高压电工变压器理论.docVIP

高压电工—变压器理论部分 1.基础知识 1.1有效值：周期量的有效值等于它的瞬时值的平方在一个周期内积分的平均值再取平方根。也称为方均根值。如： 式中：I为周期量，T为周期。 物理意义：有效值是一个在效应上与周期量在一个周期内的平均效应相等地直流量。（如热量）下文中用大写字母表示的值都是有效值。 当周期量为正弦量时，即i=Imsin(2πft+θ)有效值： 式中：Im为周期量的最大值，f为频率，θ为初相角。 1.2欧姆定律： 式中：I为电流，U为电压，Z为阻抗可以是电阻R、感抗XL及容抗Xc XL=2πfL 式中L为电感量，C为电容量。 1.3电压方程式：任一回路内阻抗上电压的代数和等于电源电压的代数和。如图1电路，电压方程如下： E1－E2=UR+UL=IR+IXL 则 E1=IR+IXL+E2 式中E为电源电势，I为电流。 电压和电势方向相反，电压为电位降的方向，电势为电位升的方向，没有本质的区别。 1.4磁路欧姆定律 磁路的磁通等于作用在磁路上的总 磁势除以磁路的总磁阻（见图2）。即 式中Φ为磁通，F为磁势，RK为磁阻 F=IN 式中I为线圈电流，N为线圈匝数，l为磁路的长度，S为磁路的截面积，为导磁率。铁的导磁率是真空的7000～10000倍，铝、铜的导磁率约是真空的1倍。 磁通的方向符合右手螺旋法则：四指为电流流向，则大拇指所指方向为磁通方向。磁通变化规律和电流相同。 1.5电磁感应定律 线圈中磁通变化产生的感应电势，其方向总是企图产生感应电流来阻止磁通的变化，感应电势的大小与线圈的匝数和磁通的变化率成正比，感应电势的正方向和磁通的正方向符合右手螺旋关系。即 当磁通按正弦规律变化，即 φ=Φmsin(2πft+θ) 则感应电势： =-2πf NΦmcos(2πft+θ)=- 2πf NΦm sin(2πft+θ+90) 所以电势的有效值： 式中Φm为正弦规律变化磁通的幅值（最大值） 令则电势有效值： =XLI 式中L为电感，XL=2πfL为感抗。 由可得： 1.6磁滞和涡流损耗 磁滞现象：在铁磁材料中磁畴在外磁场作用下，发生扩大和倒转时，彼此之间产生“摩擦”。由于这种“摩擦”存在，当外磁场消失后，磁畴与外磁场方向一致的排列被保留下来，称为磁滞现象或剩磁。 磁滞损耗：在交变（正弦）磁场的作用下，这种不停“摩擦”产生的损耗。 涡流：铁心在交变（正弦）磁场的作用下，铁心内将产生感应电流，围绕磁场呈漩涡状流动，称为涡流。产生的损耗，称为涡流涡流损耗。 2．电力变压器 变压器：是利用电磁感应原理将一种电压等级的交流电能转变成另一种电压等级交流电能的静止电气设备。 按用途可分为：电力变压器、特种变压器、仪用变压器（电压互感器、电流互感器）。 按冷却介质可分为：内部用空气冷却的干式变压器、用油冷却的油浸式变压器。 作用：为了实现大容量远距离送电、减低输电线路能量损失、满足各类用电设备及负荷需要。 因为发电机输出电压受绝缘限制，通常为6.3KV、10.5KV、20KV而输送容量： S=UI 输电线路电压降： ΔU=IR+IXL 输电线路消耗的能量： P=I2R 所以用变压器提高电压可以降低输电线路电压降、能耗，实现大容量远距离送电、减低输电线路能量损失，容量越大、距离越远，电压越高，一般为几万伏到几十万伏，高电压送到用户后用变压器降低电压与用电设备相匹配。 3．变压器基本原理 变压器由铁心（磁路）和绕组(电路)构成（见图3），与电源连接的绕组，称为一次绕组，与负载连接的绕组，称为二次绕组。电压高的绕组，称为高压绕组，电压低的绕组，称为低压绕组。（解释升、降压变压器） 3.1空载运行情况 空载运行：一次绕组接入电源，二次绕组开路（不接负载）的运行方式（见图3）。 1）理想变压器（无损耗、只有主磁通、没有漏磁通） 一次绕组接入交流正弦电压U1时，在一次绕组上产生交流电流I1，在铁心中形成交流正弦主磁通Φ，根据电磁感应定律，在一、二次绕组中感应出电势E1、E2，所以有效值为： E1=4.44fN1φm E2=4.44fN2φm U1= E1 U2= E2 所以变比： 由于变压器无损耗，所以一次容量： S=U1I1=U2I2 I2 =0 则 I1=0 2）实际变压器（有损耗、有主磁通、漏磁通几乎为零） 一次绕组接入交流正弦电压U1时，在一次绕组上产生交流电流I1，在铁心中形成交流正弦主磁通Φ和漏磁通φ1σ，根据电磁感应定律，在一、二次绕组中感应出电势E1、E2和漏感电势E1σ，所以有效值为： E1=4.44fN1φm E2=4.44fN2φm E1σ=4.44fN1φ1σm=2πfL1σ I1=X1σI1（L1σ 为漏电感，X1σ为漏感抗）