《相變壓器原理》課件

相變壓器原理相變壓器是一種重要的電力設(shè)備，在電力系統(tǒng)中起著關(guān)鍵作用。它可以將高壓電力轉(zhuǎn)換為低壓電力，為用戶提供安全可靠的電力供應(yīng)。課程導(dǎo)語(yǔ)歡迎學(xué)習(xí)相變壓器本課程將帶您深入了解相變壓器的工作原理，從基本概念到實(shí)際應(yīng)用，為您的電氣工程知識(shí)儲(chǔ)備添磚加瓦。理論與實(shí)踐結(jié)合課程內(nèi)容涵蓋理論知識(shí)和實(shí)際案例分析，幫助您更好地理解相變壓器的結(jié)構(gòu)、功能和應(yīng)用。提升工程技能學(xué)習(xí)本課程將幫助您掌握相變壓器的相關(guān)知識(shí)，并提升在電氣工程領(lǐng)域解決實(shí)際問(wèn)題的能力。相變壓器概述相變壓器是一種特殊的變壓器，其主要功能是改變電壓相位。相變壓器可以改變電壓相位，從而實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的功率平衡和電壓控制。相變壓器廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)中，例如：電力傳輸、電力分配和電氣設(shè)備。主要構(gòu)成部分鐵芯相變壓器中磁芯的主要部分。構(gòu)成磁路，引導(dǎo)磁通。繞組線圈，用于產(chǎn)生和轉(zhuǎn)換電磁感應(yīng)。絕緣結(jié)構(gòu)防止繞組之間、繞組與鐵芯之間發(fā)生短路。制冷和擴(kuò)散系統(tǒng)有效散熱，防止過(guò)熱損壞相變壓器。鐵芯相變壓器鐵芯是磁路的核心部分，它負(fù)責(zé)引導(dǎo)磁通并儲(chǔ)存磁能。鐵芯由疊片式硅鋼片組成，并用螺栓和墊片緊固在一起。硅鋼片材料具有較高的磁導(dǎo)率，能夠有效地降低磁阻，提高磁通密度，從而提高變壓器的效率。鐵芯的形狀和尺寸對(duì)變壓器的性能有很大影響。鐵芯設(shè)計(jì)需根據(jù)變壓器的額定容量、電壓等級(jí)、頻率等因素確定。鐵芯的形狀通常為圓柱形或環(huán)形，以減少磁漏和損耗。鐵芯材料11.硅鋼片硅鋼片具有高磁導(dǎo)率和低損耗的特點(diǎn)，是相變壓器鐵芯的常用材料。22.冷軋硅鋼片冷軋硅鋼片具有更高的磁導(dǎo)率和更低的損耗，適用于高頻和高性能相變壓器。33.非晶合金非晶合金具有更高的磁導(dǎo)率和更低的鐵損，但成本較高，主要應(yīng)用于特殊場(chǎng)合。44.納米晶合金納米晶合金兼具非晶合金和晶態(tài)合金的優(yōu)點(diǎn)，具有更高的磁導(dǎo)率和更低的損耗，應(yīng)用于高性能相變壓器。鐵芯損耗鐵芯損耗是相變壓器運(yùn)行中不可避免的能量損失。這些損耗主要分為兩類：渦流損耗和磁滯損耗。1渦流由于鐵芯內(nèi)部電流感應(yīng)產(chǎn)生的熱量。2磁滯由于磁化和退磁過(guò)程中產(chǎn)生的能量損失。這些損耗會(huì)降低相變壓器的效率，并導(dǎo)致溫度升高。為了降低鐵芯損耗，可以使用低損耗硅鋼片，并采用疊片結(jié)構(gòu)，從而降低渦流損耗。同時(shí)，還可以通過(guò)優(yōu)化磁路設(shè)計(jì)來(lái)減少磁滯損耗。繞組相變壓器繞組是用于產(chǎn)生磁場(chǎng)的關(guān)鍵部件。繞組由多個(gè)導(dǎo)線圈繞制而成，通過(guò)通電產(chǎn)生磁場(chǎng)，并傳遞電力。繞組的材質(zhì)、形狀和尺寸直接影響相變壓器的性能，例如效率、電壓調(diào)節(jié)范圍和溫升等。繞組材料銅線銅線是相變壓器繞組中最常見(jiàn)的材料。它具有良好的導(dǎo)電性、抗腐蝕性，并且易于加工。鋁線鋁線比銅線更輕，但導(dǎo)電性稍差。在某些情況下，鋁線可用于降低相變壓器的重量和成本。其他材料在特殊情況下，還可能使用其他材料，例如銀線或鍍銀銅線，以提高導(dǎo)電性或耐腐蝕性。繞組損耗銅損由于繞組電阻引起的損耗，與電流平方成正比渦流損耗由于繞組導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生的渦流引起的損耗，與頻率平方和導(dǎo)體截面積成正比趨膚效應(yīng)損耗由于高頻電流集中在導(dǎo)體表面流動(dòng)的現(xiàn)象引起的損耗，與頻率和導(dǎo)體截面積成反比絕緣結(jié)構(gòu)繞組絕緣繞組之間使用絕緣材料進(jìn)行隔離，防止短路和漏電。鐵芯絕緣鐵芯與繞組之間使用絕緣材料進(jìn)行隔離，防止鐵芯與繞組接觸造成短路。外部絕緣變壓器外部使用絕緣材料包裹，防止外部電場(chǎng)影響內(nèi)部電路。接地絕緣變壓器金屬部件連接到接地系統(tǒng)，防止電氣事故發(fā)生。絕緣材料絕緣性能絕緣材料必須具有良好的絕緣性能，防止電流泄漏。耐熱性相變壓器在工作中會(huì)產(chǎn)生熱量，絕緣材料需要耐高溫。防潮性能絕緣材料必須具有良好的防潮性能，防止潮氣侵入導(dǎo)致絕緣性能下降。絕緣強(qiáng)度絕緣強(qiáng)度是指絕緣材料抵抗電壓擊穿的能力，是衡量絕緣材料性能的重要指標(biāo)。相變壓器的絕緣強(qiáng)度直接影響其安全運(yùn)行和使用壽命。相變壓器絕緣材料需滿足特定要求，例如耐高溫、耐潮濕、耐油等，并應(yīng)經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的測(cè)試，以確保其能夠承受額定電壓和過(guò)電壓沖擊，防止絕緣失效導(dǎo)致短路或其他安全事故。制冷和擴(kuò)散系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)相變壓器在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生熱量，需要有效的冷卻系統(tǒng)來(lái)散熱。冷卻系統(tǒng)通常采用風(fēng)冷或油冷的方式，保證相變壓器的正常運(yùn)行溫度。擴(kuò)散系統(tǒng)擴(kuò)散系統(tǒng)用于將冷卻介質(zhì)（空氣或油）均勻地分布在相變壓器的各個(gè)部位。這可以有效地降低相變壓器的溫升，提高其運(yùn)行效率和可靠性。硅鋼片的特性硅鋼片是制造變壓器、電機(jī)等電磁設(shè)備的核心材料，具有優(yōu)異的磁性能和力學(xué)性能。0.5硅含量硅鋼片中添加一定比例的硅，可以降低鐵損，提高磁導(dǎo)率。4.5電阻率硅鋼片的電阻率比普通鐵高，有利于降低渦流損耗。100磁導(dǎo)率硅鋼片的磁導(dǎo)率很高，可以有效地提高磁通密度。500磁滯損耗硅鋼片的磁滯損耗較低，可以提高變壓器的效率。硅鋼片的選擇磁性能高磁導(dǎo)率和低磁滯損耗，提高磁通密度和降低損耗。電性能高電阻率，降低渦流損耗，提高效率。機(jī)械性能良好的機(jī)械強(qiáng)度和韌性，確保加工和使用過(guò)程中的穩(wěn)定性。成本綜合考慮性能和價(jià)格，選擇性價(jià)比高的硅鋼片。勵(lì)磁特性勵(lì)磁特性是指相變壓器在空載情況下，勵(lì)磁電流與勵(lì)磁電壓之間的關(guān)系。在勵(lì)磁電流較小的情況下，勵(lì)磁電壓線性增加；當(dāng)勵(lì)磁電流達(dá)到一定值后，勵(lì)磁電壓增加速度會(huì)明顯減慢。無(wú)負(fù)載運(yùn)行1電流只有勵(lì)磁電流，很小2功率損耗主要為鐵損，銅損忽略不計(jì)3電壓等于空載電壓4電流相位落后于電壓約90度無(wú)負(fù)載運(yùn)行時(shí)，變壓器僅產(chǎn)生勵(lì)磁電流，功率損耗主要為鐵損，銅損可以忽略不計(jì)。此時(shí)，變壓器電壓等于空載電壓，電流相位落后于電壓約90度。短路運(yùn)行短路運(yùn)行是指相變壓器繞組之間發(fā)生短路故障的狀態(tài)。短路電流很大，可能造成相變壓器過(guò)熱、損壞甚至爆炸。1短路電流短路時(shí)，電流值極大。2電流沖擊短路電流突變，沖擊力強(qiáng)。3溫度升高短路電流發(fā)熱，溫度急劇上升。4機(jī)械損傷高溫、沖擊力可能導(dǎo)致設(shè)備損壞。短路運(yùn)行會(huì)對(duì)相變壓器造成極大的危害，因此必須采取措施來(lái)預(yù)防短路故障的發(fā)生。負(fù)載運(yùn)行1能量轉(zhuǎn)換當(dāng)負(fù)載接入時(shí)，相變壓器將電能從一次繞組傳輸?shù)蕉卫@組，同時(shí)改變電壓和電流。2能量損耗負(fù)載運(yùn)行時(shí)，相變壓器會(huì)產(chǎn)生損耗，例如銅損、鐵損和附加損耗，導(dǎo)致效率降低。3電壓降由于負(fù)載電流的存在，二次側(cè)電壓會(huì)略低于空載電壓，這稱為電壓降。無(wú)載調(diào)壓特性相變壓器無(wú)載調(diào)壓特性是指在沒(méi)有負(fù)載的情況下，變壓器輸出電壓隨輸入電壓變化的關(guān)系。當(dāng)輸入電壓發(fā)生變化時(shí)，輸出電壓也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，但變化的幅度和方向與輸入電壓變化的幅度和方向并不完全一致。輸入電壓輸出電壓100V105V110V115V120V125V有載調(diào)壓特性隨著負(fù)載增加，輸出電壓逐漸下降。負(fù)載越大，電壓下降越多，這一現(xiàn)象稱為電壓降。有載調(diào)壓特性是指相變壓器在不同負(fù)載情況下，輸出電壓的變化規(guī)律。它反映了相變壓器的調(diào)壓能力和電壓穩(wěn)定性。損耗與效率損耗類型描述銅損繞組電阻引起的損耗鐵損鐵芯磁化產(chǎn)生的損耗附加損耗其他因素引起的損耗，如渦流損耗相變壓器效率是指輸出功率與輸入功率的比值。效率越高，意味著損耗越低，性能越好。溫升與冷卻相變壓器在運(yùn)行過(guò)程中，由于電流和磁場(chǎng)的作用，會(huì)產(chǎn)生熱量，導(dǎo)致溫度升高。溫度升高會(huì)導(dǎo)致絕緣材料老化，甚至造成設(shè)備損壞。因此，相變壓器需要有效的冷卻系統(tǒng)，將熱量散發(fā)出去，控制溫度升高。60℃額定運(yùn)行溫度10℃溫升70℃最高溫度10-50kW冷卻系統(tǒng)功率相變壓器的接線方式Y(jié),Δ接線Y接線適用于高壓側(cè)，Δ接線適用于低壓側(cè)，可以有效降低中性點(diǎn)接地故障的風(fēng)險(xiǎn)。Y,Y接線Y,Y接線適用于高壓側(cè)和低壓側(cè)都采用星形接線，需要在中性點(diǎn)加裝中性線，提高供電可靠性。Δ,Δ接線Δ,Δ接線適用于高壓側(cè)和低壓側(cè)都采用三角形接線，適用于三相負(fù)載，無(wú)需中性線，但無(wú)法接地保護(hù)。Y,d接線Y,d接線適用于高壓側(cè)采用星形接線，低壓側(cè)采用三角形接線，適用于需要降低電壓等級(jí)的應(yīng)用場(chǎng)景。單相和三相相變壓器1單相相變壓器僅包含一個(gè)初級(jí)繞組和一個(gè)次級(jí)繞組，適用于單相負(fù)載。2三相相變壓器包含三個(gè)初級(jí)繞組和三個(gè)次級(jí)繞組，適用于三相負(fù)載。3應(yīng)用范圍單相相變壓器主要用于家庭和小型商業(yè)應(yīng)用，而三相相變壓器則用于工業(yè)和大型商業(yè)應(yīng)用。4電壓等級(jí)相變壓器的電壓等級(jí)取決于其應(yīng)用，可以是低壓、中壓或高壓。相變壓器的調(diào)壓方式調(diào)壓器通過(guò)改變線圈匝數(shù)或磁通量來(lái)改變輸出電壓。分接開(kāi)關(guān)通過(guò)切換不同匝數(shù)的繞組，改變輸出電壓。電力電子器件利用電力電子器件，對(duì)電壓進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)。自動(dòng)控制利用反饋控制系統(tǒng)，自動(dòng)調(diào)節(jié)輸出電壓。常見(jiàn)故障及其檢測(cè)過(guò)熱相變壓器過(guò)熱是常見(jiàn)故障，可能導(dǎo)致絕緣老化，影響運(yùn)行安全。檢查冷卻系統(tǒng)，如風(fēng)機(jī)運(yùn)行是否正常，散熱器是否有堵塞。測(cè)量變壓器繞組和油溫，檢查是否超過(guò)正常值。短路短路會(huì)造成電流過(guò)大，引起變壓器過(guò)熱，甚至燒毀繞組。檢查變壓器繞組之間的絕緣是否良好，以及是否有接地故障。測(cè)量相變壓器的電流，檢查是否超過(guò)額定值。開(kāi)路開(kāi)路會(huì)導(dǎo)致變壓器無(wú)法正常工作，影響電力供應(yīng)。檢查變壓器繞組和連接線是否有斷路現(xiàn)象，以及接線端子是否有松動(dòng)。用萬(wàn)用表測(cè)量變壓器繞組的電阻，檢查是否斷路。勵(lì)磁涌流勵(lì)磁涌流是指變壓器初次投入運(yùn)行時(shí)，由于勵(lì)磁電流過(guò)大而產(chǎn)生的電流沖擊。會(huì)造成變壓器過(guò)熱，甚至損壞繞組。安裝限流裝置，降低勵(lì)磁涌流。相變壓器的維護(hù)與保養(yǎng)1定期檢查檢查絕緣狀況，確保沒(méi)有破損或老化。定期清潔，移除灰塵和污垢，防止過(guò)熱。2油液管理定期檢查變