變壓器基本工作原理精選(九篇)

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第1篇：變壓器基本工作原理范文

（安徽工業大學 電氣與信息工程學院，安徽 馬鞍山 243032）

摘 要：在電力電子技術課程中，隔離型Buck-Boost變換器（Flyback）屬于一類重要的基本電路結構，但在教學實踐中，作者發現大多數學生的理解不夠系統和深入.本文首先給出隔離型Buck-Boost變換器的由來，然后基于反激變壓器的兩種實際模型講解隔離型Buck-Boost變換器的工作原理，再通過Matlab/Simulink軟件的可視化功能進行仿真演示.該講解方法能顯著地提高學生的理解能力和學習興趣，容易增強教師和學生的互動性，取得了良好的教學效果.

關鍵詞 ：隔離型；Buck-Boost；反激變壓器

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1673-260X（2015）03-0224-03

1 引言

隔離型Buck-Boost變換器（Flyback）具有拓撲結構簡單，輸入輸出電氣隔離，升/降壓范圍廣，多路輸出及負載自動均衡等優點，而被廣泛應用于電視機、DVD和充電器等小功率電器的電源中.然而在實際教學中，我們發現許多數學生對該電路工作原理的理解相對困難，而且對類似電力電子電路結構的把控比較孤立，缺乏系統性.針對這一問題如何在較少的學時內，高質量地完成該節教學任務，引起作者在教學過程的深入思考.本文探索一種新的講解方法，先給出電路結構的由來，再將理論教學與Matlab/Simulink可視化仿真軟件相結合，講清原理的同時用虛擬儀器實時演示的方法將理論分析直觀化，既增強了師生之間的互動性，又能加深學生對概念的理解能力，進一步提高了理論教學過程的效率和課堂的生動性，大大改善了教學效果.

2 隔離型Buck-Boost變換器的結構分析

教學過程中可以首先明確Buck、Boost和Buck -Boost變換器是三種最基本的DC/DC變換器，是其它變換器的原始結構.一般情況下，多數教材首先安排了非隔離型Buck-Boost變換器的教學內容，由于常規Buck-Boost變換器僅僅通過電感向輸出端傳送能量，與基本Buck或Boost變換器的工作原理非常相似，其工作模式（CCM或DCM）的判斷和理解都比較容易.所以本節講解時可以首先給出非隔離型Buck-Boost變換器向隔離型Buck-Boost變換器演變的過程，同時講解為什么能夠這樣演變，演變后的電路結構具有哪些新的特點？然后再進行原理分析，就顯得更為順暢，理解的跨度相對較小，對剛接觸功率變換器的學生來講更容易接受.

2.1 隔離型Buck-Boost變換器的由來

常規的非隔離型Buck-Boost變換器的拓撲結構如圖1（a）所示，通過開關的開通和關斷在電感的兩端產生脈沖電壓，這個脈沖電壓在不同的時間間隔，擔負著不同的功能.當開關管開通時電感儲能，輸出電容向負載提供能量；當開關關斷時，電感向負載端釋放能量，為電感磁復位，如果將該電感分解為同一磁芯的耦合電感，即可用變壓器器件代替該獨立電感.接著引出如何能夠實現與電感一樣的流通路徑和效果？如果在變壓器同一時刻傳輸能量，則可稱為Forward變換器，該變壓器就是通常意義上只有傳輸功能的兩端口器件；如果在不同時刻傳輸能量，則可構造出隔離型Buck-Boost變換器，也稱為Flyback變換器，演變過程如圖1所示.此時的變壓器應具有儲存能量的作用.

2.2 具有儲能作用的變壓器模型分析

如果不考慮漏磁通，普通變壓器的原理結構圖和磁路模型如圖2所示，原副邊繞組產生的磁動勢分別為：

由法拉第電磁感應定律得：

由式（3）和（4）可以理想變壓器的電路等效模型如圖3（a）所示.

由于在實際應用中磁芯的磁阻不可能為零，綜合式（2）和（4）得:

如果令

由式（6）可以畫出考慮磁阻時，變壓器的等效電路模型如圖3（b）所示.以下將結合變壓器的等效電路模型進行原理分析.采用變壓器等效電路模型方法簡單和物理意義明確，學生易于接受，而且還可拓寬學生學習思路，取得很好的教學效果.

3 CCM模式下變換器的工作原理分析

以圖3（a）所示的反激變壓器等效電路對圖1（d）所示隔離型Buck-Boost變換器進行講解.當主開關管導通時，能量會儲存在磁芯中；當其變為關斷狀態時，能量會轉移到輸出端，若能量沒有完全轉移，即在開關管再次導通時還有能量儲存在變壓器中（表現為磁通不為零），就稱變換器工作在連續模式（CCM）或不完全能量轉移模式.反之，如果在開關管再次導通時已經沒有能量儲存在變壓器中（表現為磁通為零），就稱變換器工作在斷續模式（DCM）或完全能量轉移模式.圖4是變換器工作在CCM模式下的等效電路.

首先利用同學們熟知的電路理論推導輸出與輸入電壓的關系.當主開關管S導通（0≤t≤DT），一次繞組兩端的電壓為：

流過一次繞組的電流為：

當開關管S關斷后，二次繞組兩端的電壓和流經二次繞組的電流為：

綜合公式（7）~（10），可以得到輸出與輸入電壓之間的關系式為：

電路的主要工作波形如圖5所示.接下來，利用Matlab/Simulink仿真軟件對該變換器進行仿真演示（限于篇幅，圖形省略），主要包括軟件的使用方法，變換器模型的建立，參數的設置及修改，閉環控制原理及閉環參數設計方法等，讓同學們有更為直觀的認識.為將來的實驗打下良好的基礎.

4 互動環節設計

為了發揮學生的主體作用，關于變換器的完全能量轉移模式，留給同學們獨立分析.以5至6位同學為一組將班級分成若干組別，要求每一組結合仿真軟件進行參數設計和仿真實驗，然后在教師的引導下進行討論，對比非隔離型變換器的工作模式，比較它們的異同點，再利用電力電子教材中常用的伏秒平衡原理推導輸入與輸出電壓之間的關系，以增強學生在課堂中的參與程度，調動其積極性.

5 結論

本文詳細地分析了隔離型Buck-Boost變換器的構造方法及隔離變壓器的等效電路結構，再進一步講解變換器的工作原理，同時結合仿真軟件進行實時演示，理論分析的同時又增強了同學們的直觀認識程度，另外合理的安排同學們獨立分析和仿真的內容，然后進行討論和互動，使學生主動參與到教學過程中，讓教與學緊密相結合.多次講授結果表明這種講解方法自然流暢，且有利于開拓學生的學習和思維能力，能夠取得積極的課堂效果.

參考文獻：

〔1〕丁道宏.電力電子技術[M].北京:航空工業出版社，1999.

第2篇：變壓器基本工作原理范文

【關鍵詞】電機與變壓器；教學；教師；學習

“電機與變壓器”是維修電工等專業的一門專業基礎課。本課程由于牽涉到磁場的概念，使教學內容抽象、概念多、公式推導繁瑣復雜，難于理解；直流電機、變壓器、交流電機各部分相對獨立，但又有內部聯系；實踐性強，但又必須有理論支持，同時還必須具備數學、電工基礎、物理等多門學科的相關知識，導致學習這門課程存在著學生難學的情況。因此，必須從教學安排、教學內容、教學方法、教學手段、實驗實踐、學習方法等方面進行調整，激發學生的學習積極性和主動性，增強學生的實踐動手能力和創新能力，提高課程教學質量。

一、教學安排

現在的實際應用的大部分是交流電機，直流電機的應用比重有所減小，所以在變壓器、交流電機的內容上可適當加大，直流電機所占的比例可適當壓縮。從講課反饋上來看，按照先講直流電機，再講變壓器，最后是交流電機的教學安排可能更合理些。因為學生在初中物理及技校的“電工基礎”等課程中已初步地掌握了直流發電機和直流電動機的基本工作原理，所以接受起來并不很困難。變壓器的工作原理也在“電工基礎”的互感電路章節中有所涉及，它對“電機與變壓器”中的內容有所鋪墊，同時變壓器與交流電機也有聯系，可以把它看成是一臺靜止不動的交流電動機。對比變壓器的一次測電壓表達式和交流電動機的定子電壓表達式，我們可以看到兩者的表達式非常相像，只不過交流電動機多了，項基波繞組系數。當講到交流電動機繞組的磁勢和電勢時我們會發現：變壓器采用的是集中整距繞組，因此，交流電機為了抑制諧波的磁勢和電勢，采用短距分布繞組，所以，變壓器可以看成是一臺靜止不動的交流電動機。當然，在講課過程中也要注意兩者的區別。筆者發現按照上述的講課順序進行教學，學生理解會更清晰些。

二、教學方法

優化課堂結構，培養自學能力。未來的文盲不再是不識字的人，而是沒有學會怎樣學習的人。在科學技術迅猛發展的今天，新的科技知識成倍地增長，人們只有具備獲取新知識的學習能力，不斷更新頭腦中的知識結構，才能跟上時代的步伐。課堂教學是教師實施學法指導，學生形成學習能力的主陣地。在課堂教學中，應保證學生有充足的時間參與學習活動，把自學引進課堂。學法指導的課堂教學結構，應充分體現教師的主導作用、學生的主體作用。一般說來，技校生上課時精神不易集中，特別是每節課的后三分之一時間。因此，講課就必須在開頭30分鐘內解決該節課的重點問題。要做到這點就得在備課上下工夫，備課時要面面俱到，講課時要突出重點，優化知識結構。同時，在課堂教學中，應多采用啟發和問題教學法，重點培養學生的思維能力，引發學生多角度思考；要通過收斂思維訓練，培養學生綜合分析和歸納概括的能力，幫助學生擁有自學的能力。

三、教學手段

教學中，如果僅靠板書的這種傳統方式來講解，不僅授課進程緩慢，影響教學進度，而且學生理解吃力，教學效果比較差。例如，三相旋轉磁場的產生過程，該部分比較難理解，學生容易產生厭煩情緒。為此我們收集制作了一些PowerPoint圖片和Flas等教學課件來演示三相旋轉磁場的產生過程，電機實物進行現場演示。在一臺去除了轉子的交流電動機定子內部放置一個小磁針，在三相對稱繞組上加上三相對稱電源，將直觀地看到小磁針轉動。將三相交流電源中的任意兩相電源線對調后，發現小磁針轉動方向會改變。這樣，學生就直觀地看到了交流電機旋轉磁場的正反轉，便于理解交流電動機的正反轉。由此我們就可以提出問題：為什么小磁針能夠轉動？采用這種方式在多媒體教學過程中解決問題。即提出問題一分析問題一解決問題。通過這樣的現代教學手段，能夠鍛煉學生獨立思考能力和獨立解決問題的能力。采用多媒體等教學手段，結合理論知識進行分析和講解，教師可將復雜、枯燥的內容變得直觀、容易理解，給學生留下深刻的印象，學習過程也變得輕松愉快，教學效果很好。

四、實驗實踐

《電機與變壓器》是一門實踐性很強的學科。學生學完這門課后，應掌握電機變壓器方面的一些理論知識，具備一定的設備維護保養和檢修能力，因此，接觸實物做實驗這一環節必不可少。特別是針對當前國家注重實踐教學，加強動手能力培養，強化技能訓練的要求，電機實驗起到理論教學與生產實際之橋梁作用，能更好地配合課堂教學，使學生通過實驗以及對實驗結果的分析，進一步加深對課堂知識的理解，既培養學生掌握基本的實驗方法和操作技能，又培養學生分析問題、解決問題和實際動手的能力，達到學以致用、增強教學效果。目前，有些學校由于受條件限制，專業理論課類的教具不全，如交、直流電機模型，變壓器模型，沒有獨立的電機實驗室。教師可在有限的條件下實物拆解或做一些演示實驗，對于不能做的，教師要進行過程講解，讓學生了解實驗過程。按照教學計劃，學生要進入工廠，車間的頂崗實習的學習階段。實際體驗各種電機和變壓器的接線和工作過程，了解掌握各種電氣設備的功能和使用。讓工人師傅現場帶領我們的學生掌握不同類型電氣設備的操作，讓學生對各種生產機械的主要結構及操作情況有親身體驗，通過工廠、車間的實習提高學生的實踐能力，更快融入社會，工廠車間，做到學、用統一，為將來的就業打下良好基礎。

五、學習方法

引導學生如何學習專業課目前，技校學生的學習現狀不容樂觀。大部分學生對學習缺乏主動、缺少自信心，學習缺乏獨立性、自覺性，沒有一套行之有效的學習方法。第一次接觸此類專業課，許多學生都還停留在“不就是花點時間讀讀背背有關電機與變壓器方面的問答題、填空題和計算公式嗎？”因此，教師必須幫助學生形成專業課的學習觀念和方法。可以從以下四個方面引導：首先，將專業課的學習與電路基礎理論銜接，指導學生有針對性地預習。如教學變壓器知識之前要求學生預習并鞏固電磁感應知識、電感元件的電路模型，R-L電路的原理和方程。其次，幫助學生形成強烈興趣。如講授電機知識之前，可以要求學生說出生活和生產領域中電機作為動力的設備，如電風扇、冰箱、空調、抽油煙機、洗衣機等，或組織學生參觀電機生產車間和電機修理廠，搜集電機應用方面的資料（如三峽機組的資料）介紹給學生，增加求知欲。再次，指導學生了解課程教學目的，教師結合教學大綱和自己對課程的把握情況，闡明《電機與變壓器》的課程特點。如要求掌握變壓器、異步電動機、直流電動機的結構、原理、主要特性、使用維護知識等。最后，培養良好的學習習慣，如緊扣預習、聽課、復習、作業、小結五個環節進行學習。

只有培養良好的學習習慣，掌握科學的學習方法才能學得輕松。注重從結構到工作原理的知識聯系電機和變壓器這些電氣設備在實際生產中看得見、摸得著，課程在內容安排上也是從結構到工作原理，教學時模型和實物不可少，如觀察干式變壓器，學生可以初步了解變壓器的一、二次繞組，內外層繞組，熟悉芯式、殼式結構，為原理和應用的學習打下基礎；對電力變壓器進行現場教學就能快速幫助學生掌握它的主要結構、附屬結構及特點。在學校現有的條件下，進行電機實物拆解，讓學生對結構，各部件位置有直觀認識，在頭腦中建立起空間概念，為理解工作原理及建立電路模型打下基礎。如學習異步電動機工作原理時，由于有了電機的空間概念，講解時只需注意三點即可：（1）三相定子繞組通上三相交流電產生旋轉磁場。（2）轉子導體在磁場中切割磁力線產生感生電勢、感生電流。（3）通電的轉子導體在磁場中受力旋轉。上新課時，應按照從結構到工作原理的順序進行講解，使學生知道什么樣的結構決定了什么樣的特性，讓學生了解這些知識點之間的聯系。加強理解性記憶很多學生在學完變壓器內容，復習和鞏固單元知識時得出：這門課不就是讀讀背背么，上課聽不聽關系不大。

事實上，記憶一個不理解或從未見過的知識比記憶一個理解的知識難得多。并且專業課遠比基礎課知識點多、概念深奧。因此，教師需要指導學生如何理解和記憶，以電焊變壓器的外特性為例，其實，只要理解了外特性圖，它的特點和原理就能掌握：（1）較高的起弧電壓；（2）陡降的外特性；（3）短路電流不能太大；（4）電流大小可調。再如，變壓器效率推導公式很復雜，其實它的效率也是輸出與輸入的比值，理解兩者之差是鐵損耗與銅損耗之和，就能解決效率計算問題。進行理解性記憶，不僅不易忘，考試復習時也無須多花時間，《電機與變壓器》中類似內容很多，如他勵直流電機外特性、交流電機外特性、電機啟動、調速方法及特點等都需要教師指導學生在理解的基礎上掌握。熟記專業術語學生試卷中常有這樣的情形出現：問題的答案寫出來了，但在書寫時卻白字連篇，音同字不同（如把“空載運轉”寫成“空在運轉”，“變頻調速”寫成“變平調速”）。一些學生認為既然是理科，就不需記術語。其實，熟知術語能起到事半功倍的效果。為此，我常要求學生對一些術語要熟記，如電壓調整率、機械特性、轉差率、同步轉速等概念。

參考文獻

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[4]姚明仁，曾曉，李智.《發電廠電氣主系統》教學改革的研究與實踐[J].中國電力教育，2007（09）.

[5]譚顯芬.中職學校《電工基礎》教學模式創新研究[J].中國科教創新導刊，2009（13）.

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[9]陳鴻鵬，王勇，呂群松.提高醫學院校《電路》課程教學效果的嘗試[J].西北醫學教育，2006（03）.

第3篇：變壓器基本工作原理范文

【關鍵詞】淺議；變壓器；瓦斯保護；故障

0.引言

變壓器是變電站主要的電氣設備，對系統的安全和供電可靠性帶來嚴重影響，瓦斯保護是變壓器的主保護，能有效地反應變壓器的內部故障，因此，運行人員要熟練掌握瓦斯保護的基本工作原理、保護范圍、日常巡視檢查項目、運行狀態及瓦斯保護裝置動作的原因和事故分析等，當故障發生時能準確作出判斷。

1.工作原理

瓦斯保護是變壓器內部故障的主要保護元件，能有效地反映變壓器的內部故障，對變壓器匝間和層間短路、鐵芯故障、套管內部故障、繞組內部斷線及絕緣劣化和油面下降等故障均能靈敏動作。當油浸式變壓器的內部發生故障時，由于電弧將使絕緣材料分解并產生大量的氣體，其強烈程度隨故障的嚴重程度不同而不同。瓦斯保護就是利用反應氣體狀態的瓦斯繼電器（又稱氣體繼電器）來保護變壓器內部故障的。

2.保護范圍

瓦斯保護是變壓器的主保護，它可以反映油箱內的一切故障。包括：油箱內的多相短路、繞組匝間短路、繞組與鐵芯或與外殼間的短路、鐵芯故障、油面下降或漏油、分接開關接觸不良或導線焊接不良等。瓦斯保護動作迅速、靈敏可靠而且結構簡單。但是它不能反映油箱外部電路（如引出線上）的故障，所以不能作為保護變壓器內部故障的唯一保護裝置。另外，瓦斯保護也易在一些外界因素（如地震）的干擾下誤動作，對此必須采取相應的措施。

3.安裝方式

瓦斯繼電器安裝在變壓器到儲油柜的連接管路上。

（1）首先將氣體繼電器管道上的碟閥關嚴。如碟閥關不嚴或有其他情況，必要時可放掉油枕中的油，以防在工作中大量的油溢出。

（2）新氣體繼電器安裝前，應檢查有無檢驗合格證明，口徑、流速是否正確，內外部件有無損壞，內部如有臨時綁扎要拆開，最后檢查浮筒、檔板、信號和跳閘接點的動作是否可靠，并關好放氣閥門。

（3）氣體繼電器應水平安裝，頂蓋上標示的箭頭方向指向油枕。

（4）打開碟閥向氣體繼電器充油，充滿油后從放氣閥門放氣。如油枕帶有膠囊，應注意充油放氣的方法，盡量減少和避免氣體進入油枕。

（5）進行保護接線時，應防止接錯和短路，避免帶電動作，同時要防止使導電桿轉動和小瓷頭漏油。

4.日常巡視檢查項目

日常巡視檢查應注意以下幾點：

（1）氣體繼電器連接管上的閥門應在打開位置。

（2）變壓器的呼吸器應在正常工作狀態。

（3）瓦斯保護連接片投入應正確。

（4）油枕的油位應在合適位置，繼電器內充滿油。

（5）氣體繼電器防雨罩是否牢固。

（6）繼電器接線端子處不應滲油，且應能防止雨、雪、灰塵的侵入，電源及其二次回路要有防水、防油和防凍的措施，并要在春秋二季進行防水、防油和防凍檢查。

5.運行狀態

關于瓦斯繼電器的運行狀態，規程中對其有如下規定：

（1）變壓器運行時瓦斯保護應接于信號和跳閘，有載分接開關的瓦斯保護接于跳閘。

（2）變壓器在運行中進行如下工作時應將重瓦斯保護改接信號：

1）用一臺斷路器控制兩臺變壓器時，當其中一臺轉入備用，則應將備用變壓器重瓦斯改接信號。

2）濾油、補油、換潛油泵或更換凈油器的吸附劑和開閉瓦斯繼電器連接管上的閥門時。

3）在瓦斯保護及其二次回路上進行工作時。

4）除采油樣和在瓦斯繼電器上部的放氣閥放氣處，在其他所有地方打開放氣、放油和進油閥門時。

5）當油位計的油面異常升高或吸吸系統有異常現象，需要打開放氣或放油閥門時。

（3）在地震預報期間，應根據變壓器的具體情況和氣體繼電器的抗震性能確定重瓦斯保護的運行方式。地震引起重瓦斯保護動作停運的變壓器，在投運前應對變壓器及瓦斯保護進行檢查試驗，確認無異常后，方可投入。

6.瓦斯保護信號動作的主要原因

6.1輕瓦斯動作的原因

（1）因濾油、加油或冷卻系統不嚴密以至空氣進入變壓器。

（2）因溫度下降或漏油致使油面低于氣體繼電器輕瓦斯浮筒以下。

（3）變壓器故障產生少量氣體。

（4）變壓器發生穿越性短路故障。在穿越性故障電流作用下，油隙間的油流速度加快，當油隙內和繞組外側產生的壓力差變化大時，氣體繼電器就可能誤動作。穿越性故障電流使繞組動作發熱，當故障電流倍數很大時，繞組溫度上升很快，使油的體積膨脹，造成氣體繼電器誤動作。

（5）氣體繼電器或二次回路故障。

以上所述因素均可能引起瓦斯保護信號動作。

6.2 重瓦斯動作的原因

（1）變壓器內部故障。

（2）二次回路問題誤動作。

（3）某些情況下，由于油枕內的膠囊（隔膜）安裝不良，造成呼吸器堵塞，油溫發生變化后，呼吸器突然沖開，油流沖動使氣體繼電器誤動作跳閘。

（4）外部發生穿越性短路故障。

（5）變壓器附近有較強的震動。

7.瓦斯保護裝置動作后的處理

（1）立即投入備用變壓器或備用電源，恢復供電及系統之間的并列。

（2）瓦斯保護信號動作時，立即對變壓器進行檢查，查明動作原因，是否因積聚空氣、油面降低、二次回路故障或是變壓器內部故障造成的。如氣體繼電器內有氣體，則應記錄氣體量，觀察氣體的顏色及試驗是否可燃，并取氣樣及油樣做色譜分析，可根據有關規程和導則判斷變壓器的故障性質。

1）若氣體繼電器內的氣體無色、無臭且不可燃，色譜分析判斷為空氣，則變壓器可繼續運行，并及時消除進氣缺陷。

2）若氣體繼電器內的氣體可燃且油中溶解氣體色譜分析結果異常，則應綜合判斷確定變壓器是否停運。

（3）瓦斯繼電器動作跳閘時，在未查明原因和消除故障前不得將變壓器投入運行。要從以下幾方面進行綜合判斷：

1）是否呼吸不暢或排氣未盡。

2）保護及直流等二次回路是否正常。

3）變壓器外觀有無明顯反映故障性質的異常現象。

4）氣體繼電器中積聚的氣體是否可燃。

5）氣體繼電器中的氣體和油中溶解的氣體的色譜分析結果。

6）必要的電氣試驗結果。

7）變壓器其它繼電保護裝置的動作情況。

8.瓦斯保護的反事故措施

瓦斯保護動作，輕者發出保護動作信號，重者跳開變壓器開關，不能保證供電的可靠性，對此提出了瓦斯保護的反事故措施：

（1）將瓦斯繼電器的下浮筒改為檔板式，觸點改為立式，以提高重瓦斯動作的可靠性。

（2）為防止瓦斯繼電器因漏水而短路，應在其端子和電纜引線端子箱上采取防雨措施。

（3）瓦斯繼電器引出線應采用防油線。

（4）瓦斯繼電器的引出線和電纜應分別連接在電纜引線端子箱內的端子上。

9.結論

變壓器瓦斯信號動作后，運行人員必須對變壓器進行檢查，查明動作的原因，并立即向上級調度和主管領導匯報，上級主管領導應立即派人去現場提取繼電器氣樣、油樣和本體油樣，分別作色譜分析。根據有關導則及現場分析結論采取相應的對策，避免事故的發生，以保證變壓器的安全經濟運行。

【參考文獻】

[1]國家電網公司.變壓器運行規程.

第4篇：變壓器基本工作原理范文

本文主要針對油浸式配電變壓器的故障類別進行分析舉例，提出了一些具體的預防措施，旨在提高配電網絡供電的可靠性、安全性。

關鍵詞：配電變壓器；故障分析；預防措施；可靠性、安全性

中圖分類號： TM4 文獻標識碼： A 文章編號：

Abstract: distribution transformer is the distribution network power supply of cardiac devices, is also the basic power supply enterprise technology management core. Distribution transformer when a fault occurs, the light is forced to stop power supply, is caused by damage to household appliances, people's normal life inconvenient, make business economic loss, sometimes even bring greater social impact.

This article mainly aims at the oil-immersed distribution transformer fault category analysis example, puts forward some concrete preventive measures, designed to improve power supply reliability of distribution network, security.

Key words: power transformer; fault analysis; preventive measures; reliability, safety

配電變壓器是配電網絡系統中電能分配的重要設備，雖有高壓熔絲、低壓保險片、避雷器、接地等多重保護，但由于內部結構復雜，電、磁場、熱引發的電動力、熱應力以及絕緣油的自身老化、劣變等因素，使其燒毀或故障在所難免。如何監控，做好日常維護與應急處理，讓其延長壽命為供電網絡正常運行服好務呢？

只有懂得了它的一些基本原理，知道了配電變壓器發生故障的一些要素以及征兆后，我們才能有的放矢，有效防止配電變壓器意外損壞，降低配電變壓器事故率，延長配電變壓器的使用壽命，確保電網安全、穩定、可靠運行。

1 變壓器基本知識

1.1 變壓器的工作原理

變壓器屬靜止電機，它可以將一種電壓、電流的交流電轉換成同頻率的另一種電壓、電流的交流電。變壓器是變換交流和阻抗的器件，當初級線圈中通有交流電流時，鐵芯（或磁芯）中便產生交流磁通，使次級線圈中感應出電壓（或電流）。 變壓器廣泛應用發、輸、配電系統和工農業生產、生活實際。以下以單相變壓器為例介紹其工作原理，如圖1所示。

圖1 變壓器工作原理圖

由于原繞組接通電源后，流過原繞組的電流是交變的，因此在鐵芯中就會產生一個交變磁通，這個交變磁通在原副繞組中感應出交流電勢e1和e2,該電勢的大小E1和E2均正比于磁通的變化率與對應繞組的匝數，由于閉合鐵芯中交變磁通原、副繞組共用，則有

E1/ E2=N1/N2

式中 E1——原繞組的感應電勢有效值

E2——副繞組的感應電勢有效值

N1——原繞組的匝數

N2——副繞組的匝數

1.2變壓器的結構

變壓器一般由導電材料、磁性材料和絕緣材料三部分組成。

(1)導電材料 變壓器的導電材料主要是各種上強度較高的漆包線，只有在調諧用高頻變壓器中使用紗包線。

(2)磁性材料 電源變壓器和低頻變壓器中使用的磁性材料以硅鋼片為主。中頻變壓器、脈沖變壓器、振蕩變壓器等使用的磁性材料以鐵氧體磁材為主。

(3)絕緣材料 變壓器的絕緣材料除骨架外，還有層間絕緣材料及浸漬材料（絕緣漆）等。

1.3變壓器分類簡介

一般常用電源變壓器的分類可歸納如下：

1.3.1按相數分

(1)、單相電源變壓器：用于單相負荷和三相電源變壓器組。

(2)、三相電源變壓器：用于三相系統的升、降電壓。

1.3.2按冷卻方式分

（1）干式電源變壓器：依靠空氣對流進行冷卻，一般用于局部照明、電子線路等小容量電源變壓器。

（2）油浸式電源變壓器：依靠油作冷卻介質、如油浸自冷、油浸風冷、油浸水冷、強迫油循環等。

1.3.3按用途分

（1）電力變壓器：用于輸配電系統的升、降電壓。

（2）儀用變壓器：如電壓互感器、電流互感器、用于測量儀表和繼電保護裝置。

（3）試驗變壓器：能產生高壓，對電氣設備進行高壓試驗。

（4）特種變壓器：如電爐變壓器、整流變壓器、調整變壓器等。

1.3.4按繞組形式分

（1）雙繞組變壓器：用于連接電力系統中的兩個電壓等級。

（2）三繞組變壓器：一般用于電力系統區域變電站中，連接三個電壓等級。

（3）自耦變電器：用于連接不同電壓的電力系統。也可做為普通的升壓或降后變壓器用。

1.3.5按鐵芯形式分

（1）芯式變壓器：用于高壓的電力變壓器。

（2）非晶合金變壓器：非晶合金鐵芯變壓器是用新型導磁材料，空載電流下降約80%，是目前節能效果較理想的配電變壓器，特別適用于農村電網和發展中地區等負載率較低的地方。

（3）殼式變壓器：用于大電流的特殊變壓器，如電爐變壓器、電焊變壓器；或用于電子儀器及電視、收音機等的電源變壓器。

2 配電壓器常見故障原因分析

2．1 繞組故障

(1)匝、層間短路。由于農村部分低壓線路維護不到位，經常發生超銘牌容量運行或變壓器出口短路故障。短路使變壓器的電流超過額定電流幾十倍，由于繞組溫度迅速升高，導致絕緣老化；同時繞組由于受到較大電磁力的作用，產生振動與變形，而損壞匝間絕緣；另外，廠家在制造過程中，繞組內層浸漆不透，干燥不徹底，繞組引線接頭焊接不良等絕緣處理不完整也是導致配電變壓器匝間、層間短路一個方面。

(2)相間短路。變壓器主絕緣老化，絕緣降低；變壓器油擊穿電壓偏低；或由其他故障擴大引起相間短路。如繞組有匝間短路或接地故障時，由于電弧及熔化了的銅(鋁)粒子四散飛濺，使事故蔓延擴大，發展為相間短路。

第5篇：變壓器基本工作原理范文

本文用“翻轉課堂”理念設計《變壓器》教學過程，以供大家共同探討.

1教學內容分析

1.1教材分析

《變壓器》是高中物理選修3-2教材中的內容，在之前有交變電流的相關知識，后面有電能輸送相關知識，是一個關鍵的知識點，涉及電磁感應，互感等知識內容，教材主要介紹變壓器的構造，通過實驗探究變壓器原副線圈的電壓與變壓器兩線圈匝數的關系.學生通過本節內容的學習，既可以學習到一些有用的知識，分析探究物理問題的方法，還可以更深刻的認識到物理與日常生活息息相關.

1.2學情分析

學生已經學習了電磁感應的產生條件以及所遵循的基本規律，學會分析和解釋與電磁感應現象有關的物理現象.還學習了交變電流的相關知識，知道交變電流的產生及特點，知道這種電流與生產生活密切相關.變壓器是生活中較常見的一種電氣設備，與生產生活聯系密切，應注重課堂與現實生活的聯系.培養學生的實驗實踐觀察能力，理論推導能力.

2教學目標

知道變壓器的基本構造；理解變壓器的工作原理；探究并應用變壓器的各種規律；能熟練應用控制變量法探究多變量問題；通過實驗探究體會科學探索過程，能體會能量守恒無處不在，激發科學探究的熱情，培養理論聯系實際的能力.

3教學重點、難點

教學重點：變壓器的工作原理以及變壓規律.

教學難點：變壓器變壓比和匝數比關系；運用變壓器規律解決與變壓器相關問題.

4教學資源

教師：教材，多媒體電腦，PPT課件，微視頻，課前預學習練習、課堂反饋練習、拓展資料、變壓器、交流電壓表、交流電流表、可拆卸閉合鐵芯.

學生：教材、多媒體電腦.

5教學流程設計

5.1教學設計思路

翻轉課堂的理念是學生先學后教，學生課前通過閱讀教材，觀看老師制作的微課視頻，課前聯系，查閱相關資料進行預學習，理解并掌握相關知識.課堂上進行交流討論，驗證，探究，拓展.加深理解，并能理論聯系實際，解釋或解決生活中的相關問題.

5.2教學進程

5.2.1課前

教師：

（1）課前制作微課：根據電磁感應知識，判斷兩個彼此靠近互不相連的線圈，給其中一個線圈通直流電，另一個線圈中不會有電流產生；給一個線圈中通交變電流，另一個線圈中會有感應電流產生，這是電磁感應現象.若果把兩個線圈套在同一個鐵芯上，重復上述操作，會有什么現象產生？認識變壓器以及構造.

探索：兩個線圈中的電壓大小有什么關系？它們之間滿足什么規律？

實驗：保持線圈匝數不變，改變輸入電壓大小；

保持原線圈電壓以及匝數不變，改變副線圈匝數，測量副線圈電壓；

保持原線圈電壓以及副線圈匝數不變，改變原線圈匝數，測量副線圈電壓；

歸納，原副線圈的電壓比與匝數比的關系.

（2）學生收集相關信息，了解變壓器在生活生產中的應用，了解變壓器的相關知識.

（3）編制課前學生練習，收集與變壓器相關的資料，拓寬學生的視野.

（4）將制作的微視頻、資料、練習上傳到網絡平臺.

（5）在網絡平臺與學生組織進行交流，及時回答學生提出的問題，統計學生存在的共性問題，為課堂教學活動準備.

學生：

（1）學生通過觀看微視頻、閱讀教材、查閱資料預先自主學習.

（2）學生在網絡平臺提出自己在學習過程中遇到的問題，并進行交流.

（3）完成老師上傳的課前作業.

設計意圖翻轉課堂教學模式是讓學生先學習，發現問題，提出問題，然后自己通過查找資料，與同學老師交流，討論，分析問題，解決問題并拓展應用，解決相關問題，課堂的重點不再是傳授課本知識，而是學生交流討論的平臺，拓展的空間，學生學習基本知識的時間都是課外獨立自主完成，教師給學生提供交流平臺，輔助學生查找資料，合作學習，課堂上更具有針對性，重點更突出，目標更明確，課堂效率更高.

5.2.2課堂中

（1）學生自學情況反饋

教師：通過系統平臺統計，檢查學生課前學習情況，了解學生的困惑、難點與錯誤.教師進行反饋及答疑，共性問題集體講解，針對不同的學生不同的問題分別解釋答疑交流.

學生：通過老師講解自檢自查，糾正自己的自學練習與學習情況.

分組討論.

教師：將學生分成4～6人一組，討論變壓器變壓原理以及在生活中的應用，應用變壓器是應該注意的問題.

5.2.3合作探究

演示變壓器副線圈空載時，原線圈的電流和電壓.

教師：將一實驗室用理想變壓器原線圈與一個交流電流表串聯，保持副線圈空載，后與交變電流源接通，用交流電壓表測量原線圈電壓，電流表示數為零.

學生：[JP3]觀察現象，提出問題，分組討論，分析原理，解釋現象.[JP]

變壓器副線圈空載，就沒有消耗能量，變壓器就不能輸入能量.――能量守恒.

進一步分析變壓器工作時可能會有哪些方式消耗能量？

電能―磁場能―電能

線圈―鐵芯―線圈

第6篇：變壓器基本工作原理范文

    關鍵詞:電阻爐溫度控制系統 PID調節器的參數整定 單元組合儀表

    中圖分類號:TH86 文獻標識碼:A 文章編號:1007-9416(2011)03-0009-02

    盡管科學在日新月異的飛速發展,控制手段也在不斷的向前進步,智能化、集成度、開放性、可靠度越來越高,目前常用的控制方式有PLC、DCS系統、現場總線控制系統、開放式控制系統等,它們的功能越來越強大、性能越來越完善,比如說控制精度、抗干擾能力、防爆性等都有了很大的提高,但是各種控制方式最基本的思想是一致的。

    1、電阻爐溫度控制系統

    1.1 爐溫控制的基本原理

    本設計中采用DDZ-III型電動單元儀表組合來實現對電阻爐溫度的控制,其主要控制規律是PID控制。由熱電偶檢測爐內實際溫度后,經過熱電偶溫度變送器轉換為4-20mA的直流電流信號送往調節器,調節器對爐溫的測量值與給定值進行比較,根據偏差進行比例、積分、微分運算后,(其輸出為統一標準電流信號4-20mA)其輸出信號去控制執行機構的動作,執行機構的動作改變變壓器的供電電壓,從而實現了對電阻爐溫度的控制。

    1.2 各設備的工作原理及其用途

    電阻爐;被控對象電阻爐是實驗室所用的管式電阻爐,該種電阻爐供實驗室、工礦企業、科研單位進行化學分析、物理測定、加熱時使用。

    變壓器;變壓器是改變交流電壓的設備。它是由閉合鐵芯和繞在鐵芯上的兩個線圈組成,跟電源相連的線圈叫原線圈(也叫初級線圈),另一個跟負載相連的叫副線圈(也叫次級線圈),鐵芯由涂有絕緣漆的硅鋼片疊合而成。互感現象是變壓器工作的基礎。原線圈上加交變電壓,原線圈中就有交變電流,在鐵芯中產生交變磁通量,原、副線圈中都要引起感應電動勢。若副線圈是閉合的,則副線圈中就要產生交變電流,此交變電流也在鐵芯中產生交變磁通量,在原、副線圈中同樣要引起感應電動勢。在原、副線圈中由于有交變電流而發生的互相感應現象,叫互感現象.正是由于互感現象。才使得原、副線圈雖不相連,電能卻可以通過磁場從原線圈到達副線圈。

    1.3 變壓器在本控制系統中的作用

    在控制系統中,變壓器是用來給電阻爐供電的,它與角行程電動執行器相連,通過執行器手柄的轉動來改變變壓器的供電電壓,從而實現了調節爐溫的作用。

    1.4 熱電偶工作原理

    熱電偶是一種感溫元件,它把溫度信號轉換成熱電動勢信號,通過電氣儀表轉換成被測介質的溫度。熱電偶測溫的基本原理是兩種不同成份的均質導體組成閉合回路, 當兩端存在溫度梯度時,回路中就會有電流通過,此時兩端之間就存在電動勢——熱電動勢,這就是所謂的塞貝克效應。

    1.5 熱電偶優點

    熱電偶是工業中常用的溫度測溫元件,具有如下特點:(1)測量精度高:熱電偶與被測對象直接接觸,不受中間介質的影響。(2)熱響應時間快:熱電偶對溫度變化反應靈敏。(3)測量范圍大:熱電偶從 -40~+ 1600℃ 均可連續測溫。(4)性能可靠, 機械強度好。使用壽命長,安裝方便。

    2、PID調節器及其參數的整定

    在實際工業生產應用中,調節器是構成自動控制系統的核心儀表,它的基本功能是將來自變送器的測量信號與給定信號相比較,并對由此所產生的偏差信號進行比例、積分或微分處理后,輸出調節信號控制執行器的動作以實現對不同被測或被控參數如溫度、壓力、流量或液位等的自動控制。

    2.1 P、I、D各運算規律的作用

    基本運算規律比例(P)、積分(I)和微分(D)三種,PID調節器的運算規律就是由這些基本運算規律組合而成。下面分別介紹三種基本控制規律的特點。

    2.1.1 比例(P)控制規律

    具有比例控制規律的調節器其輸出信號的變化量ΔY與偏差信號ε之間存在比例關系,用微分方程形式表示為:

    ΔY=KPε

    式中,KP為一個可調的比例增益。顯然,當有偏差信號存在時,調節器的輸出立刻與偏差成比例地變化。這是一種最基本、最主要、應用最普遍的控制規律,它能及時和迅速地克服擾動的影響,從而使系統很快地達到穩定狀態。但因調節器的輸出信號與輸入信號須始終保持比例關系,所以在系統穩定后,被控變量無法達到給定值,而是存在一定的殘余偏差,即殘差。

    2.1.2 積分(I)控制規律

    具有積分控制規律的調節器其輸出信號的變化量ΔY與偏差信號ε的積分成正比,用微分方程形式表示可為:

    式中,為積分時間;為積分速度。顯然,斜率與調節器積分速度成正比的直線是積分過程的描述。直線越陡,表示積分速度越快,積分作用越強。

    2.1.3 微分(D)控制規律

    具有微分控制規律的調節器其輸出信號的變化量ΔY與偏差信號ε的變化速度成正比,用微分方程形式表示可為:

    式中,為微分時間;為偏差信號的變化速度。

    在階躍輸入信號出現的瞬間,即t=t1時,偏差信號的變化為無窮大,因而理論上輸出也應達到無窮大;而當t>t1時,輸出信號的變化等于零。實際上,這種理想的微分作用是無法實現的,而且也不可能獲得好的調節效果。它是在階躍發生的時刻,輸出突然跳躍到一個較大的有限值,然后按指數曲線衰減直至零。該跳躍跳的越高或降的越慢,表示微分作用越強。

    2.2 DDZ-III型調節器PID控制規律的實現

    DDZ-III型調節器PID控制規律是利用運算放大器電路先分別形成PD和PI控制規律,然后再串聯形成PID控制規律的。考慮微分控制規律只有在輸入信號發生變化時才起作用,而且該變化越大微分作用明顯,因而運算放大電路中先進行微分調節作用,然后再進行積分作用。

    2.3 PID調節器的參數整定方法

    PID控制器的參數整定是本控制系統設計的核心內容。它是根據被控過程的特性確定PID控制器的比例系數、積分時間和微分時間的大小。而且,在工業控制中,目前應用最多的控制方法仍然是PID控制。但PID控制器的參數與系統所處的穩態工況有關。一旦工況改變了,控制器參數的“最佳”值也就隨著改變,這就意味著需要適時地整定控制器的參數。

    在實時控制中,一般要求被控過程是穩定的,對給定量的變化能夠迅速跟蹤,超調量要小且有一定的抗干擾能力。一般要同時滿足上述要求是很困難的,但必須滿足主要指標,兼顧其它方面。參數的選擇可以通過實驗確定,也可以通過試湊法或者經驗數據法得到。

    3、結語

    通過文章的介紹我們可以對電阻爐溫度控制系統有了一定的的認識和了解,對DDZ-III儀表的工作原理及使用有了進一步的掌握。控制系統的開發設計是一項復雜的系統工程,必須嚴格按照系統分析、系統設計、系統實施、系統運行與調試的過程來進行,遇到新的問題就不斷探索和努力,最終才可以使問題得到解決。

    參考文獻

第7篇：變壓器基本工作原理范文

關鍵詞：智能風冷控制 變壓器 IEC61850 控制IED設計 智能變電站

中圖分類號：TM401.2 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2012）11-0032-02

隨著智能電網的快速發展與推進，變壓器智能化的研究與設計將是變壓器技術發展的方向，風冷控制系統作為變壓器不可或缺的重要組成部分[1-2]，必需滿足變壓器智能化發展的要求。目前我國的220kV及以上電壓等級的變壓器大多采用強油風冷冷卻方式[3-5]，控制部分大多采用PLC或單片機完成，系統構成比較復雜，控制功能簡單且控制模式基本固定，整個控制系統比較獨立和封閉，基本不與其他設備信息交互[6-7]，在智能電網通訊及信息共享的要求下，傳統風冷控制系統已不能適應智能變壓器發展的要求。

本文詳細介紹了變壓器智能風冷控制系統的設計，包括系統構成及配置情況、控制原理、功能實現以及控制IED軟硬件設計等。

1、系統構成及配置

1.1　系統構成

智能變電站自動化系統基于IEC61850通訊及信息共享要求，變壓器風冷控制作為過程層設備應接入過程層網絡，信息通過過程層網絡傳輸，包括控制所需的測量數據、控制指令以及監測結果等，系統構成如圖1所示。

1.2　系統配置

變壓器智能風冷控制器包括冷卻控制IED以及就地控制柜組成，根據目前運行的情況，控制器配置分為如下三種情況：（1）對于無特需要求情況，冷卻控制IED作為控制主體安裝在就地控制柜上，配置必要的輔助執行單元和電路，完成所有控制及信息傳輸功能；（2）對于就地控制柜已有簡單智能控制器的情況，如PLC、單片機等控制執行單元，冷卻控制系統由冷卻控制IED與智能控制設備及輔助電路組成，完成控制及信息傳輸功能；（3）對于就地控制柜采用了特殊控制方式的情況，如風機控制采用變頻器控制方式，冷卻控制系統由冷卻控制IED與變頻器及輔助電路組成，完成控制及信息傳輸功能。

2、工作原理

2.1　基于IEC61850網絡通信的數據傳輸

冷卻控制IED所需測量數據主要來自測量IED，包括主變本體相關的油溫、繞組溫度、主變負荷等，來自其他監測IED數據包括鐵芯監測電流、主變油中氣體分析數據等，來自智能終端數據包括主變運行信息等，通過過程層網絡GOOSE傳輸方式接收。

控制指令包括來自后臺的遠方控制指令經測控裝置的控制信息、冷卻控制IED發給智能終端跳閘信息等，均通過GOOSE傳輸機制，高效、快速的通過過程層網絡傳輸。

2.2　控制IED運行方式

傳統風冷控制系統由于數據采集的局限性，一般采用固定的“運行”、“輔助”、“備用”模式對風機組的控制，或采用奇偶數組控制模式控制風機組的啟停，控制模式固定單一，不利于節能和設備的有效利用。變壓器智能風冷控制設計運行方式分為手動和自動，其中手動方式又分為就地手動和遠方手動控制方式。自動運行方式下，控制IED根據油溫、繞組溫度、變壓器運行負荷情況以及變化趨勢或者異常情況如主變鐵芯電流的增大、油中氣體反映出的熱故障等，綜合判斷出需要運行的風機組數，發出控制指令啟停風機組，完成主變的冷卻控制要求。當處于手動就地控制方式時，與傳統就地控制手動方式基本一致，運行人員在控制柜就地通過把手或按鈕控制風機組的啟停；當處于手動遠方控制時，通過后臺或調度等將控制風機組啟停命令下發給測控單元，由測控轉發控制指令到冷卻控制IED，完成風機組的控制。

2.3　控制IED控制執行

根據1.2節介紹的配置情況，風冷控制IED的控制執行分為：（1）冷卻控制IED直接控制輔助電路，如接觸器和繼電器等，完成風機組和油泵的啟停，冷卻控制IED需要有開出回路設計要求；（2）采用冷卻控制IED與智能控制設備及輔助電路組成的配置系統，冷卻控制IED采用通訊的方式與智能控制器信息交互，完成控制及信息傳輸功能；（3）采用冷卻控制IED與變頻器及輔助電路組成的配置系統，冷卻控制IED采用通訊或模擬量輸入輸出方式，完成控制及信息傳輸功能。

3、功能實現

3.1　控制電源熱備用

電源控制設置自動手動切換，在自動模式下，控制電源自動完成雙電源的互為備用，且具備自鎖功能，即當一路電源工作時，另一路電源可靠斷開。在手動模式下，支持遠方手動切換。

3.2　數據采集

支持GOOSE方式從過程層網絡接收與風冷控制相關的測量量，完成控制所需的數據采集功能。

3.3　控制

控制策略根據綜合數據分析，合理配置風機運行組數，滿足變壓器運行要求的同時兼顧節能、循環啟停風機組以及風機組先啟先停運行等原則。

3.4　切換

切換功能完成遠方、就地以及手動、自動等控制方式的切換，滿足不同運行方式要求。

3.5　通信

風冷控制IED具有過程層網絡IEC61850通信功能，支持GOOSE方式數據接收和發送，完成網絡數據的采集以及控制命令、控制結果和監測等數據的發送。

3.6　自檢及告警

風冷控制系統的控制IED以及其他智能設備具有自檢以及異常告警功能，實現自身狀態檢修。

3.7　對時

控制IED滿足智能變電站所要求的對時精度和對時方式。

4、控制IED軟硬件設計

4.1　硬件構成

硬件組成包括CPU、FPGA控制器、通信模塊、開出控制器、開入采集單元等組成。硬件設計結構框圖如圖2　所示：

系統所需數據均通過過程層網絡獲取，設置開入插件滿足就地信號的便捷接入，當就地控制柜配置有智能控制設備時，開出插件可不配置。

4.2　軟件設計

根據變壓器智能風冷控制功能要求以及控制策略設計，其主程序設計流程如圖3。

5、結語

變壓器智能風冷控制系統設計對變壓器的安全穩定運行至關重要，該風冷控制系統的設計符合智能變電站通訊要求，滿足變壓器安全穩定運行要求，智能化程度高，節能且風機組運行效率及使用壽命等方面都得到了很大提高，運行方式靈活，適應性強，符合風冷控制系統的技術發展。

參考文獻

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[2]李化波.一種新型變壓器冷卻控制裝置的研制[J].電氣應用，2007年第6期.LI　Hua-bo.　Development　of　a　new　device　of　Automatic　Control　of　Forced　Air　Cooling　control　System　[J].Electrical　Application，2007，6.

[3]李化波.基于PLC的大型電力變壓器冷卻控制裝置的研究[M].碩士論文.華北電力大學（北京）.LI　Hua-bo.　Research　of　Large　Capacity　Transformer　Cooling　Control　Device　Based　on　PLC[M].　Master's　thesis，　North　China　Electric　Power　University（beijing）.

[4]王澤峰，等.新型變壓器風冷控制系統在電網中的應用［J］.變壓器，2005年第8期.WANG　Ze-feng.　Application　of　New　Air　Cooler　Control　System　of　Transformer　to　Electric　Network　[J].Transformer，　2005　08.

[5]楊凱，等.新型智能變壓器風冷控制系統[J].電工技術，2003年第9期.YANG　Kai.　The　Transformer　Air　Cooling　System　Based　On　MCU　Control[J].　Electric　Engineering，，　2003　09.

[6]冷志國.大型變壓器風冷控制系統的研究[M].碩士論文.哈爾濱理工大學.LENG　Zhi-guo.　Design　on　the　Wind　Cooling　Control　System　of　Transformer[M].　Master's　thesis，　Harbin　Institute　of　Technology.

第8篇：變壓器基本工作原理范文

[關鍵詞]全橋變換器；電壓

中圖分類號：TG37 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2014）35-0045-01

1、全橋變換器的基本結構

全橋變換器是由基本的Buck電路演變得來的，本質上是Buck類隔離變換器。Buck變換器引入一個變壓器得到單管正激變換器；用兩只開關管替代單管正激變換器的一只開關管得到雙管正激變換器；全橋變換器可看成由兩個雙管正激變換器交錯并聯而成，并且兩個變壓器要共用一副磁芯，可以通過共用一個原邊繞組實現；如上圖，Q1-Q4為開關管、D1-D4為二極管、Lr諧振電感、、為輸出整流二極管、Lf為輸出濾波電感、Cf為輸出濾波電容。

2、全橋變換器的基本工作原理

全橋變換器的控制方式有雙極性控制、有限單極性控制和移相控制方式；本文采用移相控制方式，在該方式中，每個橋臂中的兩只開關管都是180°互補導通，且兩個橋臂的開關信號間存在一個相移，可通過控制此相移來控制輸出電壓脈寬大小，進而控制輸出電壓。

全橋變換器工作時，斜對角兩只開關管為同時導通，主要波形如下：

當斜對角開關管Q1和Q4同時導通時，如圖，移相全橋中點間電壓為vAB，即變壓器原邊電壓，為Vin；此時副邊整流二極管Dr1會導通，且整流后的電壓為（K是變壓器原副邊匝數比）；輸出濾波電感Lf端電壓為，其內電流iLf是線性增加的；那么原邊電流，也線性增加，流過Q1和Q4。

當Q2和Q3管同時導通時，變壓器原邊電壓，此時副邊整流二極管Dr2導通，整流后電壓，Lf電流線性增加。

當四只開關管都關斷時，則原邊電流ip變為零，濾波電流iLf將經兩只整流二極管續流，此時兩只整流二極管各流過濾波電流的一半，亦即。因為兩只整流二極管都導通，變壓器兩個副邊電壓均為零，此時加在Lf上的電壓為-Vo；這個負電壓使濾波電流iLf線性下降。

3、移相全橋變換器的工作原理

傳統的全橋PWM變換器適用于輸出低電壓大功率，以及電源電壓和負載電流變化大的場合。為了提高變換器的功率密度，減少單位輸出功率的體積和重量，需提高開關頻率f。將諧振變換器與PWM技術結合起來構成軟開關PWM控制方案，既能實現功率開關的軟開關特點，又能實現恒頻控制。在DC/DC變換器中多采用全橋移相控制軟開關PWM變換器，它是直流電源實現高頻化的理想拓撲之一，在中、大功率變換器應用場合。用軟開關技術實現的DC/DC變換器其效率可達90%以上。移相控制零電壓開關PWM變換器（ZVS-PWM Converter）利用變壓器的漏感或原邊串聯電感和功率管的寄生電容或外接電容來實現零電壓開關。每個橋臂的兩個功率管成180°互補導通，兩個橋臂的導通角各相差一個相位，即移相角，通過調節移相角的大小來調節輸出電壓。

主要波形

一個開關周期中，移相控制ZVS PWM DC/DC全橋變換器有12種開關模態。

4、Saber軟件介紹

電力電子系統的計算機仿真已經成為其產品設計研發過程中一個很重要的環節，Matlab和Saber是目前使用最多的電力電子仿真軟件。與Matlab相比Saber由其較為突出的優點軟件相比其仿真速度快、收斂性好、仿真結果的準確性高。本文使用Saber仿真軟件對移相全橋DC/DC變換器與零電壓變換器進行了分析和驗證。在此就不對Saber軟件進行詳細介紹了。

第9篇：變壓器基本工作原理范文

關鍵詞：高壓直流輸電；特點；發展前景

中圖分類號：F407 文獻標識碼： A

前言

二十一世紀的今天，隨著用電量的不斷增加，在輸電線路形式上不斷改革，提升輸送電力的容量和電壓時滿足人們日益增長用電需求的重要手段。然而如何在直流電的輸送過程中對直流輸電系統做好防護措施，是目前電力工作者所不得不面對的一個難題。

一、建設高壓直流輸電線路的意義

隨著經濟的迅猛發展，世界各國的用電量日益增長。其中所有發達國家的發電量都能滿足其負荷的需求，他們能做到大功率、高電壓、長距離的輸送電能。而在我國供電能力卻遠遠跟不上負荷的需求，電力行業的落后直接影響了我國經濟的快速發展。我國的國情決定了在未來很長的一段時期里還需長期進行基礎建設和基礎工業的建設，這需要強大的電力能源來做為快速發展經濟建設的堅實后盾。在電力輸送技術中，高壓直流輸電具有輸送距離長、容量大、控制靈活、調度方便的優點。電力能源與負荷之間的超遠距離和超大負載正需要這種輸電方式。在輸電過程中，通過換流器把交流變為直流，再通過高壓線輸送到下一個換流站轉換成交流電，最后并入電網。高壓直流輸電與交流輸電相比具有輸送方式靈活、損耗低、輸電走廊占用少、可控性高等點。除此之外，高壓直流輸電方式還對電網的安全、可靠、穩定運行提供了有力保障。正是基于高壓直流輸電的種種優點，使得世界各國對此不斷的研究、應用與發展。

二、換流站換流裝置

直流輸電過程中的換流站由基本換流單元組成，換流單元在換流站內進行換流的換流裝置，主要由換流變壓器、換流器、相應的交流濾波器和直流濾波器以及控制保護裝置等組成。目前我國換流站所采用的基本換流單元有6脈動換流單元和12脈動換流單元兩種。它們的工作原理大同小異，主要區別在于所采用的換流器不同，前者采用6脈動換流器（三相橋式換流回路），而后者則采用1脈動換流器（由兩個交流側電壓相位相差30°的6脈動換流器所組成）。目前我國絕大多數換流站選用12脈動換流器作為基本換流裝置。

1、技術點

電壓源換流器直流輸電除了有傳統直流輸電的優點以外，還有以下共同技術點：

1.1減少了換流站的設備、簡化換流站的結構。

1.2控制方式靈活，使輸電工程具有良好的運行性能，不增加系統的短路功率；可向無源網絡電，方便連接分布電源等。

1.3不需要依靠交流系統的能力來維持電壓和頻率穩定。

1.4當潮流反轉時，直流電流方向反轉而直流電壓極性不變，與傳統HVDC恰好相反。

1.5不僅不需要交流側提供無功功率而且能夠起到STATCOM的作用，即動態補償交流母線的無功功率，穩定交流母線電壓。

1.6受端系統可以是無源網絡，克服了傳統HVDC受端必須是有源網絡的根本缺陷，可用于遠距離孤立負荷供電。

1.7正常運行時，在控制其與交流系統間交換有功功率的同時，還可以對無功功率進行控制，較傳統HVDC的控制更加靈活。

1.8控制系統可以根據交流系統的需要實現自動調節，兩側換流器不需要通信聯絡，從而減少了通信的投資及其運行維護費用。

1.9交流側電流可以控制，因此不會增加系統的短路容量。

1.10電網故障后恢復控制能力良好。

三、換流器的基本工作原理

1、6脈動整流裝置工作原理

目前，我國換流站廣泛采用的晶閘管換流閥具有單相導電性。換流閥只能在陽極對陰極為正電壓時，才能單方向導通，不可能有反向電流，所以直流電流不可能有負值。6脈動整流裝置原理圖如圖1所示。

整流端換流站交流系統ABC三相交流電通過換流變壓器在二次側感應出abc三相交流電，二者相位相差30°。abc三相交流電通過環流閥整流形成6脈動電壓Ud。整流后Ud波形分析過程如圖2所示。從波形圖中可以很直觀的看出相電壓Ua、Ub、Uc線電壓Uab、Ubc、Uca和整流輸出電壓Ud的波形以及它們之間的相位關系。線電壓超前對應相電壓30°，線電壓通過整流橋形成圖中所示Ud波形。Ud波形為6脈動波形，它們是由Uab、Uac、Ubc、Uba、Uca、Ucb按順序組合而成。我們可以看出此時Ud波形和我們理想的直流電波形很有一定差別，但通過平波電抗器和直流濾波器等濾波裝置之后就可以形成較為理想的直流波形。

2、6脈動逆變裝置工作原理。

逆變過程是將直流電轉換為交流電的過程。直流輸電所用的逆變裝置，目前大部分均為有源逆變裝置，它要求逆變裝置所接的交流系統提供換相電壓和電流，及受端換流站交流系統必需要有交流電源。換流器作為逆變站運行時，逆變器的6個閥按同整流過程一樣的順序，借助于換流變壓器閥側繞組的兩相短路電流進行換相。6個閥有規律性通斷，在一個工頻周期內，分別在共陽極組和共陰極組的三個閥中，將流入逆變器的直流電流，交替的分成三段，分別送入換流變壓器的三相繞組，完成將直流電轉變為交流電的過程。

3、12脈動換流裝置工作原理。

12脈動換流裝置工作原理相同，是由兩個6脈動換流裝置在直流側串聯而成，其交流側通過換流變壓器的網側繞組而并聯。換流變壓器的閥側繞組一個為星形連接，而另一個為三角形連接，從而使得兩個6脈動換流器的交流側，得到兩個相位相差30°的換向電壓。其整流和逆變原理和6脈動分析方法一樣。

相對于6脈動換流器，12脈動換流器的優點是其直流電壓波形質量好，所含的諧波成分少。其直流電壓為兩個換相電壓相差30°的6脈動換流裝置的直電壓之和，在每個工頻周期內有12個脈動數，波形更為平滑。

四、直流輸電技術的應用

直流輸電的應用范圍取決于我國目前直流輸電技術的發展水平和我國能源需求分布。目前我國實際采用的輸電方式有交流輸電和直流輸電兩種。目前我國直流輸電的發展水平，直流輸電還僅只是交流輸電的補充。隨著直流輸電技術的發展，直流輸電的應用范圍將會變大。目前，直流輸電技術的應用場合可分為以下兩大類型。

1、采用交流輸電在技術上有困難或者是不可能，而且只能采用直流輸電的場合，如不同頻率電網之間的聯網或向不同頻率的電網之間送電；因穩定性問題采用交流輸電難以實現要求；長距離電纜送電，采用交流電纜因為電容電流太大而無法實現等。

2、在技術上采用兩種輸電發送等能實現，但采用直流輸電技術比交流輸電的技術經濟性能好。對于這種情況就需要對輸電的方案進行比較和論證，最后根據比較的結果選擇技術經濟性能優越的輸電方案。目前我國直流輸電的應用主要在遠距離的大容量輸電、大型電力系統聯網、直流電纜送電、交流輸電線路的增容改造為輕型直流輸電等。

結束語

綜上所述，高壓直流輸電對有功功率進行快速、靈活控制的同時還能夠動態補償母線的無功功率，提高系統穩定性。電壓源換流器直流輸電必將在可再生能源并網、分布式發電并網、智能電網、孤島供電、城市電網供電、交流電網互聯等應用領域得到更快的發展，成為未來輸電技術重要的技術發展方向。

參考文獻：

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