变压器外文文献.doc

变压器1. 介绍要从远端发电厂送出电能，必须应用高压输电。因为最终的负荷，在一些点高电压必须降低。变压器能使电力系统各个部分运行在电压不同的等级。本文我们讨论的原则和电力变压器的应用。2. 双绕组变压器变压器的最简单形式包括两个磁通相互耦合的固定线圈。两个线圈之所以相互耦合，是因为它们连接着共同的磁通。在电力应用中，使用层式铁芯变压器(本文中提到的)。变压器是高效率的，因为它没有旋转损失，因此在电压等级转换的过程中，能量损失比较少。典型的效率范围在92到99%，上限值适用于大功率变压器。从交流电源流入电流的一侧被称为变压器的一次侧绕组或者是原边。它在铁圈中建立了磁通，它的幅值和方向都会发生周期性的变化。磁通连接的第二个绕组被称为变压器的二次侧绕组或者是副边。磁通是变化的；因此依据楞次定律，电磁感应在二次侧产生了电压。变压器在原边接收电能的同时也在向副边所带的负荷输送电能。这就是变压器的作用。3. 变压器的工作原理当二次侧电路开路是，即使原边被施以正弦电压vp，也是没有能量转移的。外加电压在一次侧绕组中产生一个小电流i。这个空载电流有两项功能：（1）在铁芯中产生电磁通，该磁通在零和m之间做正弦变化，m是铁芯磁通的最大值；（2）它的一个分量说明了铁芯中的涡流和磁滞损耗。这两种相关的损耗被称为铁芯损耗。变压器空载电流i一般大约只有满载电流的2%5%。因为在空载时，原边绕组中的铁芯相当于一个很大的电抗，空载电流的相位大约将滞后于原边电压相位90。显然可见电流分量im= i0sin0，被称做励磁电流，它在相位上滞后于原边电压vp 90。就是这个分量在铁芯中建立了磁通；因此磁通与im同相。第二个分量ie=i0sin0，与原边电压同相。这个电流分量向铁芯提供用于损耗的电流。两个相量的分量和代表空载电流，即i0 = im+ ie应注意的是空载电流是畸变和非正弦形的。这种情况是非线性铁芯材料造成的。如果假定变压器中没有其他的电能损耗一次侧的感应电动势ep和二次侧的感应电压es可以表示出来。因为一次侧绕组中的磁通会通过二次绕组，依据法拉第电磁感应定律，二次侧绕组中将产生一个电动势e，即e=n/t。相同的磁通会通过原边自身，产生一个电动势ep。正如前文中讨论到的，所产生的电压必定滞后于磁通90，因此，它于施加的电压有180的相位差。因为没有电流流过二次侧绕组，es=vs。一次侧空载电流很小，仅为满载电流的百分之几。因此原边电压很小，并且vp的值近乎等于ep。原边的电压和它产生的磁通波形是正弦形的；因此产生电动势ep和es的值是做正弦变化的。产生电压的平均值如下eavg = turns即是法拉第定律在瞬时时间里的应用。它遵循eavg = n = 4fnm其中n是指线圈的匝数。从交流电原理可知，有效值是一个正弦波，其值为平均电压的1.11倍；因此e = 4.44fnm因为一次侧绕组和二次侧绕组的磁通相等，所以绕组中每匝的电压也相同。因此ep = 4.44fnpm并且es = 4.44fnsm其中np和es是一次侧绕组和二次侧绕组的匝数。一次侧和二次侧电压增长的比率称做变比。用字母a来表示这个比率，如下式a = = 假设变压器输出电能等于其输入电能这个假设适用于高效率的变压器。实际上我们是考虑一台理想状态下的变压器；这意味着它没有任何损耗。因此pm = pout或者vpip primary pf = vsis secondary pf这里pf代表功率因素。在上面公式中一次侧和二次侧的功率因素是相等的；因此vpip = vsis从上式我们可以得知 = a它表明端电压比等于匝数比，换句话说，一次侧和二次侧电流比与匝数比成反比。匝数比可以衡量二次侧电压相对于一次恻电压是升高或者是降低。为了计算电压，我们需要更多数据。 终端电压的比率变化有些根据负载和它的功率因素。实际上, 变比从标识牌数据获得, 列出在满载情况下原边和副边电压。 当副边电压vs相对于原边电压减小时，这个变压器就叫做降压变压器。如果这个电压是升高的，它就是一个升压变压器。在一个降压变压器中传输变比a远大于1(a1.0)，同样的，一个升压变压器的变比小于1(a1.0), while for a step-up transformer it is smaller than unity (a1.0). in the event that a=1, the transformer secondary voltage equals the primary voltage. this is a special type of transformer used in instances where electrical isolation is required between the primary and secondary circuit while maintaining the same voltage level. therefore, this transformer is generally knows as an isolation transformer.as is apparent, it is the magnetic flux in the core that forms the connecting link between primary and secondary circuit. in section 4 it is shown how the primary winding current adjusts itself to the secondary load current when the transformer supplies a load.looking into the transformer terminals from the source, an impedance is seen which by definition equals vp / ip. from = a , we have vp = avs and ip = is/a.in terms of vs and is the ratio of vp to ip is = = but vs / is is the load impedance zl thus we can say thatzm (primary) = a2zlthis equation tells us that when an impedance is connected to the secondary side, it appears from the source as an impedance having a magnitude that is a2 times its actual value. we say that the load impedance is reflected or referred to the primary. it is this property of transformers that is used in impedance-matching applications.4. transformers under loadthe primary and secondary voltages shown have similar polarities, as indicated by the “dot-making” convention. the dots near the upper ends of the windings have the same meaning as in circuit theory; the marked terminals have the same polarity. thus when a load is connected to the secondary, the instantaneous load current is in the direction shown. in other words, the polarity markings signify that when positive current enters both windings at the marked terminals, the mmfs of the two windings add.since the secondary voltage depends on the core flux 0, it must be clear that the flux should not change appreciably if es is to remain essentially constant under normal loading conditions. with the load connected, a current is will flow in the secondary circuit, because the induced emf es will act as a voltage source. the secondary current produces an mmf nsis that creates a flux. this flux has such a direction that at any instant in time it opposes the main flux that created it in the first place. of course, this is lenzs law in action. thus the mmf represented by nsis tends to reduce the core flux 0. this means that the flux linking the primary winding reduces and consequently the primary induced voltage ep, this reduction in induced voltage causes a greater difference between the impressed voltage and the counter induced emf, thereby allowing more current to flow in the primary. the fact that primary current ip increases means that the two conditions stated earlier are fulfilled: (1) the power input increases to match the power output, and (2) the primary mmf increases to offset the tendency of the secondary mmf to reduce the flux.in general, it will be found that the transformer reacts almost instantaneously to keep the resultant core flux essentially constant. moreover, the core flux 0 drops very slightly between n o load and full load (about 1 to 3%), a necessary condition if ep is to fall sufficiently to allow an increase in ip.on the primary side, ip is the current that flows in the primary to balance the demagnetizing effect of is. its mmf npip sets up a flux linking the primary only. since the core flux 0 remains constant. i0 must be the same current that energizes the transformer at no load. the primary current ip is therefore the sum of the current ip and i0.because the no-load current is relatively small, it is correct to assume that the primary ampere-turns equal the secondary ampere-turns, since it is under this condition that the core flux is essentially constant. thus we will assume that i0 is negligible, as it is only a small component of the full-load current.when a current flows in the secondary winding, the resulting mmf (nsis) creates a separate flux, apart from the flux 0 produced by i0, which links the secondary winding only. this flux does no link with the primary winding and is therefore not a mutual flux.in addition, the load current that flows through the primary winding creates a flux that links with the primary winding only; it is called the primary leakage flux. the secondary- leakage flux gives rise to an induced voltage that is not counter balanced by an equivalent induced voltage in the primary. similarly, the voltage induced in the primary is not counterbalanced in the secondary winding. consequently, these two induced voltages behave like voltage drops, generally called leakage reactance voltage drops. furthermore, each winding has some resistance, which produces a resistive voltage drop. when taken into account, these additional voltage drops would complete the equivalent circuit diagram of a practical transformer. note that the magnetizing branch is shown in this circuit, which for our purposes will be disregarded. this follows our earlier assumption that the no-load current is assumed negligible in our calculations. this is further justified in that it is rarely necessary to predict transformer performance to such accuracies. since the voltage drops are all directly proportional to the load current, it means that at no-load conditions there will be no voltage drops in either winding.变电站建设变电站(所)在电源系统的工业企业是一个至关重要的因素。 他们接收,转换和发送电能。根据能源和需求,变电站分为中央配电变电站电压为110-500kv；主要降压变电所电压为110-220/6-10-35kv； 深入口变电站为110-330/6-10kv；二次变电站的电压为6-10kv；车间变电所电压为6-10/0.38-0.66kv。在主要的降压变电所,电源能量转化电压为110-220kv，通常使用6-10kv(有时为35kv变电所)的电压分配给企业和被用来满足高压服务。中央配电变电站从电力系统接收能量并分发它(不包括或者包括部分变换) 给企业不同区域，通过空中电缆和地下电缆线路电压为110-220kv。 中央分配变电站站不同于主配电变电它是一个更强大的电力设施,它的电压大部分在110-220kv的电压。它可以简化初级电压、中级电压或地区的开关电路。中低级别变电站改造能量来自6-10kv的电压,它的二次侧电压为380/220或660/380。升压变压器变电站用于将电厂产生的能量转化使发电机产生的电压升高,从而有效地减少在远距离输电能量的损失转换器变电站的目的是为了将直流转换成交流(有时相反)和转换成能量时改变频率。转换器变电站的能量转换是用半导体整流器来变频的。带半导体整流器的转化器变电站是最经济的。6-10kv的配电变电站主要依据主配电变电站(有时依据中央配电变电站)。110-220kv变电站系统区域的划分时，根据变电站设备功能划分时是有学问的，6-10kv的变电站设备划分在变电站的入口。根据变电站变的位置，电站设备在可以露天或室内。6-10kv变电站的在电缆的类型主要是供给输出线。在35-220kv变电站空中线路样式,在变电站架线和接线,主要注重供电生产的可靠和经济。用工业的方式建设变电站，是使用大量的数块和在电气工程组织和工厂电气工程等行业的车间的位置进行组装。变电站通常是专为不连续操作的责任人员所设计,但用的是基本的自动设备和信号装置。当建立变电站结构的一部分,应当采用薄型建造结构以及由弯段组成的组件(板材、地板等)。这些元件是预先安装区外面建造区域并且只是在这个位置组装。这样可以有效的削减变电所建造成本。变电站基本电路概念设计的选择,是根据企业的供电系统特点得到的。变电站电压特性主要入口，变压器和输出电缆线路导线或当前导体的二次电压.变电站安装的设备和元件，设备和元件的若干种可能的组合是非常好的。当阐述了变电站的电路时争取切换装置最大的简化和数目的最小化。这样的变电站更可靠、经济。电路简化是采用自动接入或自动转入储备的方法,允许快速和无错误的自动接入每一个元件和使用设备。当设计工业企业全电压变电站时,下面的基本因素都要考虑在内。1.优先使用采用两编组的单总线系统可以确保可靠的和经济的供应电力。2.配套建设和变电站广泛使用。3.变电站使用自动化并且支持遥测技术;如果变电站的设计并不支持使用自动化或遥测、线路安而且不允许添加设备，确保以后没有过度投资和返工。4.使用简单、便宜的装置，有绝缘装置的断路器、短路开关、过载保护隔离器、保险丝,预期到他们的交换容量可考虑大幅度削减昂贵的器件需要和临界油、真空、螺线管和空气开关电路使用。变电站和开关电路,采用这样的设备的每个生产线服从个体变压器、装配、允许他们同时的断开而不破坏断开连接的生产流程的机制的线条。变电站的线路的意义,最重要的一点是要妥善安排与选择转换器件(开关、隔离者、电流限制器等、避雷器、高低压熔断器),这决定了变电站的目的、功能和意义。很多年以前，科学家们对电仍只有很模糊的概念。他们之中不少人认为电是一种“流体”，这种流体就像水流经管道一样流过导线。但他们并不了解是什么东西使电流动。他们之中的许多人觉得电是有某种极小的微粒构成的，但试图把电分离成单个的小颗粒他们却束手无策。此后，以为伟大的美国科学家密利坎于1909年，真正地称出了单个的电粒子的重量并算出它的电荷而使科学界震惊不已。这可能是人类做过的最细致的计量工作之一，因为一个单个的电粒子的重量仅为一磅的百万分之一，百万分之一的一半左右的重量。要合成一磅重需要的电粒子数将要比大西洋的全部水的水滴数还要多。这些电粒子，他们对我们并不陌生，因为我们知道他们就是电子。当大量电子摆脱原子跑出来并通过导线运动时，我们把这种现象说成是电通过导线“流动”。是的，早先的科学家所说的电的“流体”只不过是沿着导线流动的电子。那么，如何能使一些单个的电子摆脱原子的束缚而跑出来呢？而且，又怎样能使这些自由电子沿导线运动呢？第一个问题的答案就在于原子本身的结构上。某些原子的结构使他们很容易失去电子。例如，一个铜原子在正常情况下有29个电子，它们排列在核子周围的4个不同的轨道上。最里层的轨道上有2个电子。第二层较大的轨道上有8个电子。第三层轨道上挤满18个电子。而外层轨道上只有一个电子。正是这个外层电子，铜原子不断丢掉它，因为这个电子受原子的约束不那么紧。它忽而游离而去，并被另一游离的电子所替代，然后，这后一个电子也游离而去。结果，在铜导线中自由电子在铜原子之间向四面八方漂浮。所以，尽管对你们的普通的肉眼来说，铜导线看来是完全不动的，但在它内部却不断地进行着大量的活动。如果导线把电输送到一盏电灯或者另外某个电气设备那里，这些电子就不会杂乱无章地到处跑来跑去，而是它们中的许多电子将会向一个方向奔去-从导线的一端奔向另一端。这就把我们引向第二个问题，如何才能使自由电子沿导线运动呢？好啦，人们已经找到几种方法来做到这一点。一种就是化学方法。伏特电堆，或者叫电池，就是能使电流在导线中流动的一种化学装置。另一种方法就是电磁法。法拉第和亨利发现了怎样能把磁铁用来使电在导线中流动的办法。磁铁几乎每个人都见过马蹄形磁铁-之所以这样叫他是因为他们的形状做成马蹄形的。可能你们都用磁铁做过试验，并且看到它是怎样吸起按钉，小钉子或者其他一些小铁件的。人们了解磁铁已经几千年了。据传说，几千年前有个名叫麦格尼斯的牧羊人住在地中海的克里特岛上。他有一根牧羊人用的带铁头的棍杖。一天，他发现一块奇形怪状的黑石头黏在铁头上。后来，当又发现许多这种石头时，人们就叫它们为磁铁。这些就是天然磁铁。近年来，人们已经掌握怎样使用铁来制成磁铁。尤其重要的是，人们发现了如何使用磁铁推动电子通过导线-也就是怎样使电流动。在我们讨论这点之前，磁铁有某些特性我们应当了解。如果把一块玻璃放在马蹄形磁铁的端部，然后把一些铁粉末撒在玻璃上，那么铁粉自己就会排成许多线。如果用一根棒做的话，就更容易看出这些铁粉排成的线条了。这些实验演示了科学家们所谓的磁力线。他们解释说。磁铁通过磁铁两端之间延伸出来的磁力线起作用。但是，在电子周围似乎也有磁力线。把一根导线穿过一块硬纸板，在纸板上撒上铁粉，并把电池与导线连通在一起，这点就可以得到证明。由于运动的电子的磁性的结果，铁粉就会绕导线周围形成一些圆环。因此，我们可以看到，在运动者的电子和磁性之间有一种关系。磁性就是由电子的运动引起的。当然，电子并不是在磁棒里真的“流动”，但它们却是在运动，在绕铁原子核做旋转运动。然而，在磁铁中，原子都排列的使它们的电子都向同一方向旋转。也许可打一个恰当的比喻，就像许多小孩在他们头顶上以顺时针方向甩动系在线上的小球一样。变电站综合自动化技术发展趋势construction of substationsubstations are a vital element in a power supply system of industrial enterprisesthey serve to receive ，convert and distribute electric energy .depending on power and purpose ,the substations are divided into central distribution substations for a voltage of 110-500kv;main step-down substations for110-220/6-10-35kv;deep entrance substations for 110-330/6-10kv;distribution substations for 6-10kv;shop transformer substations for 6-10/0.38-0.66kv.at the main step-down substations, the energy received from the power source is transformed from 110-220kv usually to 6-10kv(sometimes 35kv) which is distributed among