。

　　多種機械和電氣因素會導致變壓器內(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的故障。

　　開路和短路

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

　　開路試驗是在變壓器的低壓側(cè)進行的，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，變壓器的次級繞組保持開路，并且非常小的“空載”電流流過初級繞組。因此，變壓器空載時的功率損耗是由于銅損引起的，由于次級繞組開路，銅損僅發(fā)生在初級繞組上。變壓器的開路會導致變壓器內(nèi)部異常發(fā)熱，這是很危險的，這里有必要提一下，當發(fā)生開路故障時，重要的是斷開并隔離變壓器與系統(tǒng)。

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

　　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，必須通過增加外部冷卻管、風扇、散熱器和熱交換器來增加表面積。冷卻系統(tǒng)故障會使變壓器發(fā)熱，從而導致變壓器內(nèi)部產(chǎn)生氣壓。

　　如果有足夠的冷水供應，油浸式水冷變壓器是令人滿意的。在這種方法中，冷卻水通過變壓器內(nèi)部的冷卻線圈循環(huán)。這種類型的主要缺點是線圈存在泄漏的危險，因為水會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“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%，但在實際應用中，一些損耗會降低變壓器的效率。變壓器中的損耗可分為兩類：

　　由于導線電阻導致初級和次級繞組中的 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你噸頁你噸磷我n頁你噸

η=磷o你噸頁你噸磷o你噸頁你噸+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，利用電磁感應原理將電能從一個電路傳輸?shù)搅硪粋€電路。變壓器的類型和用途因其應用而異，例如發(fā)電輸配電部門的電力變壓器和配電變壓器以及用于計量目的的儀器變壓器。