《電力變壓器習(xí)題》課件

電力變壓器習(xí)題本課程旨在幫助學(xué)生掌握電力變壓器相關(guān)知識(shí)，并通過(guò)習(xí)題訓(xùn)練提升理解和應(yīng)用能力。1.繞組參數(shù)繞組結(jié)構(gòu)及材料變壓器繞組是將電能轉(zhuǎn)化為磁能的關(guān)鍵部件。了解繞組的結(jié)構(gòu)和材料對(duì)于理解變壓器的工作原理至關(guān)重要。繞組電阻繞組電阻是變壓器運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生銅損的主要原因。計(jì)算繞組電阻有助于評(píng)估變壓器的效率。繞組匝數(shù)繞組匝數(shù)決定了變壓器的變壓比，即輸入電壓與輸出電壓之比。繞組級(jí)數(shù)繞組級(jí)數(shù)是指繞組的層數(shù)。多級(jí)繞組可以降低繞組的電阻，提高變壓器的效率。1.1繞組結(jié)構(gòu)及材料繞組結(jié)構(gòu)繞組由導(dǎo)線繞制而成，通常采用圓形或方形導(dǎo)線。繞組可以是單層或多層，并可以采用不同類(lèi)型的絕緣材料進(jìn)行絕緣。繞組材料繞組材料的選擇取決于變壓器的額定電壓、電流和頻率。常見(jiàn)的繞組材料包括銅、鋁和銀。銅具有良好的導(dǎo)電性和機(jī)械性能，但價(jià)格較貴。1.2繞組級(jí)數(shù)繞組級(jí)數(shù)繞組級(jí)數(shù)指繞組中串聯(lián)連接的匝數(shù)段數(shù)目。變壓器繞組可以分為單級(jí)繞組和多級(jí)繞組。單級(jí)繞組單級(jí)繞組是指繞組只有一個(gè)匝數(shù)段，所有的匝數(shù)串聯(lián)連接。多級(jí)繞組多級(jí)繞組是指繞組有多個(gè)匝數(shù)段，每個(gè)匝數(shù)段串聯(lián)連接。1.3繞組匝數(shù)匝數(shù)定義繞組匝數(shù)是指繞組中導(dǎo)線圈數(shù)。繞組匝數(shù)是變壓器的重要參數(shù)之一，它決定了變壓器的變壓比。匝數(shù)計(jì)算繞組匝數(shù)可以通過(guò)變壓器的變壓比和電壓比來(lái)計(jì)算。匝數(shù)計(jì)算公式：N1/N2=U1/U2，其中N1和N2分別代表初級(jí)和次級(jí)繞組匝數(shù)，U1和U2分別代表初級(jí)和次級(jí)繞組電壓。匝數(shù)選擇繞組匝數(shù)的選擇需要根據(jù)變壓器的容量、電壓等級(jí)、頻率等因素綜合考慮。匝數(shù)選擇應(yīng)滿足變壓器的效率和安全性能要求。1.4繞組電阻11繞組電阻是指繞組導(dǎo)線本身的電阻，由導(dǎo)線的材料、長(zhǎng)度和截面積決定。22繞組電阻會(huì)造成能量損耗，影響變壓器的效率和發(fā)熱。33計(jì)算繞組電阻需要知道導(dǎo)線的電阻率、長(zhǎng)度和截面積。44繞組電阻的大小影響變壓器的電流和電壓降。2.電磁參數(shù)磁路變壓器中的磁路由鐵芯和繞組組成。鐵芯主要由硅鋼片疊壓而成，提供磁通路徑，繞組則產(chǎn)生磁場(chǎng)。磁通量磁通量表示磁力線穿過(guò)某一面積的總量，是電磁參數(shù)中的核心指標(biāo)，影響著變壓器的電壓和電流關(guān)系。電磁力磁場(chǎng)對(duì)導(dǎo)體產(chǎn)生吸引或排斥的力，即電磁力。電磁力的大小與電流強(qiáng)度和磁場(chǎng)強(qiáng)度成正比。勵(lì)磁特性勵(lì)磁特性是指變壓器勵(lì)磁電流與勵(lì)磁電壓之間的關(guān)系曲線。該曲線反映了變壓器鐵芯的磁化特性。2.1磁路鐵芯變壓器鐵芯由疊片組成，疊片之間留有間隙，降低渦流損耗。繞組繞組線圈纏繞在鐵芯上，形成磁路的一部分，通過(guò)磁通量傳遞能量。磁通路徑磁通量沿著鐵芯和繞組形成閉合回路，在鐵芯中產(chǎn)生磁場(chǎng)。磁阻鐵芯的材料、形狀和尺寸影響磁阻，磁阻越大，磁通量越小。2.2磁通量磁通量定義磁通量是指通過(guò)某一曲面的磁力線數(shù)目，它反映了磁場(chǎng)的強(qiáng)度和方向。磁通量變化變壓器中，磁通量會(huì)隨著時(shí)間變化，這是由于交流電在繞組中產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)造成的。磁通量方向磁通量方向由磁力線方向決定，通常用右手定則判斷。2.3電磁力磁場(chǎng)力電流在磁場(chǎng)中會(huì)受到磁場(chǎng)力的作用，該力與電流、磁場(chǎng)強(qiáng)度和導(dǎo)體長(zhǎng)度成正比。繞組間力變壓器繞組之間存在磁場(chǎng)，會(huì)導(dǎo)致相互吸引或排斥力，需要考慮繞組之間的絕緣和支撐結(jié)構(gòu)。鐵芯力鐵芯中的磁場(chǎng)也會(huì)產(chǎn)生力，需要考慮鐵芯的材料和結(jié)構(gòu)，避免磁力過(guò)大導(dǎo)致變形或損壞。2.4勵(lì)磁特性11.空載電流空載電流為變壓器空載運(yùn)行時(shí)的電流，用于產(chǎn)生勵(lì)磁磁通。22.勵(lì)磁電流勵(lì)磁電流隨勵(lì)磁電壓的變化而變化，并呈非線性關(guān)系，稱(chēng)為勵(lì)磁特性。33.磁化曲線勵(lì)磁特性可以用磁化曲線來(lái)表示，它反映了勵(lì)磁電流與勵(lì)磁電壓之間的關(guān)系。44.滯后現(xiàn)象由于鐵芯的磁滯現(xiàn)象，磁化曲線存在一個(gè)閉合的環(huán)路，稱(chēng)為磁滯回線。3.變壓器容量容量定義變壓器容量是指變壓器能安全連續(xù)運(yùn)行的最大功率，通常以千伏安(kVA)為單位。容量大小決定了變壓器能夠傳遞的最大能量，直接影響負(fù)載的供電能力。容量影響因素變壓器容量受多種因素影響，包括電壓等級(jí)、電流大小、繞組材料、散熱性能等。合理選擇容量需綜合考慮負(fù)載需求、線路損耗、運(yùn)行環(huán)境等因素，以確保變壓器高效穩(wěn)定運(yùn)行。3.1額定容量變壓器容量變壓器容量是指變壓器能夠連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的最大功率。額定容量額定容量是在規(guī)定的工作條件下，變壓器能夠安全穩(wěn)定運(yùn)行的最大功率，以千伏安(kVA)為單位。3.2容量計(jì)算額定容量變壓器的額定容量是指變壓器在額定電壓、額定頻率和額定負(fù)荷下，能夠連續(xù)輸出的功率，單位為千伏安(kVA)。短路容量短路容量是指變壓器在短路狀態(tài)下能夠承受的最大電流，單位為安培(A)。計(jì)算公式變壓器容量的計(jì)算公式為:S=√3UI，其中S為容量，U為電壓，I為電流。實(shí)際應(yīng)用根據(jù)實(shí)際需要選擇合適的變壓器容量，確保變壓器能夠安全可靠地運(yùn)行，并滿足用電需求。4.變壓器效率效率定義變壓器效率是指輸出功率與輸入功率之比，反映變壓器能量轉(zhuǎn)換的效率。損耗分析變壓器損耗包括銅損和鐵損，銅損由繞組電阻產(chǎn)生，鐵損由鐵芯磁化產(chǎn)生。4.1損耗分析11.銅損主要由繞組中的電流產(chǎn)生的熱量引起。22.鐵損由于鐵芯中的磁化電流產(chǎn)生的渦流和磁滯現(xiàn)象導(dǎo)致。33.雜散損耗包括機(jī)械損耗、介質(zhì)損耗等。4.2效率計(jì)算1效率定義輸出功率與輸入功率之比2計(jì)算公式η=Pout/Pin3影響因素負(fù)載功率、鐵損、銅損4應(yīng)用場(chǎng)景變壓器性能評(píng)估、節(jié)能優(yōu)化效率是指變壓器輸出功率與輸入功率的比值。計(jì)算公式為：η=Pout/Pin。影響效率的因素包括負(fù)載功率、鐵損和銅損。在實(shí)際應(yīng)用中，效率是評(píng)估變壓器性能和進(jìn)行節(jié)能優(yōu)化的重要指標(biāo)。變壓器效率損耗分析變壓器損耗主要分為銅損和鐵損兩種，其中銅損與電流平方成正比，鐵損與磁通量的平方成正比。效率計(jì)算變壓器效率定義為輸出功率與輸入功率之比，可以通過(guò)公式計(jì)算，通常用百分?jǐn)?shù)表示。5.1調(diào)壓方式分接開(kāi)關(guān)調(diào)壓分接開(kāi)關(guān)調(diào)壓利用改變變壓器繞組的匝數(shù)比來(lái)調(diào)節(jié)電壓。調(diào)壓器調(diào)壓調(diào)壓器調(diào)壓通過(guò)改變變壓器繞組中串聯(lián)的電抗或電容來(lái)調(diào)節(jié)電壓。5.2調(diào)壓范圍調(diào)壓范圍定義調(diào)壓范圍是指變壓器能夠調(diào)整輸出電壓的范圍。它取決于變壓器的調(diào)壓方式和調(diào)壓器結(jié)構(gòu)。影響因素調(diào)壓范圍受負(fù)載變化、線路損耗、電壓波動(dòng)等因素影響。變壓器設(shè)計(jì)時(shí)需考慮實(shí)際應(yīng)用的具體情況。調(diào)壓范圍計(jì)算調(diào)壓范圍可以通過(guò)計(jì)算得到，通常以百分比表示。計(jì)算公式取決于具體的調(diào)壓方式和調(diào)壓器參數(shù)。6.變壓器連接星形連接三相變壓器繞組的一端連接在一起，形成中性點(diǎn)，另一端連接到負(fù)載。三角形連接三相變壓器繞組首尾相連，形成閉合回路，沒(méi)有中性點(diǎn)?；旌线B接高壓側(cè)采用星形連接，低壓側(cè)采用三角形連接，或反之。6.1星形連接11.中性點(diǎn)接地中性點(diǎn)接地可以降低故障電壓，提高系統(tǒng)安全性和可靠性。22.相電壓等于線電壓的根號(hào)三倍星形連接方式下，相電壓等于線電壓的根號(hào)三倍。33.適用于三相四線制系統(tǒng)星形連接通常用于三相四線制系統(tǒng)，提供中性線，方便用戶接入單相負(fù)載。6.2三角形連接相電壓相位三角形連接方式，每個(gè)繞組相電壓相位滯后相鄰繞組相電壓30°，相位差為120°。三角形連接使變壓器運(yùn)行更加穩(wěn)定。電壓關(guān)系三角形連接時(shí)，線電壓等于相電壓的根號(hào)3倍。線電壓與相電壓的相位差為30°。這種連接方式可有效降低線電壓，提高變壓器運(yùn)行效率。6.3混合連接星-三角連接將變壓器的兩個(gè)繞組分別采用星形和三角形連接方式。這種連接方式能實(shí)現(xiàn)電壓變換，也能夠提高變壓器的安全性。三角-星形連接將變壓器的兩個(gè)繞組分別采用三角形和星形連接方式。這種連接方式能實(shí)現(xiàn)電壓變換，也能夠提高變壓器的安全性。星-星形連接將變壓器的兩個(gè)繞組分別采用星形連接方式。這種連接方式通常用于高壓變壓器，能夠有效降低中性點(diǎn)電壓。7.變壓器保護(hù)過(guò)電流保護(hù)變壓器過(guò)電流保護(hù)是指當(dāng)變壓器電流超過(guò)額定值時(shí)，會(huì)啟動(dòng)保護(hù)裝置，切斷電源，防止變壓器因過(guò)載而損壞。過(guò)電壓保護(hù)過(guò)電壓保護(hù)是指當(dāng)變壓器電壓超過(guò)額定值時(shí)，會(huì)啟動(dòng)保護(hù)裝置，切斷電源，防止變壓器因過(guò)電壓而損壞。溫度保護(hù)溫度保護(hù)是指當(dāng)變壓器溫度超過(guò)額定值時(shí)，會(huì)啟動(dòng)保護(hù)裝置，切斷電源，防止變壓器因過(guò)熱而損壞。7.1過(guò)電流保護(hù)過(guò)電流保護(hù)防止變壓器繞組因過(guò)電流而燒毀。熔斷器當(dāng)電流超過(guò)額定值時(shí)，熔斷器會(huì)熔斷，切斷電路，保護(hù)設(shè)備。繼電器過(guò)電流繼電器會(huì)監(jiān)測(cè)電流，并在電流超過(guò)設(shè)定值時(shí)發(fā)出信號(hào)，觸發(fā)保護(hù)裝置。7.2過(guò)電壓保護(hù)11.避雷器避雷器是變壓器過(guò)電壓保護(hù)的重要組成部分，它能夠吸收雷擊或操作過(guò)電壓產(chǎn)生的能量，防止過(guò)電壓波侵入變壓器內(nèi)部。22.抑制過(guò)電壓過(guò)電壓保護(hù)裝置還包括各種措施，例如安裝電壓互感器、接地系統(tǒng)以及對(duì)變壓器本身進(jìn)行絕緣處理，以抑制過(guò)電壓的產(chǎn)生。33.監(jiān)測(cè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)變壓器過(guò)電壓情況，并在發(fā)生過(guò)電壓時(shí)發(fā)出警報(bào)，提醒操作人員采取相應(yīng)的措施。7.3溫度保護(hù)過(guò)熱保護(hù)變壓器過(guò)熱會(huì)影響絕緣性能，降低使用壽命。過(guò)熱保護(hù)裝置可以監(jiān)測(cè)變壓器繞組溫度，當(dāng)溫度超過(guò)設(shè)定值時(shí)，自動(dòng)切斷電源，防止變壓器因過(guò)熱而損壞。油溫保護(hù)變壓器油溫過(guò)高會(huì)導(dǎo)致油分解，產(chǎn)生氣體，影響變壓器絕緣性能。油溫保護(hù)裝置可以監(jiān)測(cè)變壓器油溫，當(dāng)溫度超過(guò)設(shè)定值時(shí)，自動(dòng)切斷電源，防止變壓器因油溫過(guò)高而損壞?？己艘罄斫庵R(shí)深入理解電力變壓器的工作原理、結(jié)構(gòu)和主要參數(shù)，并能進(jìn)行基本計(jì)算。運(yùn)用知識(shí)能夠運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題，例如變壓器的選型、安裝、運(yùn)行和維護(hù)。分析問(wèn)題能夠分析變壓器故障，并能