浅析单相变压器应用技术与推广

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1、毕业论文浅析单相变压器的应用与推广作 者 姓 名 ：戚长森专 业、班 级：电气自动化0803班学 号：2008110302校内指导教师：张 鸣校外指导教师：常明友完 成 日 期 ：2011年8月20日黄河水利职业技术学院自动化工程系摘 要变压器是根据电磁感应定律，将交流电变换为同频率、不同电压交流电的非旋转式电机。变压器是随着电磁感应现象的发现而诞生，经过许多科学家不断完善、改进而形成的。变压器是变换交流电压、电流和阻抗的器件，当初级线圈中通有交流电流时，铁芯（或磁芯）中便产生交流磁通，使次级线圈中感应出电压（或电流）。变压器由铁芯（或磁芯）和线圈组成，线圈有两个或两个以上的绕组，其中接电源的

2、绕组叫初级线圈，其余的绕组叫次级线圈。随着社会的发展，我们对更多购物区、地铁车站、工业综合性建筑、商业区和有大量人存在的高密度住宅区等基础设施的需求产生了更多的压力。这又需要采用更复杂的配电电网来改善生活和工作在这些区域中的人的安全性。常规配电是通过油浸配电变压器提供的。100多年来，这些变压器一直是将浸有矿物油的基于纤维素的材料作为冷却介质。矿物油除了是一种卓越的冷却和绝缘介质外，还十分易燃，并且当遇到火焰时可能会燃烧。因此，当居民位于比较接近这级变压器的地方时就提出了更安全地配电的要求。 对为21世纪供能的供电设备的安全，高效和环境保护方面的这些日益增长的需求可以用过去四十年中已经验证的可

3、靠技术来满足。变压器正越来越替代油浸式变压器而常用于分配电能。这类变压器能在严酷的环境和气候条件下工作，耐火，工作时无噪声，并可减少体积和降低重量以最大程度地减少使用空间，可以专供生产上使用。这种变压器最适用于亚洲地区。本文将对变压器的历史和发展作一个简要的阐述，并延伸至单相配电变压器，简要分析它的应用和推广前景。关键词：变压器；电磁感应；电源；绝缘材料；线圈目录摘 要2引言41 变压器的历史与应用51.1 变压器的雏形感应线圈51.2 变压器特性51.3变压器的应用62 变压器工作原理72.1 变压器工作简介72.2 变压器的分类92.3变压器的结构材料93 单相变压器的性能和技术特点113

4、1 结构简单1132制作体积小，架设方便1133工程造价相对节省123.4供电可靠性有所提高123.5降损节能123.6电价合理稳定，便于管理134 单相变压器的应用144.1单相变压器的使用范围144.2 使用单相变压器应注意的问题144.3 单相变压器安装地点的选择155 单相变压器应用推广中的常见问题175.1 农网采用单相变压器供电会给高压配电线路带来不平衡175.2低压侧保护176 综合效益分析186.1低压线损下降明显，电压合格率显著提高186.2降低工程造价，节省台区费用186.3建设投资少197 单相变压器的应用展望20结论21参考文献22致 谢23引言变压器是一种静止的电机，

5、他通过绕组间的电磁感应作用，可以吧一种电压等级的交流电能转换成同频率的另一种电压等级的交流电能。几十年来,我国低压配电网基本上沿用了原苏联三相四线制配电技术。随着电力工业的深化改革,尤其在研究电网降低线损,提高企业效益过程中发现,我国单一的低压配电方式存在很多弊病,线路损耗大。除了管理因素外,发达国家很重视配电电压优化,居民区、小商业区普遍采用挂杆单相变压器或由单相式变压器组成的三相变压器供电方式,直接以6kV或10kV高压送到用户;普遍采用小容量、密布点的方式,从而最大限度地减少低压线路,减少线损。2006年全国工业企业节电技术研讨会会议总结里说，单相变压器结构简单、体积小、损耗低，主要是铁

6、损小，适宜在负荷密度较小的低压配电网中应用和推广。江苏电力公司五年来推广单相变压器效果明显，仅苏州市就累计使用1000多台，节电45 GWH，经验值得推广。有的资料显示单相变压器在发达国家得到广泛应用，例如美国、日本单相供电制成为居民供电的主要方式，在这种宣传下，有些人因此而认为单相供电具有“降损”的魔力，认为单相变压器比三相变压器更节能，认为单相供电制比三相供电制更优越。其实不然，单相变压器与单相供电制只是当前三相供电制的补充形式，由于其自身特性的约束，它只能应用于某些特定的领域。本文将对单相变压器的应用和推广前景作一个浅要的描述，以达到我们充分利用三相变压器与单相变压器各自优势与特点，根据

7、用电负荷情况选用适合的变压器品种，以经济供电半径配置电源 1 变压器的历史与应用1.1 变压器的雏形感应线圈1888年，英国著名物理学家弗莱明(J.A.Fleming,1849-1945)在他的名著The Alternating Current Transformers(交流变压器)中开宗明义地说：“At the head of this long line of illustrious investigators stand the pre-eminent names of Faraday and Henry. On the foundation-stons of truth laid do

8、ne by them all subsequent builders have been content to rest”(在一大批研究变压器的杰出人士中，领头的是巨人法拉弟和亨利，他们奠定了真理的基石。1831年8月29日，法拉第采用磁生电的实验发现了电磁感应现象。法拉第进行这个实验的装置(法拉第感应线圈)实际上是世界上第一只变压器雏形，以后法拉第又作了数次实验，同年10月28日还制成了第一台圆盘式直流发电机。同年11月24日，法拉第向英国皇家学会报告了他的实验及其发现，从而使法拉第被公认为电磁感应现象的发现者，他也顺理成章地成为变压器的发明人。 但实际上最早发明变压器的是美国著名科学家亨利

9、。1830年8月，时为纽约奥尔巴尼学院教授的亨利利用学院假期，采用实验装置进行磁生电实验发现了电磁感应现象。这是非常直观的关键性实验，亨利这个实验装置也实际上是一台变压器的雏形。但是，亨利做事谨慎，他没有急于发表他的实验成果，他还想再做一些实验。然而假期已过，他只得将这件事搁置一旁。后来他又进行了多次实验，直到1832年才将实验论文发表在美国科学和艺术杂志第7期上。但是，在此以前，法拉第首先公布了他的电磁感应实验，介绍了他的实验装置，因此电磁感应现象的发明权只能归法拉弟，变压器的发明权也非法拉弟莫属了。亨利虽然非常遗憾地与电磁感应现象的发现权和变压器的发明权擦肩而过，但他在电学上的贡献、对变压

10、器发明的贡献则是有目共睹的。特别值得一提的是，亨利实验装置比法拉弟感应线圈更接近于现代通用的变压器。1.2 变压器特性（1）工作频率变压器铁芯损耗与频率关系很大，故应根据使用频率来设计和使用，这种频率称工作频率。 （2）额定功率 在规定的频率和电压下，变压器能长期工作，而不超过规定温升的输出功率。 （3）额定电压指在变压器的线圈上所允许施加的电压，工作时不得大于规定值。 （4）电压比指变压器初级电压和次级电压的比值，有空载电压比和负载电压比的区别。 （5）空载电流 变压器次级开路时，初级仍有一定的电流，这部分电流称为空载电流。空载电流由磁化电流（产生磁通）和铁损电流（由铁芯损耗引起）组成。对于

11、50Hz电源变压器而言，空载电流基本上等于磁化电流。 （6）空载损耗指变压器次级开路时，在初级测得功率损耗。主要损耗是铁芯损耗，其次是空载电流在初级线圈铜阻上产生的损耗（铜损），这部分损耗很小。（7）效率指次级功率P2与初级功率P1比值的百分比。通常变压器的额定功率愈大，效率就愈高。 （8）绝缘电阻 表示变压器各线圈之间、各线圈与铁芯之间的绝缘性能。绝缘电阻的高低与所使用的绝缘材料的性能、温度高低和潮湿程度有关。 1.3变压器的应用当前进行的城乡电网改造就是应用节能产品、节能技术改良电网结构，降低供电线损，提高电压质量，提高供电可靠性。从当前城乡电网改造的情况来看，电源点的建设要坚持深入负荷中

12、心，小容量、密布点、短半径布置。在这个背景下，单相配电变压器因容量小、损耗小、重量轻、便于深人负荷中心得到关注。本文主要分析作为电源使用的单相配电变压器应用和推广前景。2 变压器工作原理2.1 变压器工作简介变压器-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电力系统中生产，输送，分配和使用电能的中的重要装置电力变压器（照图2-1）。也是电力拖动系统和自动控制系统中电能传递或作为信号传输的重要元件。图2-1 变压器构造图（1）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。 图2-2 变

13、压器原理图与电源相连的线圈，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 变压器的基本原理是电磁感应原理，现以单相双绕组变压器为例说明其基本工作原理（如图2.2）：当一次侧绕组上加上电压1时，流过电流1，在铁芯中就产生交变磁通1，这些磁通称为主磁通，在它作用下，两侧绕组分别感应电势1，2，感应电势公式为：E=4.44fNm （2.1）式中：E-感应电势有效值f-频率 N-匝数m-主磁通最大值由于二次绕组与一次绕组匝数不同，感应电势E1和E2大小也不同，当略去内阻抗压降后，电压1和2大小也就不同。当变压器二次侧空载时，一次侧仅流过主磁通的电流（0），这个电流称为激磁电流

14、。当二次侧加负载流过负载电流2时，也在铁芯中产生磁通，力图改变主磁通，但一次电压不变时，主磁通是不变的，一次侧就要流过两部分电流，一部分为激磁电流0，一部分为用来平衡2，所以这部分电流随着2变化而变化。当电流乘以匝数时，就是磁势。上述的平衡作用实质上是磁势平衡作用，变压器就是通过磁势平衡作用实现了一、二次侧的能量传递。 （2）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) = -N1 d /dt e2(t) = -N2 d /dt （2.2）式中：N1,N2，e1，e2分别为一，二次侧绕组的匝数和一，二次绕组的电动势若一次、二次绕组的电压、电动势的瞬时值均按正弦规律变化，则有U1/U2=E1/E2=N1/N2 不计铁心损失，根据能量守恒原理可得U1I1=U2I2由此得出一次、二次绕组电压和电流有效值的关系U1/U2=I2/I1令 K=N1/N2，称为匝比（亦称电压比），则U1/U2=kI1/I2=1/k简单点讲，理想变压器的两个基本判断标准就是：（）U1/U2=N1/N2 ，即对同一变压器的任意两个线圈，都有电压和匝数成正比。（）P入=P出，即无论有几个副线圈在工作，变压器的输入功率总等于所有输出功率之和。