變壓器的原理以及主要參數

 1·變壓器的工作原理

    在一次繞組上外施一變流電壓U1便有I0流入，因而在鐵心中激勵一交流磁通φ，磁通φ同時也與二次繞組匝鏈。由于磁通φ的交變作用在二次繞組中便感應出電勢ez。根據電磁感應定律可知，繞組的感應電勢正比于安的匝數。因此只要改變二次繞組的匝數，便能改變電勢ez 的數值，如果二項繞組接上用電設備，二次繞組便有電壓輸出，這就是變壓器的工作原理。
     假設初次、次級繞組的匝數分別為W1,W2,當變壓器的初級接到頻率為f，電壓為V1的正弦變流電源時，根據電磁感應原理，鐵心中的交變磁通φ將分別在一、二次繞組中感應出電勢。一次繞組感應電勢為：e1 - W1*dφ/dt 式中的dφ/dt為磁通的變化率，負號表示磁通增大時，電勢e1的實際方向與電勢的正方向相反。如果不計漏阻抗，根據回路電勢平衡規律可得：
           U1=- E1   其數值V1=E1=4.44 *f * W1*φm  (1)
                在二次側同理可以得出：
           U2= E2= 4.44* f* W2*φm 
                (2)    由（1），（2）式之比得 
          U1/U2 = E1/E2 = W1/W2  = K 
        式中K就是變壓器的變比，或稱匝數比，設計時選擇適當的變比就可以實現把一次側電壓變到需要的二次電壓。
        電力系統普遍采用三相制供電。因而實際應用得廣的是三相變壓器，三相變壓器在三相負載平衡時的運行情況基本上與單相變壓器相同。
       2、變壓器的主要參數：
             <一>額定電壓
            變壓器的一個作用就是改變電壓，因此額定電壓是重要數據之一。額定電壓是指在多相變壓器的線路端子間或單相變壓器的端子間指定施加的電壓，或當空載時產生的電壓，即在空載時當某一繞組施加額定電壓時，則變壓器所有其它繞組同時都產生電壓。
             變壓器的額定電壓應與此連接的輸變線路電壓相符合。我國輸變電線路電壓等級（kV）為0.38、3、6、10、15（20）、35、63、110、220、330、500、750    輸變電線路電壓等級就是線路中斷的電壓值。因此，連接線路終端變壓器一側的額定電壓與上列數值相同。線路始端（電源端）電壓考慮了線路的壓降將此等級電壓高，35kV以下電壓等級的始端電壓比電壓等級要高50％。而35kV及以上的要高10％。因此，變壓器的額定電壓也相應提高，線路始端電壓值（kV）0.4、3.15、6.3、10.5、15.75、38.5、69、121、242、363、550    由此可知高壓額定電壓等于始端電壓的變壓器為升壓變壓器，等于線路終端電壓（電壓等級）的變壓器為降壓變壓器。
            變壓器產品系列是以高壓的電壓等級而分的，現在電力變壓器的系列分為10kV及以下系列，35kV系列，63kV系列，110kV系列和220kV系列等。額定電壓是指線電壓，且均以有效值表示。
           <二> 額定容量：
           變壓器的主要作用是傳輸電能，因此，額定容量是它的主要參數。額定容量是一個表現功率的慣用值，它是表征傳輸電能的大小，以kVA或MVA表示，當對變壓器施加額定電壓時，根據它來確定在規定條件下不超過溫升限值的額定電流。
          雙繞組變壓器的額定容量即為繞組的額定容量，（由于變壓器的效率很高，通常一，二次側的額定容量設計成相等）
          多繞組變壓器應對每個繞組的額定容量加以規定。其額定容量為量大的繞組額定容量；當變壓器容量由冷卻方式而變更時，則額定容量是指量大的容量。
          我國現在變壓器的額定容量等級是按≈1.26的倍數增加的，如容量有100、125、160、200……kVA等，只有30 kVA和63000 kVA以外的容量等級與優先數系有所不同。
         1967年以前變壓器的額定容量等級是按R8=8≈1.33倍數增加的R8容量系列。
         對于單相變壓器SN =IIN^2 * U1N*(10)^-3 = U2N * I2N*10^-3(kVA)
              對于三相變壓器SN= *U1N *I1N * 10^-3=√3 *U2N *I2N *10^-3(kVA)
            變壓器的容量大小與電壓等級也是密切相關的。電壓低，容量大時電流大，損耗增大；電壓高，容量小時絕緣比例過大，變壓器尺寸相對增大，因此，電壓低的容量必小。電壓高的容量必大。
           <三>額定電流
         變壓器的額定電流是由繞組的額定容量除以該繞組的額定電壓及相應的系數（單相為1，三相為）,而并得的電流經繞組線端的電流。
         因此變壓器的額定電流就是各繞組的額定電流，是指線電流，也以有效值表示（要注意組成三相的單相變壓器）
        <四>額定頻率
         額定頻率是指對變壓器所設計的運行頻率，我國標準規定頻率為50HZ。
        <五>空載電流和空載損耗
         空載電流是指當向變壓器的一個繞組（一般是一次側繞組）施加額定頻率的額定電壓時，其它繞組開路，流經該繞組線路端子的電流，稱為空載電流I。其較小的有功分量Ioa用以補償鐵心的損耗，其較大的無功量Ior用于勵磁以平衡鐵心的磁壓降。
         空載電流Io＝
             通常Io以額定電流的百分數表示：Io%=(Io/IN) *100= 0.1~3%
             空載電流的有功分量Ioa是損耗電流，所汲取的有功功率稱空載損耗Po，即指當以額定頻率的額定電壓施加于一個繞組的端子上，其余各繞組開路時所汲取的有功功率。忽略空載運行狀態下的施電線繞組的電阻損耗時又稱鐵損。因此，空載損耗主要決定于鐵心材質的單位損耗。
        <六>阻抗電壓和負載損耗
         雙繞組變壓器當一個繞組短接（一般為二次側）另一繞組流通額定電流而施加的電壓稱阻抗電壓Uz，多繞組變壓器則有任意一對繞組組合的Uz。通常阻抗電壓以額定電壓百分比表示
        Uz%=(Uz/UN)*100%(且應折算到參考溫度)
            一個繞組短接（一般為二次）。另一繞組流通額定電流時所汲取的有功功率稱為負載損耗PR.
            負載損耗＝大一對繞組的電阻損耗＋附加損耗
          附加損耗包括繞組溫度損耗，并繞導線的環流損耗，結構損耗和引線損耗，其中電阻損耗也稱為銅耗，負載損耗也要折算到參考溫度。
          <七>溫升和冷卻方式
          溫升，變壓器溫升，對于空氣冷卻變壓器是指測量部分的溫度與冷卻空氣溫度之差；對于水冷卻變壓器是指測量部分的溫度與冷卻器入口處的水溫之差（一般按運行在海拔高度1000m及以下）
          油浸式變壓器線圈和頂層油溫升限值是這樣得來的,因為A級絕緣在98℃產生的絕緣損壞為正常損壞，而保證變壓器正常壽命的年平均氣溫是20℃，線圈最熱點與其平均溫度之差為13K，所以線圈溫升限值為98-20-13＝65K。
          油正常運行的高溫度為95℃，高氣溫為40℃，所以頂層油溫升限值為95-40＝55K.