變壓器(Transformer)是利用電磁感應(yīng)的原理來(lái)改變交流電壓的裝置,主要構(gòu)件是初級(jí)線(xiàn)圈、次級(jí)線(xiàn)圈和鐵芯(磁芯)。主要功能有:電壓變換、電流變換、阻抗變換、隔離、穩(wěn)壓(磁飽和變壓器)等。按用途可以分為:電力變壓器和特殊變壓器(電爐變、整流變、工頻試驗(yàn)變壓器、調(diào)壓器、礦用變、音頻變壓器、中頻變壓器、高頻變壓器、沖擊變壓器、儀用變壓器、電子變壓器、電抗器、互感器等)。電路符號(hào)常用T當(dāng)作編號(hào)的開(kāi)頭.例: T01, T201等。
法拉第在1831年8月29日發(fā)明了一個(gè)“電感環(huán)”,稱(chēng)為“法拉第感應(yīng)線(xiàn)圈”,實(shí)際上是世界上只變壓器雛形。但法拉第只是用它來(lái)示范電磁感應(yīng)原理,并沒(méi)有考慮過(guò)它可以有實(shí)際的用途。
變壓器由鐵芯(或磁芯)和線(xiàn)圈組成,線(xiàn)圈有兩個(gè)或兩個(gè)以上的繞組,其中接電源的繞組叫初級(jí)線(xiàn)圈,其余的繞組叫次級(jí)線(xiàn)圈。它可以變換交流電壓、電流和阻抗。簡(jiǎn)單的鐵心變壓器由一個(gè)軟磁材料做成的鐵心及套在鐵心上的兩個(gè)匝數(shù)不等的線(xiàn)圈構(gòu)成,
鐵心的作用是加強(qiáng)兩個(gè)線(xiàn)圈間的磁耦合。為了減少鐵內(nèi)渦流和磁滯損耗,鐵心由涂漆的硅鋼片疊壓而成;兩個(gè)線(xiàn)圈之間沒(méi)有電的聯(lián)系,線(xiàn)圈由絕緣銅線(xiàn)(或鋁線(xiàn))繞成。一個(gè)線(xiàn)圈接交流電源稱(chēng)為初級(jí)線(xiàn)圈(或原線(xiàn)圈),另一個(gè)線(xiàn)圈接用電器稱(chēng)為次級(jí)線(xiàn)圈(或副線(xiàn)圈)。實(shí)際的變壓器是很復(fù)雜的,不可避免地存在銅損(線(xiàn)圈電阻發(fā)熱)、鐵損(鐵心發(fā)熱)和漏磁(經(jīng)空氣閉合的磁感應(yīng)線(xiàn))等,為了簡(jiǎn)化討論這里只介紹理想變壓器。理想變壓器成立的條件是:忽略漏磁通,忽略原、副線(xiàn)圈的電阻,忽略鐵心的損耗,忽略空載電流(副線(xiàn)圈開(kāi)路原線(xiàn)圈線(xiàn)圈中的電流)。例如電力變壓器在滿(mǎn)載運(yùn)行時(shí)(副線(xiàn)圈輸出額定功率)即接近理想變壓器情況。
變壓器是利用電磁感應(yīng)原理制成的靜止用電器。當(dāng)變壓器的原線(xiàn)圈接在交流電源上時(shí),鐵心中便產(chǎn)生交變磁通,交變磁通用φ表示。原、副線(xiàn)圈中的φ是相同的,φ也是簡(jiǎn)諧函數(shù),表為φ=φmsinωt。由法拉第電磁感應(yīng)定律可知,原、副線(xiàn)圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為e1=-N1dφ/dt、e2=-N2dφ/dt。式中N1、N2為原、副線(xiàn)圈的匝數(shù)。由圖可知U1=-e1,U2=e2(原線(xiàn)圈物理量用下角標(biāo)1表示,副線(xiàn)圈物理量用下角標(biāo)2表示),其復(fù)有效值為U1=-E1=jN1ωΦ、U2=E2=-jN2ωΦ,令k=N1/N2,稱(chēng)變壓器的變比。由上式可得U1/ U2=-N1/N2=-k,即變壓器原、副線(xiàn)圈電壓有效值之比,等于其匝數(shù)比而且原、副線(xiàn)圈電壓的位相差為π。
國(guó)家電網(wǎng)公司明確提出,要從2010年起開(kāi)始推廣實(shí)施設(shè)備狀態(tài)檢修,提升設(shè)備智能化水平,推廣應(yīng)用智能設(shè)備和技術(shù),實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)在線(xiàn)預(yù)警和設(shè)備智能化監(jiān)控。
以變電站一次設(shè)備主要在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為例,就有:電容性設(shè)備的電容量、介損在線(xiàn)監(jiān)測(cè);金屬氧化物避雷器的全電流、阻性電流在線(xiàn)監(jiān)測(cè);變壓器本體絕緣油色譜在線(xiàn)監(jiān)測(cè)、光纖測(cè)溫在線(xiàn)監(jiān)測(cè)、本體超高頻局放在線(xiàn)監(jiān)測(cè)、套管局放、介損在線(xiàn)監(jiān)測(cè)、有載開(kāi)關(guān)動(dòng)態(tài)特性在線(xiàn)監(jiān)測(cè);GIS超高頻局放在線(xiàn)監(jiān)測(cè)、微水在線(xiàn)監(jiān)測(cè);開(kāi)關(guān)機(jī)械特性監(jiān)測(cè)及開(kāi)關(guān)柜光纖溫度在線(xiàn)監(jiān)測(cè)、SF6氣體密度在線(xiàn)監(jiān)測(cè)等。
在線(xiàn)監(jiān)測(cè)產(chǎn)品的市場(chǎng)主要集中在智能電網(wǎng)的變電環(huán)節(jié)。國(guó)家電網(wǎng)公司在智能電網(wǎng)規(guī)劃報(bào)告中也已將變電站狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)作為智能變電站的重要內(nèi)容。智能變電站通過(guò)狀態(tài)監(jiān)測(cè)單元實(shí)現(xiàn)變壓器油色譜、組合電器局部放電、避雷器全電流等主要設(shè)備、重要參數(shù)的在線(xiàn)監(jiān)測(cè),為電網(wǎng)設(shè)備管理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。實(shí)時(shí)狀態(tài)信息通過(guò)專(zhuān)家系統(tǒng)分析處理后可做出初步?jīng)Q策,實(shí)現(xiàn)站內(nèi)智能設(shè)備自診斷功能。