電源變壓器是如何工作的

輸電線路中的功率損耗

在電力系統(tǒng)中使用電力變壓器的原因有很多。但是使用電力變壓器最重要和最簡單的原因之一是減少電力傳輸過程中的電力損耗。

現(xiàn)在讓我們看看使用電源變壓器如何顯著減少功率損失：

首先，功率損耗方程 P = I*I*R。

這里 I = 通過導(dǎo)體的電流，R = 導(dǎo)體的電阻。

因此，功率損耗與流過導(dǎo)體或傳輸線的電流的平方成正比。因此，通過導(dǎo)體的電流幅度越小，功率損耗就越小。

我們將如何利用這一理論解釋如下：

假設(shè)初始電壓 = 100V，負(fù)載消耗 = 5A，輸出功率 = 500 瓦。然后這里的傳輸線必須從源到負(fù)載承載 5A 的電流。但是如果我們在初始階段將電壓提升到 1000V，那么傳輸線只需承載 0.5A 即可提供相同的 500Watt 功率。

因此，我們將使用電力變壓器在傳輸線的起點(diǎn)升壓，并使用另一個(gè)電力變壓器在傳輸線的末端降壓。

通過這種設(shè)置，通過 100+Kilometer 傳輸線的電流幅度大大降低，從而減少了傳輸過程中的功率損耗。

電力變壓器和配電變壓器的區(qū)別

電源變壓器通常在滿負(fù)載下運(yùn)行，因?yàn)樗辉O(shè)計(jì)為在 100% 負(fù)載下具有高效率。另一方面，當(dāng)負(fù)載保持在 50% 和 70% 之間時(shí)，配電變壓器具有很高的效率。因此，配電變壓器不適合在 100% 負(fù)載下連續(xù)運(yùn)行。

由于電力變壓器在升壓和降壓過程中會(huì)產(chǎn)生高電壓，因此與配電變壓器和互感器相比，繞組具有較高的絕緣性。

因?yàn)樗鼈兪褂酶呒?jí)絕緣材料，所以它們的體積很大，也很重。

由于電力變壓器通常不直接連接到家庭，因此它們的負(fù)載波動(dòng)較小，而配電變壓器的負(fù)載波動(dòng)較大。

這些設(shè)備每天 24 小時(shí)都滿載，因此銅和鐵的損耗全天都在發(fā)生，而且它們在整個(gè)過程中幾乎保持不變。

電力變壓器中的磁通密度高于配電變壓器。

電力變壓器工作原理

電力變壓器的工作原理是“法拉第電磁感應(yīng)定律”。它是電磁學(xué)的基本定律，它解釋了電感器、電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)和電力變壓器的工作原理。

該定律規(guī)定“當(dāng)閉合回路或短路的導(dǎo)體靠近變化的磁場時(shí)，就會(huì)在該閉合回路中產(chǎn)生電流”。

為了更好地理解法律，讓我們更詳細(xì)地討論它。首先，讓我們考慮下面的一個(gè)場景。

考慮一個(gè)永磁體和一個(gè)導(dǎo)體首先彼此靠近。

然后使用如圖所示的導(dǎo)線將導(dǎo)體的兩端短路。

在這種情況下，導(dǎo)體或回路中不會(huì)有電流流動(dòng)，因?yàn)榍懈罨芈返拇艌鍪庆o止的，并且如法律所述，只有變化或變化的磁場才能在回路中產(chǎn)生電流。

因此，在靜止磁場的第一種情況下，導(dǎo)體回路中的流量為零。

現(xiàn)在考慮如果磁鐵像鐘擺一樣來回移動(dòng)，那么切割環(huán)路的磁場會(huì)不斷變化。由于在這種情況下存在變化的磁場，法拉第定律將發(fā)揮作用，因此我們可以看到導(dǎo)體回路中的電流流動(dòng)。

如圖所示，在磁鐵來回移動(dòng)后，我們可以看到電流“I”流過導(dǎo)體和閉環(huán)。

現(xiàn)在讓我們卸下永久電池，用其他不同的磁場源替換它，如下所示。

現(xiàn)在使用交流電壓源和導(dǎo)體來產(chǎn)生變化的磁場。

在導(dǎo)體回路接近磁場范圍后，我們可以看到在導(dǎo)體上產(chǎn)生的 EMF。由于這種感應(yīng)電動(dòng)勢，我們將有一個(gè)電流“I”。

感應(yīng)電壓的大小與第二個(gè)回路所經(jīng)歷的場強(qiáng)成正比，因此磁場強(qiáng)度越高，閉環(huán)中的電流就越大。

盡管可以使用單個(gè)導(dǎo)體設(shè)置來理解法拉第定律。但為了獲得更好的實(shí)際性能，最好在兩側(cè)使用線圈。

在這里，交流電流流過初級(jí)線圈 1，初級(jí)線圈 1 會(huì)在導(dǎo)體線圈周圍產(chǎn)生變化的磁場。當(dāng)線圈 2 進(jìn)入線圈 1 產(chǎn)生的磁場范圍內(nèi)時(shí)，由于法拉第電磁感應(yīng)定律，線圈2 上會(huì)產(chǎn)生 EMF 電壓。由于線圈 2 中的電壓，電流“I”流過次級(jí)閉合電路。

現(xiàn)在您必須記住，兩個(gè)線圈都懸浮在空氣中，因此磁場使用的傳導(dǎo)介質(zhì)是空氣。并且空氣在磁場傳導(dǎo)的情況下比金屬具有更高的電阻，所以如果我們使用金屬或鐵氧體磁芯作為電磁場的介質(zhì)，那么我們可以更徹底地體驗(yàn)電磁感應(yīng)。

所以現(xiàn)在讓我們把空氣介質(zhì)換成鐵介質(zhì)來進(jìn)一步了解。

如圖所示，我們可以使用鐵芯或鐵氧體磁芯來減少從一個(gè)線圈到另一個(gè)線圈的電力傳輸過程中的磁通量損失。在此期間泄漏到大氣中的磁通量將大大少于我們使用空氣介質(zhì)作為磁芯是磁場非常好的導(dǎo)體的時(shí)間。

一旦線圈 1 產(chǎn)生磁場，它將流過鐵芯到達(dá)線圈 2，并且由于法拉第定律，線圈 2 會(huì)產(chǎn)生一個(gè) EMF，該 EMF 將由連接在線圈 2 上的檢流計(jì)讀取。

現(xiàn)在，如果您仔細(xì)觀察，您會(huì)發(fā)現(xiàn)這種設(shè)置類似于單相變壓器。是的，今天的每臺(tái)變壓器都按照相同的原理工作。

現(xiàn)在讓我們看看三相變壓器的簡化結(jié)構(gòu)。

三相變壓器

變壓器的骨架是由用于承載磁通量的疊層金屬片疊合而成的。在圖中，您可以看到骨架被涂成灰色。骨架具有三根柱，三相繞組纏繞在其上。

低壓繞組首先繞制并繞得更靠近鐵芯，而高壓繞組繞在低壓繞組的頂部。請記住，兩個(gè)繞組都由絕緣層隔開。

這里每一列代表一相，所以對于三列，我們有三相繞組。

骨架和繞組的整個(gè)設(shè)置浸入一個(gè)充滿工業(yè)油的密封罐中，以實(shí)現(xiàn)更好的導(dǎo)熱性和絕緣性。

繞制后，所有六個(gè)線圈的末端端子都通過高壓絕緣子從密封罐中引出。

端子固定在彼此相距相當(dāng)遠(yuǎn)的地方，以避免火花跳躍。

電力變壓器的特點(diǎn)

電力傳輸?shù)膽?yīng)用

電力變壓器主要用于發(fā)電和配電站。

它還用于隔離變壓器、接地變壓器、六脈沖和十二脈沖整流變壓器、太陽能光伏電站變壓器、風(fēng)電場變壓器和 Kornd?rfer 自耦變壓器啟動(dòng)器。

它用于減少電力傳輸過程中的功率損失。

用于高壓升壓和高壓降壓。

在長途消費(fèi)案件中是首選。

在負(fù)載以 24x7 全天候滿負(fù)荷運(yùn)行的情況下是首選。