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試驗變壓器工作原理及如何選擇高壓試驗變壓器
- 點擊次數(shù)：2585 發(fā)布時間：2011-11-9
試驗變壓器工作原理及如何選擇高壓試驗變壓器
選擇試驗變壓器時，主要考慮以下幾點：
（1）電壓。依據(jù)試品的要求，首先選用具有合適電壓的試驗變壓器，使試驗變壓器的高壓側(cè)額定電壓Un高于被試品的試驗電壓Us,即Un>Us。其次應(yīng)檢查試驗變壓器所需的低壓側(cè)電壓，是否能和現(xiàn)場電源電壓，調(diào)壓器相匹配。
（2）電流。試驗變壓器的額定輸出電流In應(yīng)大于被試品所需的電流Is，即In>Is。被試品所需的電流可按其電容估算，Is=Us w Cx，其中Cx包括試品電容和附加電容。
（3）容量。根據(jù)試驗變壓器輸出的額定電流及額定電壓，便可確定試驗變壓器的容量，即P=UnIn。
根據(jù)部頒標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，我國試驗變壓器的電壓等級有：5、10、25、35、50、100、150、300kV等；容量等級有：3、5、10、25、50、100、150、200kVA等。
由計算結(jié)果，查部頒標(biāo)準(zhǔn)即可選出所需要的試驗變壓器。如有特殊要求，一般可向制造廠訂購特殊規(guī)格的試驗變壓器。
例如配電變壓器的電壓等級和容量是10kV、1000kVA，碰到的試品又基本上是10kV的，就可選擇50kV、5kVA的試驗變壓器，因為10kV、1000kVA的配電變壓器的出廠試驗電壓為35kV，交流試驗電壓為30kV；同時又可滿足10kV絕緣子以及高壓開關(guān)柜的試驗（試驗電壓為42kV）和10kV電纜的直流試驗（直流電壓為60kV，對應(yīng)的交流電壓為42.83kV）的要求。在試驗容量方面，一臺10kV、1000kVA的被試變壓器，其充電時的電容電流在30~35kV試驗時約為80~110mA，因為35kV×110mA<5kVA，因此5kVA能滿足要求。又如一臺35kV、2000~4000kVA的變壓器，當(dāng)試驗電壓在72~85kV時的電容電流約為150~260mA，6000~8000kVA的約為300~420mA，10000kVA的約為800~1000mA等，此時所選試驗變壓器的容量必須大于上述試品電容電流所對應(yīng)的容量。一般認(rèn)為，試驗變壓器容量為被試品（電力變壓器）容量的5‰。
變壓器是變換交流電壓、電流和阻抗的器件，當(dāng)初級線圈中通有交流電流時，鐵芯（或磁芯）中便產(chǎn)生交流磁通，使次級線圈中感應(yīng)出電壓（或電流）。
變壓器由鐵芯（或磁芯）和線圈組成，線圈有兩個或兩個以上的繞組，其中接電源的繞組叫初級線圈，其余的繞組叫次級線圈。
2.理想變壓器
不計一次、二次繞組的電阻和鐵耗，
其間耦合系數(shù) K=1 的變壓器稱之為理想變壓器
描述理想變壓器的電動勢平衡方程式為
e1（t） = -N1 d φ/dt
e2（t） = -N2 d φ/dt
若一次、二次繞組的電壓、電動勢的瞬時值均按正弦規(guī)律變化，
則有
不計鐵心損失，根據(jù)能量守恒原理可得
由此得出一次、二次繞組電壓和電流有效值的關(guān)系
令 K=N1/N2，稱為匝比（亦稱電壓比），則
二.變壓器的結(jié)構(gòu)簡介
1.鐵心
鐵心是變壓器中主要的磁路部分。通常由含硅量較高，厚度分別為 0.35 mm\0.3mm\0.27 mm，
表面涂有絕緣漆的熱軋或冷軋硅鋼片疊裝而成
鐵心分為鐵心柱和橫片倆部分，鐵心柱套有繞組；橫片是閉合磁路之用
鐵心結(jié)構(gòu)的基本形式有心式和殼式兩種
2.繞組
繞組是變壓器的電路部分，
它是用雙絲包絕緣扁線或漆包圓線繞成
變壓器的基本原理是電磁感應(yīng)原理，現(xiàn)以單相雙繞組變壓器為例說明其基本工作原理:當(dāng)一次側(cè)繞組上加上電壓Ú1時，流過電流Í1，在鐵芯中就產(chǎn)生交變磁通Ø1，這些磁通稱為主磁通，在它作用下，兩側(cè)繞組分別感應(yīng)電勢É1，É2，感應(yīng)電勢公式為：E=4.44fNØm
式中：E--感應(yīng)電勢有效值
f--頻率
N--匝數(shù)
Øm--主磁通zui大值
由于二次繞組與一次繞組匝數(shù)不同，感應(yīng)電勢E1和E2大小也不同，當(dāng)略去內(nèi)阻抗壓降后，電壓Ú1和Ú2大小也就不同。
當(dāng)變壓器二次側(cè)空載時，一次側(cè)僅流過主磁通的電流（Í0），這個電流稱為激磁電流。當(dāng)二次側(cè)加負(fù)載流過負(fù)載電流Í2時，也在鐵芯中產(chǎn)生磁通，力圖改變主磁通，但一次電壓不變時，主磁通是不變的，一次側(cè)就要流過兩部分電流，一部分為激磁電流Í0，一部分為用來平衡Í2，所以這部分電流隨著Í2變化而變化。當(dāng)電流乘以匝數(shù)時，就是磁勢。
上述的平衡作用實質(zhì)上是磁勢平衡作用，變壓器就是通過磁勢平衡作用實現(xiàn)了一、二次側(cè)的能量傳遞。
變壓器技術(shù)參數(shù) 對不同類型的變壓器都有相應(yīng)的技術(shù)要求，可用相應(yīng)的技術(shù)參數(shù)表示.如電源變壓器的主要技述參數(shù)有：額定功率、額定電壓和電壓比、額定頻率、工作溫度等級、溫升、電壓調(diào)整率、絕緣性能和防潮性能，對于一般低頻變壓器的主要技述參數(shù)是：變壓比、頻率特性、非線性失真、磁屏蔽和靜電屏蔽、效率等.
A.電壓比：
變壓器兩組線圈圈數(shù)分別為N1和N2，N1為初級，N2為次級.在初級線圈上加一交流電壓，在次級線圈兩端就會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢.當(dāng)N2>N1時，其感應(yīng)電動勢要比初級所加的電壓還要高，這種變壓器稱為升壓變壓器：當(dāng)N2 U1/U2=N1/N2
式中n稱為電壓比（圈數(shù)比）.當(dāng)n<1時，則N1>N2，U1>U2，該變壓器為降壓變壓器.反之則為升壓變壓器.
另有電流之比I1/I2=N2/N1
電功率P1=P2
注意上面的式子只在理想變壓器只有一個副線圈時成立
當(dāng)有兩個副線圈時P1=P2+P3,U1/N1=U2/N2=U3/N3,電流則須利用電功率的關(guān)系式去求,有多個時依此推類
B.變壓器的效率：
在額定功率時，變壓器的輸出功率和輸入功率的比值，叫做變壓器的效率，即
η=（P2÷P1）x100%
式中η為變壓器的效率;P1為輸入功率，P2為輸出功率.
當(dāng)變壓器的輸出功率P2等于輸入功率P1時，效率η等于100%，變壓器將不產(chǎn)生任何損耗.但實際上這種變壓器是沒有的.變壓器傳輸電能時總要產(chǎn)生損耗，這種損耗主要有銅損和鐵損.
銅損是指變壓器線圈電阻所引起的損耗.當(dāng)電流通過線圈電阻發(fā)熱時，一部分電能就轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芏鴵p耗.由于線圈一般都由帶絕緣的銅線纏繞而成，因此稱為銅損.
變壓器的鐵損包括兩個方面.一是磁滯損耗，當(dāng)交流電流通過變壓器時，通過變壓器硅鋼片的磁力線其方向和大小隨之變化，使得硅鋼片內(nèi)部分子相互摩擦，放出熱能，從而損耗了一部分電能，這便是磁滯損耗.另一是渦流損耗，當(dāng)變壓器工作時.鐵芯中有磁力線穿過，在與磁力線垂直的平面上就會產(chǎn)生感應(yīng)電流，由于此電流自成閉合回路形成環(huán)流，且成旋渦狀，故稱為渦流.渦流的存在使鐵芯發(fā)熱，消耗能量，這種損耗稱為渦流損耗.
變壓器的效率與變壓器的功率等級有密切關(guān)系，通常功率越大，損耗與輸出功率就越小，效率也就越高.反之，功率越小，效率也就越低.
Ｃ變壓器的功率
變壓器鐵心磁通和施加的電壓有關(guān)。在電流中勵磁電流不會隨著負(fù)載的增加而增加。雖然負(fù)載增加鐵心不會飽和，將使線圈的電阻損耗增加，超過額定容量由于線圈產(chǎn)生的熱量不能及時的散出，線圈會損壞，假如你用的線圈是由超導(dǎo)材料組成，電流增大不會引起發(fā)熱，但變壓器內(nèi)部還有漏磁引起的阻抗，但電流增大，輸出電壓會下降，電流越大，輸出電壓越低，所以變壓器輸出功率不可能是無限的。假如你又說了，變壓器沒有阻抗，那么當(dāng)變壓器流過電流時會產(chǎn)生特別大電動力，很容易使變壓器線圈損壞，雖然你有了一臺功率無限的變壓器但不能用。只能這樣說，隨著超導(dǎo)材料和鐵心材料的發(fā)展，相同體積或重量的變壓器輸出功率會增大，但不是無限大！
怎樣判別電源變壓器參數(shù)
電源變壓器標(biāo)稱功率、電壓、電流等參數(shù)的標(biāo)記，日久會脫落或消失。有的市售變壓器根本不標(biāo)注任何參數(shù)。這給使用帶來不便。下面介紹無標(biāo)記電源變壓器參數(shù)的判別方法。此方法對選購電源變壓器也有參考價值。
一、識別電源變壓器
１． 從外形識別 常用電源變壓器的鐵芯有Ｅ形和Ｃ形兩種。Ｅ形鐵芯變壓器呈殼式結(jié)構(gòu)（鐵芯包裹線圈），采用Ｄ４１、Ｄ４２硅鋼片作鐵芯，應(yīng)用廣泛。Ｃ形鐵芯變壓器用冷軋硅鋼帶作鐵芯，磁漏小，體積小，呈芯式結(jié)構(gòu)（線圈包裹鐵芯）。
?。玻?從繞組引出端子數(shù)識別 電源變壓器常見的有兩個繞組，即一個初級和一個次級繞組，因此有四個引出端。有的電源變壓器為防止交流聲及其他干擾，初、次級繞組間往往加一屏蔽層，其屏蔽層是接地端。因此，電源變壓器接線端子至少是４個。
３． 從硅鋼片的疊片方式識別 Ｅ形電源變壓器的硅鋼片是交*插入的，Ｅ片和Ｉ片間不留空氣隙，整個鐵芯嚴(yán)絲合縫。音頻輸入、輸出變壓器的Ｅ片和Ｉ片之間留有一定的空氣隙，這是區(qū)別電源和音頻變壓器的zui直觀方法。至于Ｃ形變壓器，一般都是電源變壓器。
二、功率的估算
電源變壓器傳輸功率的大小，取決于鐵芯的材料和橫截面積。所謂橫截面積，不論是Ｅ形殼式結(jié)構(gòu)，或是Ｅ形芯式結(jié)構(gòu)（包括Ｃ形結(jié)構(gòu)），均是指繞組所包裹的那段芯柱的橫斷面（矩形）面積。在測得鐵芯截面積Ｓ之后，即可按Ｐ＝Ｓ2／１．５估算出變壓器的功率Ｐ。式中Ｓ的單位是ｃｍ2。
例如：測得某電源變壓器的鐵芯截面積Ｓ＝７ｃｍ2，估算其功率，得Ｐ＝Ｓ2／１．５＝７2／１．５＝３３Ｗ剔除各種誤差外，實際標(biāo)稱功率是３０Ｗ。
三、各繞組電壓的測量
要使一個沒有標(biāo)記的電源變壓器利用起來，找出初級的繞組，并區(qū)分次級繞組的輸出電壓是zui基本的任務(wù)。現(xiàn)以一實例說明判斷方法。
例：已知一電源變壓器，共１０個接線端子。試判斷各繞組電壓。
*步：分清繞組的組數(shù)，畫出電路圖。
用萬用表Ｒ×１擋測量，凡相通的端子即為一個繞組?，F(xiàn)測得：兩兩相通的有３組，三個相通的有１組，還有一個端子與其他任何端子都不通。照上述測量結(jié)果，畫出電路圖，并編號。
從測量可知，該變壓器有４個繞組，其中標(biāo)號⑤、⑥、⑦的是一帶抽頭的繞組，⑩號端子與任一繞組均不相通，是屏蔽層引出端子。
第二步：確定初級繞組。
對于降壓式電源變壓器，初級繞組的線徑較細(xì)，匝數(shù)也比次級繞組多。因此，像圖４這樣的降壓變壓器，其電阻zui大的是初級繞組。
第三步：確定所有次級繞組的電壓。
在初級繞組上通過調(diào)壓器接入交流電，緩緩升壓直至２２０Ｖ。依次測量各繞組的空載電壓，標(biāo)注在各輸出端。如果變壓器在空載狀態(tài)下較長時間不發(fā)熱，說明變壓器性能基本完好，也進(jìn)一步驗證了判定的初級繞組是正確的。
四、各次級繞組zui大電流的確定
變壓器次級繞組輸出電流取決于該繞組漆包線的直徑Ｄ。漆包線的直徑可從引線端子處直接測得。測出直徑后，依據(jù)公式Ｉ＝２Ｄ2，可求出該繞組的zui大輸出電流。式中Ｄ的單位是ｍｍ。