1、变压器 摘要 ： 变压器是变电所的主要设备，功能是实现电网电压的等级变换，基本工作原理是电磁感应。 变配电所是实现电压等级变换和电能分配的场所。对供电电源进行电压等级变换，应对电能进行重新分配的场所称为变电所。 建筑变电所是供配电系统的枢纽，供电电源由电网引到变电所，在变电所完成降压，电能分配等功能。 关键词 : 变电所；变压器；继电保护； 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
2、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
3、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；
4、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
5、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给 定 时 间 内 磁 通 变 化 量给 定 时 间 即是法拉第定律在瞬时时间里的应用。它遵循 Eavg = N 21/(2 )mf = 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
6、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 = psEE = psNN 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 p
7、sVV = psII psEE 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)。当 a=1 时，变压器的二次侧电压就等于起一次侧电压。这是一种特殊类型的变压器，可被应用于当一次侧和二次侧需要相互绝缘以维持相同的电压等级的状况下。因此，我们把这种类型的变压器称为绝缘型变压器。 显然，铁芯 中的电磁通形成了连接原边和副边的回路。在第四部分我们会了解到当变压器带负荷运行时一次侧绕组电流是如何随着二次侧负荷电流变化而变化的。
