变压器的工作原理

一.变压器的工作原理变压器---利用电磁感应原理，从一个电路向另一个电路传递电能或传输信号的一种电器是电能传递或作为信号传输的重要元件变压器 静止的电磁装置变压器可将一种电压的交流电能变换为同频率的另一种电压的交流电能电压器的主要部件是一个铁心和套在铁心上的两个绕组。变压器原理图（图3.1.2）与电源相连的线圈，接收交流电能，称为一次绕组与负载相连的线圈，送出交流电能，称为二次绕组设一次绕组的二次绕组的U1电压相量I1电流相量电动势相量E1电动势相量E2匝数N1匝数N2同时交链一次，二次绕组的磁通量的相量为φm,该磁通量称为主磁通请注意图3.1.2各物理量的参考方向确定。理想变压器不计一次、二次绕组的电阻和铁耗，其间耦合系数K=1的变压器称之为理想变压器描述理想变压器的电动势平衡方程式为e1(t)=-N1dφ/dte2(t)=-N2dφ/dt若一次、二次绕组的电压、电动势的瞬时值均按正弦规律变化，则有不计铁心损失，根据能量守恒原理可得由此得出一次、二次绕组电压和电流有效值的关系令K=N1/N2，称为匝比（亦称电压比），则二.变压器的结构简介铁心0.35或0.5表面涂有绝缘漆的热轧或冷轧硅钢片叠装而成铁心分为铁心柱和铁轭俩部分，铁心柱套有绕组；铁轭闭合磁路之用铁心结构的基本形式有心式和壳式两种心式变压器结构示意图(图3.1.6)绕组绕组是变压器的电路部分，它是用纸包的绝缘扁线或圆线绕成Ú1Í1，在铁芯中就产É2，感应电势公式为：E=4.44fNØm式中：E--感应电势有效值Øm--主磁通最大值E1E2Ú1Ú2当变压器二次侧空载时，一次侧仅流过主磁通的电流（Í0），Í2Í0，Í2，Í2当电流乘以匝数时，就是磁势。一、二次侧的能量传递。变压器工作原理动画演示三、变压器的类型变压器是一种静止电机，它可以将一种电压的电能转换为另一种电压的电能。一、变压器分类及用途电力变压器：电力系统传输电能的升压变压器/降压变压器/配电变压器等。问题5-1远距离输电为什么必须采用高压输电？电焊变压器(专用)给电焊机供电。整流变压器(专用)：仪用变压器：用在测量设备中。电子变压器：用在电子线路中。二、变压器的工作原理原理图一个铁心:提供磁通的闭合路径。两个绕组:1次侧绕组(原边)N1,2次侧绕组(副边)N2。工作原理1i0,ΦФe1e2e1=－N1dФ/dt e2=－N2dФ/dt如果略去绕组电阻和漏抗压降，则u1/u2≈(-e1)/(-e2)=N1/N2u1/u2≈(-e1)/(-e2)=N1/N2=k,k定义为变压器的变比。变压器的类型和结构1、类型除了按以上用途分类外，变压器还可以按相数/绕组数目/铁心形式/冷却方式等特征分类。按相数分：单相/三相/多相等按绕组数：双绕组/自耦/三绕组/多绕组铁心形式：心式/壳式冷却方式：干式/油浸式等2、结构(电力变压器)变压器主要部件是绕组和铁心(器身)。除了电磁部分，还有油箱/冷却装置/绝缘套管/调压和保护装置等部件。铁心型式：心式(结构简单工艺简单应用广泛)/壳式(用在小容量变压器和电炉变压器)。材料：一般由0.35mm/0.5mm冷轧(也用热轧)硅钢片叠成。接缝，从而减少了磁阻，便于磁通流通。/（绕组一般用绝缘扁铜线或圆铜线在绕线模上绕制而成。绕组套装在变压器铁心柱上，低压绕组在内层，高压绕组套装在低压绕组外层，以便于绝缘。油/油箱/冷却/安全装置器身装在油箱内，油箱内充满变压器油。对变压器铁心和绕组起散热作用。油箱有许多散热油管，以增大散热面积。风或用自来水冲淋变压器油箱。这些都是变压器的冷却装置。油箱/2/3/4变压器运行时产生热量，使变压器油膨胀，并流进储油柜中。储油柜使变压器油与空气接触面变小,减缓了变压器油的氧化和吸收空气水分的速度。从而减缓了油的变质。故障时,热量会使变压器油汽化,触动气体继电器发出报警信号或切断电源。变压器油箱，避免油箱爆裂。变压器的额定值U1N/U2NVkVU1N1U2N1压、2三相变压器中，额定电压指的是线电压。SN单位为VA/kVA/MVASN1、2(3I1N/I2NA/kA电流。对单相：I1N=SN/U1NI2N=SN/U2N对三相：I1N=SN/[sqrt(3)U1N]I2N=SN/[sqrt(3)U2N]fN单位为Hz,fN=50Hzm/Uk/型号/运行方式/方式/重量等数据。电容式电压互感器试验第一章绪论电压互感器作为一种电压变换装置(Transformer)是电力系统中不可或缺的设备，它跨接于高压与零线之间，将高电压转换成各种仪表的工作电压（国标规定为3和100，0.20.5级及3P用做合闸或重合闸检同期、检无压信号用，它要求的精度一般为1.0、3.0级，输出容量也不大。现电容式电压互感器（CapacitorVoltageTransformers“CVT”）50年代开始研制生第二章电容式电压互感器试验要求§1.基本试验条件1.1试验的环境条件件并做好记录。另一种为自然环境条件，这种情况下，试验条件一般应遵循以下几条规律。+5～+35℃范围内。了适当长的时间后，即认为与周围空气温度相同。试验场所不得有显著的交直流外来电磁场干扰。试验场所应有单独的工作接地可靠接地，应有适当的防护措施和安全措施。试品与接地体或邻近物体的距离一般应大于试品高压部分与接地部分最小空气距离的1.5倍。试验所用的工频电压波形应符合GB／T16927.1《高电压实验技术第一部分：一般试验要求》的规定，频率为（0.9～1.1）fn。1.2试验用标准电容式电压互感器有三种用途即测量、保护和载波通讯，我们现使用的标准为GB/T4703-2000《电容式电压互感器IEC60187：1987容器和电容分压器部分，那末我们还需采用另外一个标准JB/T8169-1999《耦合电容器和《交流500kV电器设备交接和预防性试验规程SD333-89《电气安装工程和电气设备交接试验标准验内容。另外个企业也由企业标准，如西安西电电力电容器有限责任公司的企业标准为《电容式电压互感器通用技术条件§2.电容式电压互感器试验分类、项目及基本规则电容式电压互感器试验项目及分类电容式电压互感器从产品结构上分为电容分压器和电磁装置两部分1。表1电容式电压互感器试验项目试验类别项号试验项目注出厂试验1外观检验整体部分准确度试验整体部分型式试验1雷电冲击耐受电压试验整体部分操作冲击耐受电压试验整体部分铁磁谐振试验整体部分瞬变响应试验整体部分电磁单元的工频耐受电压试验（湿试）图1极性检验表2耦合电容器及电容分压器试验项目试验类别项号试验项目注出厂试验1外观检验密封性试验工频下电容测量端子之间的工频或操作冲击试验低压端子对接地端子工频耐受电压试验测量损耗角正切值型式试验1高频电容及等值串联电阻测量低压端子对地杂散电容及杂散电导测量操作冲击耐受电压试验（干试）工频交流电压或操作冲击电压试验（湿试）雷电冲击耐受电压试验放电试验局部放电试验测量电容温度系数机械强度试验电容式电压互感器检验的基本规则检验项目分为出厂试验、型式试验、验收试验三部分，各部分检验的基本规则如下：出厂试验出厂试验的目的在于检验制造中的缺陷和测定互感器的准确度感器进行。误差试验应在耐受电压试验之后进行，其余项目的次序可不作规定。这里的耐受电压试验包括电容分压器、电磁单元各部件的工频耐压，保证误差试验时CVT完好。型式试验型式试验的目的行要求。进行型式试验的时间和周期新产品研制出来时应进行型式试验。应重新进行型式试验，此时允许只进行与这些改变有关的试验项目。在正常生产中，型式试验应至少每五年进行一次。有关要求和规定用来作型式试验的互感器应首先进行出厂试验。出厂试验合格后，方可进行型式试验。其出厂试验结果也应在型式试验报告中给出。型式试验中的所有耐受电压试验的试验项目应在同一台互感器上进行。验收试验验收试验的目的保所安装的互感器是良好的。有关要求和规定一次端子间的工频耐受电压试验值应不超过规定试验电压的75％。准确度试验应在允许频率范围和额定电压下进行。第三章电容式电压互感器基本试验内容综合两个国标的内容，电容式电压互感器的基本试验项目有以下十六条，具体内容如下：1)试验目的牌及端子标志是否符合图样要求。试验方法2)密封性试验试验目的检验互感器（包括电容分压器和电磁单元）试验方法图1极性检验具体要求和方法有制造厂提出。试验目的标有大写体和小写体的同一字母的端子，在同一瞬间应具有同一极性，即所谓减极性。试验方法a11.5VA端，负极接在一次绕组的X端，直流毫安表的正极接在二次绕组的a极接在二次绕组的n端,瞬间接通开关，电流表按顺时方向摆动为减极性。试验目的的高压端子和接地端子之间的绝缘应能承受如表3所列的耐受电压。3绝缘耐受电压kV互感器额定一次电压额定短时工频耐受电压方均根值额定雷电冲击耐受电压峰值额定操作冲击耐受电压峰值35／80／951）185／2002）——66／140325——160350110／185／2001）450／4802）——550220／360850——395950330／5101175950500／680155011757401675压保护装置的配置及其性能、可接受的绝缘故障率等。1）斜线下的数据为外绝缘的干耐受电压。2）斜线下的数据仅用于内绝缘。标准中规定了安装运行地区的海拔超过1000m1000m但不高于1000数KKa计算公式如式1。(1)式中：H——安装地区的海拔高度，m。试验方法图2工频耐压试验（一）短时工频耐受电压试验如图2所示，相应的试验电压施加于高压端子与接地端子之间（接。耐受时间1min短时工频耐受电压试验可分为干试与湿试，试验可分别对电容分压器和电磁单元进行。式（2）来计算单节试验电压。（2）对于电磁单元部分的试验，试验过程中应注意以下几个问题：①电磁单元中压回路的耐受电压水平按下式（3）计算，（3）式中：t—互感器高压端子和接地端子间的试验电压；、—分别为电容分压器的高压电容和中压电容；—电压分布不均匀系数，可取1.05。③对变压器一次绕组进行试验时，试验电压值应为按式（3）计算。试验电压可以直接用单独电源来供给，也可以由二次侧感应得到。无论用哪一种方式得到试验电压，均应在高电压侧测量试验电压。当电压升到试验电压值以后，历时间1值的两倍，试验时间可以减小到按式15。（4）式中：t—用频率为t的电压来试验时所需经历的时间，单位s。t—试验电压的频率。在试验中有否损坏，可以用在试验前后测量变压器的空载电流和损耗的方法来检验。1min。电抗器绕组的端子之间的绝缘②)电磁单元中压回路的接地端子与地之间，二次绕组的端子（含附件）对地及其相互之间的绝缘应能承受工频3kV（方均根值）的试验电压，历时1min。b)10kV（方均根值）min，若低压端子不暴露在风雨中，则试验电压为4kV（方均根值）（二）雷电冲击耐受电压试验～60）s（不允许分节进行15152的闪络且未发生击穿，则认为互感器通过了试验。（三）操作冲击耐受电压试验（湿试）操作冲击耐受电压试验（湿试）250／2500可仅对电容分压器进行（不允许分节进行核。操作冲击耐受电压试验时，应施加正极性和负极性冲击各15次，如果在连续的15次冲击中未发生多于2次的闪络且未发生击穿，则认为互感器通过了试验。操作冲击试验只对330kV以上产品进行，这和系统中过电压存在和保护水平有关。若试品进行了操作冲击湿耐受电压试验，则不需再进行工频湿试验和操作冲击干耐受电压试验。试验目的检验互感器在正常及系统故障情况下的温升情况。试验方法试验只在电磁单元上进行，在额定频率和规定负荷（功率因数为0.8（滞后）～1之间的任一数值）下，给试品施加规定电压，当每小时的温度上升值不超过1℃时，即认为已达到稳定状态。规定负荷即每个二次绕组上分别接有各自最大负荷来进行本试验负荷，试验时应加极限热负荷值。电压测量应在一次绕组上进行，因为实际二次电压可能明显地降低。温升可用温度计或热电偶法测量。试验程序为：不论其额定电压因数和允许运行时间如何，对所有互感器的电磁单元均应在二次绕组接（如果有多个额定负荷值，应取最大者）1.2倍额定电压连续进行试验，直到温度达到稳定为止。出且功率因数为11的负荷。此时，其他二次绕组不接负荷。此时各绕组的温升应不超过60℃。额定电压因数为1.（或1.、允许运行时间为30s的互感器，其电磁单元应在a）项1.2倍额定电压下的温升试验达到稳定状态后，立即施加1.9）倍额定电压（次绕组和剩余电压绕组应接有最大的额定负荷，历时30。此时各绕组温升应不超过70℃。本试验也可以从冷态开始，各绕组温升应不超过10℃。额定电压因数为1.9、允许运行时间为8h的互感器，其电磁单元应在a）1.2倍额定1.9（额定负荷，剩余电压绕组接有额定负荷或热极限负荷，历时8。此时各绕组温升应不超过70℃。在上述各种试验条件下，电磁单元的铁心及其他金属件表面、油顶层的温升应不超过50℃。IEC1000m100m的温升应相应降低。对于充油的电磁装置应降低0.4%0.5%。电阻法测量绕组平均温度：图3电阻法测温升1min内测出第一个读数。然后在8min～10min内每隔相等的时间R1、R2R3、……RK5～10min补充测量一个参考值Rn。同时记录各个测定时间分别为t、t、t……t，以切断电源瞬间为t=。在坐标纸上，将lR1-R、lnR2-RlR3-R……lRk-R）和ttt……tk的相应各点绘出，用一直线联接，其与R轴的交点既为t=0时（R0-Rn）值，由此可得切断电源瞬间的绕阻电阻R0值。绕阻一般为铜线，平均温升ΔQ按下式计算：（5）R0—RQ1—温度为Q1Q—绕阻冷态温度（冷态时环境温度，℃。235—铜导体温度系数的倒数电容介损测量4正接法原理图图5反接法原理图试验方法：电容测量应在工频耐受电压试验前，在不高于15%的电压下进行初测，工频耐受电压试验之后在（0.9～1.1）Un电压下进行复测。桥处于高电位，所以应注意安全，测试电压一般也达不到要求（较低。试验目的检验电力载波该频通路的阻抗。试验方法可在分节电容器上进行，采取相应的屏蔽措施，测量引线应尽量短。特别是试品测量较大时，更应该注意测量回路的屏蔽和引线，否则导致电容量偏大。在额定温度范围内，在30～500kHz-20%或+50%。对于较低频率（例如30～100kHz）和温度类别的下限温度，或电容不超过2000pF的电容叠柱，或Um大于42kV者，其等值串联电阻允许大于40Ω。联电导，需将数值等效为等值串联参数。计算公式为：（6）（7）试验目的检验互感器的杂散电容及电导，其值有可能引起高频信号的损失或衰减。试验方法（分压器和电磁装置的组装体为高频电源，用导纳电桥测量其电容及电导值。对于电容器，杂散电容不得超过200pF，杂散电导不得超过20μS；对于电容式电压互感器，杂散电容不得超过300+0.05CnpF，杂散电导不得超过50μS。试验目的5min0.5～1Mhz内,试验前后应用电桥测量电容器的电容值，判断电容器是否有损伤或故障。试验目的检验电容器内介质的电器性能，特别是工艺处理过程是否得到严格的控制。试验方法图6平衡回路测量局部放电图在国家标准和IEC标准中，没有要求进行电容式电压互感器整体或中间变压器的局部放电检测，只要求对耦合电容器和电容分压器进行局部放电检测，电容器的局部放电可分节进行。10s110min1min。了工作效率，所以，均采用平衡回路。表4局部放电试验电压系统接地方式预加电压测量电压允许放电视在电荷量中性点非有效接地系统1.3Um1.1Um100pC1.1Um/10pC中性点有效接地系统0.8×1.3Um1.1Um/10pC试验目的检验电容器随温度变化的规律，其变化在温度范围内会影响到互感器的误差性能。试验方法值。用回归法分析求出电容温度系数。电容器温度类别下限温度和比上限温度高15K的温度范围内测得的电容温度系数的绝对值不大于5×10-4K-1。如温度类别为-25/A。则试验温度范围为-25～+55℃。合的一个原因。试验目的准确度是互感器最主要的性能指标之一限值范围内。试验方法771a1n次绕组分别进行，各个二次绕组所加负荷的大小应符合表5的有关要求，负荷的功率因数为0.8（滞后次绕组，应分别按测量和保护准确级的要求进行试验。对于测量准确级的试验，应分别在80％、100％和120％的额定电压下进行。进行。剩余电压绕组在额定电压乘以额定电压因数的电压下试验时接额定负荷时不接负荷。标准准确级、相应的误差限值及规定的运行条