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(yè)大學(xué) 電氣與信息工程學(xué)院，安徽 馬鞍山 243032）
摘 要：在電力電子技術(shù)課程中，隔離型Buck-Boost變換器（Flyback）屬于一類重要的基本電路結(jié)構(gòu)，但在教學(xué)實(shí)踐中，作者發(fā)現(xiàn)大多數(shù)學(xué)生的理解不夠系統(tǒng)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(shí)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(jìn)行仿真演示.該講解方法能顯著地提高學(xué)生的理解能力和學(xué)習(xí)興趣，容易增強(qiáng)教師和學(xué)生的互動性，取得了良好的教學(xué)效果.
關(guān)鍵詞 ：隔離型；Buck-Boost；反激變壓器
中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡單，輸入輸出電氣隔離，升/降壓范圍廣，多路輸出及負(fù)載自動均衡等優(yōu)點(diǎn)，而被廣泛應(yīng)用于電視機(jī)、DVD和充電器等小功率電器的電源中.然而在實(shí)際教學(xué)中，我們發(fā)現(xiàn)許多數(shù)學(xué)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(jié)構(gòu)的把控比較孤立，缺乏系統(tǒng)性.針對這一問題如何在較少的學(xué)時內(nèi)，高質(zhì)量地完成該節(jié)教學(xué)任務(wù)，引起作者在教學(xué)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(jié)構(gòu)的由來，再將理論教學(xué)與Matlab/Simulink可視化仿真軟件相結(jié)合，講清原理的同時用虛擬儀器實(shí)時演示的方法將理論分析直觀化，既增強(qiáng)了師生之間的互動性，又能加深學(xué)生對概念的理解能力，進(jìn)一步提高了理論教學(xué)過程的效率和課堂的生動性，大大改善了教學(xué)效果.
2 隔離型Buck-Boost變換器的結(jié)構(gòu)分析
教學(xué)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(jié)構(gòu).一般情況下，多數(shù)教材首先安排了非隔離型Buck-Boost變換器的教學(xué)內(nèi)容，由于常規(guī)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(jié)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(jié)構(gòu)具有哪些新的特點(diǎn)？然后再進(jìn)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(xué)生來講更容易接受.
2.1 隔離型Buck-Boost變換器的由來
常規(guī)的非隔離型Buck-Boost變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1（a）所示，通過開關(guān)的開通和關(guān)斷在電感的兩端產(chǎn)生脈沖電壓，這個脈沖電壓在不同的時間間隔，擔(dān)負(fù)著不同的功能.當(dāng)開關(guān)管開通時電感儲能，輸出電容向負(fù)載提供能量；當(dāng)開關(guān)關(guān)斷時，電感向負(fù)載端釋放能量，為電感磁復(fù)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(dú)立電感.接著引出如何能夠?qū)崿F(xiàn)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(gòu)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(yīng)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(jié)構(gòu)圖和磁路模型如圖2所示，原副邊繞組產(chǎn)生的磁動勢分別為：
由法拉第電磁感應(yīng)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(shí)際應(yīng)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(jié)合變壓器的等效電路模型進(jìn)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(xué)生易于接受，而且還可拓寬學(xué)生學(xué)習(xí)思路，取得很好的教學(xué)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(jìn)行講解.當(dāng)主開關(guān)管導(dǎo)通時，能量會儲存在磁芯中；當(dāng)其變?yōu)殛P(guān)斷狀態(tài)時，能量會轉(zhuǎn)移到輸出端，若能量沒有完全轉(zhuǎn)移，即在開關(guān)管再次導(dǎo)通時還有能量儲存在變壓器中（表現(xiàn)為磁通不為零），就稱變換器工作在連續(xù)模式（CCM）或不完全能量轉(zhuǎn)移模式.反之，如果在開關(guān)管再次導(dǎo)通時已經(jīng)沒有能量儲存在變壓器中（表現(xiàn)為磁通為零），就稱變換器工作在斷續(xù)模式（DCM）或完全能量轉(zhuǎn)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(xué)們熟知的電路理論推導(dǎo)輸出與輸入電壓的關(guān)系.當(dāng)主開關(guān)管S導(dǎo)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(dāng)開關(guān)管S關(guān)斷后，二次繞組兩端的電壓和流經(jīng)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(guān)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(jìn)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(shù)的設(shè)置及修改，閉環(huán)控制原理及閉環(huán)參數(shù)設(shè)計(jì)方法等，讓同學(xué)們有更為直觀的認(rèn)識.為將來的實(shí)驗(yàn)打下良好的基礎(chǔ).
4 互動環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)
為了發(fā)揮學(xué)生的主體作用，關(guān)于變換器的完全能量轉(zhuǎn)移模式，留給同學(xué)們獨(dú)立分析.以5至6位同學(xué)為一組將班級分成若干組別，要求每一組結(jié)合仿真軟件進(jìn)行參數(shù)設(shè)計(jì)和仿真實(shí)驗(yàn)，然后在教師的引導(dǎo)下進(jìn)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(diǎn)，再利用電力電子教材中常用的伏秒平衡原理推導(dǎo)輸入與輸出電壓之間的關(guān)系，以增強(qiáng)學(xué)生在課堂中的參與程度，調(diào)動其積極性.
5 結(jié)論
本文詳細(xì)地分析了隔離型Buck-Boost變換器的構(gòu)造方法及隔離變壓器的等效電路結(jié)構(gòu)，再進(jìn)一步講解變換器的工作原理，同時結(jié)合仿真軟件進(jìn)行實(shí)時演示，理論分析的同時又增強(qiáng)了同學(xué)們的直觀認(rèn)識程度，另外合理的安排同學(xué)們獨(dú)立分析和仿真的內(nèi)容，然后進(jìn)行討論和互動，使學(xué)生主動參與到教學(xué)過程中，讓教與學(xué)緊密相結(jié)合.多次講授結(jié)果表明這種講解方法自然流暢，且有利于開拓學(xué)生的學(xué)習(xí)和思維能力，能夠取得積極的課堂效果.
參考文獻(xiàn)：
〔1〕丁道宏.電力電子技術(shù)[M].北京:航空工業(yè)出版社，1999.
第2篇：變壓器基本工作原理范文
【關(guān)鍵詞】電機(jī)與變壓器；教學(xué)；教師；學(xué)習(xí)
“電機(jī)與變壓器”是維修電工等專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課。本課程由于牽涉到磁場的概念，使教學(xué)內(nèi)容抽象、概念多、公式推導(dǎo)繁瑣復(fù)雜，難于理解；直流電機(jī)、變壓器、交流電機(jī)各部分相對獨(dú)立，但又有內(nèi)部聯(lián)系；實(shí)踐性強(qiáng)，但又必須有理論支持，同時還必須具備數(shù)學(xué)、電工基礎(chǔ)、物理等多門學(xué)科的相關(guān)知識，導(dǎo)致學(xué)習(xí)這門課程存在著學(xué)生難學(xué)的情況。因此，必須從教學(xué)安排、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段、實(shí)驗(yàn)實(shí)踐、學(xué)習(xí)方法等方面進(jìn)行調(diào)整，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動性，增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐動手能力和創(chuàng)新能力，提高課程教學(xué)質(zhì)量。
一、教學(xué)安排
現(xiàn)在的實(shí)際應(yīng)用的大部分是交流電機(jī)，直流電機(jī)的應(yīng)用比重有所減小，所以在變壓器、交流電機(jī)的內(nèi)容上可適當(dāng)加大，直流電機(jī)所占的比例可適當(dāng)壓縮。從講課反饋上來看，按照先講直流電機(jī)，再講變壓器，最后是交流電機(jī)的教學(xué)安排可能更合理些。因?yàn)閷W(xué)生在初中物理及技校的“電工基礎(chǔ)”等課程中已初步地掌握了直流發(fā)電機(jī)和直流電動機(jī)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(chǔ)”的互感電路章節(jié)中有所涉及，它對“電機(jī)與變壓器”中的內(nèi)容有所鋪墊，同時變壓器與交流電機(jī)也有聯(lián)系，可以把它看成是一臺靜止不動的交流電動機(jī)。對比變壓器的一次測電壓表達(dá)式和交流電動機(jī)的定子電壓表達(dá)式，我們可以看到兩者的表達(dá)式非常相像，只不過交流電動機(jī)多了，項(xiàng)基波繞組系數(shù)。當(dāng)講到交流電動機(jī)繞組的磁勢和電勢時我們會發(fā)現(xiàn)：變壓器采用的是集中整距繞組，因此，交流電機(jī)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(jī)。當(dāng)然，在講課過程中也要注意兩者的區(qū)別。筆者發(fā)現(xiàn)按照上述的講課順序進(jìn)行教學(xué)，學(xué)生理解會更清晰些。
二、教學(xué)方法
優(yōu)化課堂結(jié)構(gòu)，培養(yǎng)自學(xué)能力。未來的文盲不再是不識字的人，而是沒有學(xué)會怎樣學(xué)習(xí)的人。在科學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)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(xué)習(xí)能力，不斷更新頭腦中的知識結(jié)構(gòu)，才能跟上時代的步伐。課堂教學(xué)是教師實(shí)施學(xué)法指導(dǎo)，學(xué)生形成學(xué)習(xí)能力的主陣地。在課堂教學(xué)中，應(yīng)保證學(xué)生有充足的時間參與學(xué)習(xí)活動，把自學(xué)引進(jìn)課堂。學(xué)法指導(dǎo)的課堂教學(xué)結(jié)構(gòu)，應(yīng)充分體現(xiàn)教師的主導(dǎo)作用、學(xué)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(jié)課的后三分之一時間。因此，講課就必須在開頭30分鐘內(nèi)解決該節(jié)課的重點(diǎn)問題。要做到這點(diǎn)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(diǎn)，優(yōu)化知識結(jié)構(gòu)。同時，在課堂教學(xué)中，應(yīng)多采用啟發(fā)和問題教學(xué)法，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的思維能力，引發(fā)學(xué)生多角度思考；要通過收斂思維訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生綜合分析和歸納概括的能力，幫助學(xué)生擁有自學(xué)的能力。
三、教學(xué)手段
教學(xué)中，如果僅靠板書的這種傳統(tǒng)方式來講解，不僅授課進(jìn)程緩慢，影響教學(xué)進(jìn)度，而且學(xué)生理解吃力，教學(xué)效果比較差。例如，三相旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生過程，該部分比較難理解，學(xué)生容易產(chǎn)生厭煩情緒。為此我們收集制作了一些PowerPoint圖片和Flas等教學(xué)課件來演示三相旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生過程，電機(jī)實(shí)物進(jìn)行現(xiàn)場演示。在一臺去除了轉(zhuǎn)子的交流電動機(jī)定子內(nèi)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(zhuǎn)動。將三相交流電源中的任意兩相電源線對調(diào)后，發(fā)現(xiàn)小磁針轉(zhuǎn)動方向會改變。這樣，學(xué)生就直觀地看到了交流電機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場的正反轉(zhuǎn)，便于理解交流電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)。由此我們就可以提出問題：為什么小磁針能夠轉(zhuǎn)動？采用這種方式在多媒體教學(xué)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(xiàn)代教學(xué)手段，能夠鍛煉學(xué)生獨(dú)立思考能力和獨(dú)立解決問題的能力。采用多媒體等教學(xué)手段，結(jié)合理論知識進(jìn)行分析和講解，教師可將復(fù)雜、枯燥的內(nèi)容變得直觀、容易理解，給學(xué)生留下深刻的印象，學(xué)習(xí)過程也變得輕松愉快，教學(xué)效果很好。
四、實(shí)驗(yàn)實(shí)踐
《電機(jī)與變壓器》是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科。學(xué)生學(xué)完這門課后，應(yīng)掌握電機(jī)變壓器方面的一些理論知識，具備一定的設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)和檢修能力，因此，接觸實(shí)物做實(shí)驗(yàn)這一環(huán)節(jié)必不可少。特別是針對當(dāng)前國家注重實(shí)踐教學(xué)，加強(qiáng)動手能力培養(yǎng)，強(qiáng)化技能訓(xùn)練的要求，電機(jī)實(shí)驗(yàn)起到理論教學(xué)與生產(chǎn)實(shí)際之橋梁作用，能更好地配合課堂教學(xué)，使學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)以及對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析，進(jìn)一步加深對課堂知識的理解，既培養(yǎng)學(xué)生掌握基本的實(shí)驗(yàn)方法和操作技能，又培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題和實(shí)際動手的能力，達(dá)到學(xué)以致用、增強(qiáng)教學(xué)效果。目前，有些學(xué)校由于受條件限制，專業(yè)理論課類的教具不全，如交、直流電機(jī)模型，變壓器模型，沒有獨(dú)立的電機(jī)實(shí)驗(yàn)室。教師可在有限的條件下實(shí)物拆解或做一些演示實(shí)驗(yàn)，對于不能做的，教師要進(jìn)行過程講解，讓學(xué)生了解實(shí)驗(yàn)過程。按照教學(xué)計(jì)劃，學(xué)生要進(jìn)入工廠，車間的頂崗實(shí)習(xí)的學(xué)習(xí)階段。實(shí)際體驗(yàn)各種電機(jī)和變壓器的接線和工作過程，了解掌握各種電氣設(shè)備的功能和使用。讓工人師傅現(xiàn)場帶領(lǐng)我們的學(xué)生掌握不同類型電氣設(shè)備的操作，讓學(xué)生對各種生產(chǎn)機(jī)械的主要結(jié)構(gòu)及操作情況有親身體驗(yàn)，通過工廠、車間的實(shí)習(xí)提高學(xué)生的實(shí)踐能力，更快融入社會，工廠車間，做到學(xué)、用統(tǒng)一，為將來的就業(yè)打下良好基礎(chǔ)。
五、學(xué)習(xí)方法
引導(dǎo)學(xué)生如何學(xué)習(xí)專業(yè)課目前，技校學(xué)生的學(xué)習(xí)現(xiàn)狀不容樂觀。大部分學(xué)生對學(xué)習(xí)缺乏主動、缺少自信心，學(xué)習(xí)缺乏獨(dú)立性、自覺性，沒有一套行之有效的學(xué)習(xí)方法。第一次接觸此類專業(yè)課，許多學(xué)生都還停留在“不就是花點(diǎn)時間讀讀背背有關(guān)電機(jī)與變壓器方面的問答題、填空題和計(jì)算公式嗎？”因此，教師必須幫助學(xué)生形成專業(yè)課的學(xué)習(xí)觀念和方法?？梢詮囊韵滤膫€方面引導(dǎo)：首先，將專業(yè)課的學(xué)習(xí)與電路基礎(chǔ)理論銜接，指導(dǎo)學(xué)生有針對性地預(yù)習(xí)。如教學(xué)變壓器知識之前要求學(xué)生預(yù)習(xí)并鞏固電磁感應(yīng)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(xué)生形成強(qiáng)烈興趣。如講授電機(jī)知識之前，可以要求學(xué)生說出生活和生產(chǎn)領(lǐng)域中電機(jī)作為動力的設(shè)備，如電風(fēng)扇、冰箱、空調(diào)、抽油煙機(jī)、洗衣機(jī)等，或組織學(xué)生參觀電機(jī)生產(chǎn)車間和電機(jī)修理廠，搜集電機(jī)應(yīng)用方面的資料（如三峽機(jī)組的資料）介紹給學(xué)生，增加求知欲。再次，指導(dǎo)學(xué)生了解課程教學(xué)目的，教師結(jié)合教學(xué)大綱和自己對課程的把握情況，闡明《電機(jī)與變壓器》的課程特點(diǎn)。如要求掌握變壓器、異步電動機(jī)、直流電動機(jī)的結(jié)構(gòu)、原理、主要特性、使用維護(hù)知識等。最后，培養(yǎng)良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣，如緊扣預(yù)習(xí)、聽課、復(fù)習(xí)、作業(yè)、小結(jié)五個環(huán)節(jié)進(jìn)行學(xué)習(xí)。
只有培養(yǎng)良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣，掌握科學(xué)的學(xué)習(xí)方法才能學(xué)得輕松。注重從結(jié)構(gòu)到工作原理的知識聯(lián)系電機(jī)和變壓器這些電氣設(shè)備在實(shí)際生產(chǎn)中看得見、摸得著，課程在內(nèi)容安排上也是從結(jié)構(gòu)到工作原理，教學(xué)時模型和實(shí)物不可少，如觀察干式變壓器，學(xué)生可以初步了解變壓器的一、二次繞組，內(nèi)外層繞組，熟悉芯式、殼式結(jié)構(gòu)，為原理和應(yīng)用的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)；對電力變壓器進(jìn)行現(xiàn)場教學(xué)就能快速幫助學(xué)生掌握它的主要結(jié)構(gòu)、附屬結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)。在學(xué)校現(xiàn)有的條件下，進(jìn)行電機(jī)實(shí)物拆解，讓學(xué)生對結(jié)構(gòu)，各部件位置有直觀認(rèn)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(chǔ)。如學(xué)習(xí)異步電動機(jī)工作原理時，由于有了電機(jī)的空間概念，講解時只需注意三點(diǎn)即可：（1）三相定子繞組通上三相交流電產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。（2）轉(zhuǎn)子導(dǎo)體在磁場中切割磁力線產(chǎn)生感生電勢、感生電流。（3）通電的轉(zhuǎn)子導(dǎo)體在磁場中受力旋轉(zhuǎn)。上新課時，應(yīng)按照從結(jié)構(gòu)到工作原理的順序進(jìn)行講解，使學(xué)生知道什么樣的結(jié)構(gòu)決定了什么樣的特性，讓學(xué)生了解這些知識點(diǎn)之間的聯(lián)系。加強(qiáng)理解性記憶很多學(xué)生在學(xué)完變壓器內(nèi)容，復(fù)習(xí)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(guān)系不大。
事實(shí)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(yè)課遠(yuǎn)比基礎(chǔ)課知識點(diǎn)多、概念深奧。因此，教師需要指導(dǎo)學(xué)生如何理解和記憶，以電焊變壓器的外特性為例，其實(shí)，只要理解了外特性圖，它的特點(diǎn)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(diào)。再如，變壓器效率推導(dǎo)公式很復(fù)雜，其實(shí)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(jì)算問題。進(jìn)行理解性記憶，不僅不易忘，考試復(fù)習(xí)時也無須多花時間，《電機(jī)與變壓器》中類似內(nèi)容很多，如他勵直流電機(jī)外特性、交流電機(jī)外特性、電機(jī)啟動、調(diào)速方法及特點(diǎn)等都需要教師指導(dǎo)學(xué)生在理解的基礎(chǔ)上掌握。熟記專業(yè)術(shù)語學(xué)生試卷中常有這樣的情形出現(xiàn)：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(yùn)轉(zhuǎn)”寫成“空在運(yùn)轉(zhuǎn)”，“變頻調(diào)速”寫成“變平調(diào)速”）。一些學(xué)生認(rèn)為既然是理科，就不需記術(shù)語。其實(shí)，熟知術(shù)語能起到事半功倍的效果。為此，我常要求學(xué)生對一些術(shù)語要熟記，如電壓調(diào)整率、機(jī)械特性、轉(zhuǎn)差率、同步轉(zhuǎn)速等概念。
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第3篇：變壓器基本工作原理范文
【關(guān)鍵詞】淺議；變壓器；瓦斯保護(hù)；故障
0.引言
變壓器是變電站主要的電氣設(shè)備，對系統(tǒng)的安全和供電可靠性帶來嚴(yán)重影響，瓦斯保護(hù)是變壓器的主保護(hù)，能有效地反應(yīng)變壓器的內(nèi)部故障，因此，運(yùn)行人員要熟練掌握瓦斯保護(hù)的基本工作原理、保護(hù)范圍、日常巡視檢查項(xiàng)目、運(yùn)行狀態(tài)及瓦斯保護(hù)裝置動作的原因和事故分析等，當(dāng)故障發(fā)生時能準(zhǔn)確作出判斷。
1.工作原理
瓦斯保護(hù)是變壓器內(nèi)部故障的主要保護(hù)元件，能有效地反映變壓器的內(nèi)部故障，對變壓器匝間和層間短路、鐵芯故障、套管內(nèi)部故障、繞組內(nèi)部斷線及絕緣劣化和油面下降等故障均能靈敏動作。當(dāng)油浸式變壓器的內(nèi)部發(fā)生故障時，由于電弧將使絕緣材料分解并產(chǎn)生大量的氣體，其強(qiáng)烈程度隨故障的嚴(yán)重程度不同而不同。瓦斯保護(hù)就是利用反應(yīng)氣體狀態(tài)的瓦斯繼電器（又稱氣體繼電器）來保護(hù)變壓器內(nèi)部故障的。
2.保護(hù)范圍
瓦斯保護(hù)是變壓器的主保護(hù)，它可以反映油箱內(nèi)的一切故障。包括：油箱內(nèi)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(guān)接觸不良或?qū)Ь€焊接不良等。瓦斯保護(hù)動作迅速、靈敏可靠而且結(jié)構(gòu)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(hù)變壓器內(nèi)部故障的唯一保護(hù)裝置。另外，瓦斯保護(hù)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(yīng)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(guān)嚴(yán)。如碟閥關(guān)不嚴(yán)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(yīng)檢查有無檢驗(yàn)合格證明，口徑、流速是否正確，內(nèi)外部件有無損壞，內(nèi)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(diǎn)的動作是否可靠，并關(guān)好放氣閥門。
（3）氣體繼電器應(yīng)水平安裝，頂蓋上標(biāo)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(yīng)注意充油放氣的方法，盡量減少和避免氣體進(jìn)入油枕。
（5）進(jìn)行保護(hù)接線時，應(yīng)防止接錯和短路，避免帶電動作，同時要防止使導(dǎo)電桿轉(zhuǎn)動和小瓷頭漏油。
4.日常巡視檢查項(xiàng)目
日常巡視檢查應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：
（1）氣體繼電器連接管上的閥門應(yīng)在打開位置。
（2）變壓器的呼吸器應(yīng)在正常工作狀態(tài)。
（3）瓦斯保護(hù)連接片投入應(yīng)正確。
（4）油枕的油位應(yīng)在合適位置，繼電器內(nèi)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(yīng)滲油，且應(yīng)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(jìn)行防水、防油和防凍檢查。
5.運(yùn)行狀態(tài)
關(guān)于瓦斯繼電器的運(yùn)行狀態(tài)，規(guī)程中對其有如下規(guī)定：
（1）變壓器運(yùn)行時瓦斯保護(hù)應(yīng)接于信號和跳閘，有載分接開關(guān)的瓦斯保護(hù)接于跳閘。
（2）變壓器在運(yùn)行中進(jìn)行如下工作時應(yīng)將重瓦斯保護(hù)改接信號：
1）用一臺斷路器控制兩臺變壓器時，當(dāng)其中一臺轉(zhuǎn)入備用，則應(yīng)將備用變壓器重瓦斯改接信號。
2）濾油、補(bǔ)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(hù)及其二次回路上進(jìn)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(jìn)油閥門時。
5）當(dāng)油位計(jì)的油面異常升高或吸吸系統(tǒng)有異?，F(xiàn)象，需要打開放氣或放油閥門時。
（3）在地震預(yù)報(bào)期間，應(yīng)根據(jù)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(hù)的運(yùn)行方式。地震引起重瓦斯保護(hù)動作停運(yùn)的變壓器，在投運(yùn)前應(yīng)對變壓器及瓦斯保護(hù)進(jìn)行檢查試驗(yàn)，確認(rèn)無異常后，方可投入。
6.瓦斯保護(hù)信號動作的主要原因
6.1輕瓦斯動作的原因
（1）因?yàn)V油、加油或冷卻系統(tǒng)不嚴(yán)密以至空氣進(jìn)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(chǎn)生少量氣體。
（4）變壓器發(fā)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(dāng)油隙內(nèi)和繞組外側(cè)產(chǎn)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(fā)熱，當(dāng)故障電流倍數(shù)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(hù)信號動作。
6.2 重瓦斯動作的原因
（1）變壓器內(nèi)部故障。
（2）二次回路問題誤動作。
（3）某些情況下，由于油枕內(nèi)的膠囊（隔膜）安裝不良，造成呼吸器堵塞，油溫發(fā)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(fā)生穿越性短路故障。
（5）變壓器附近有較強(qiáng)的震動。
7.瓦斯保護(hù)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(fù)供電及系統(tǒng)之間的并列。
（2）瓦斯保護(hù)信號動作時，立即對變壓器進(jìn)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(nèi)部故障造成的。如氣體繼電器內(nèi)有氣體，則應(yīng)記錄氣體量，觀察氣體的顏色及試驗(yàn)是否可燃，并取氣樣及油樣做色譜分析，可根據(jù)有關(guān)規(guī)程和導(dǎo)則判斷變壓器的故障性質(zhì)。
1）若氣體繼電器內(nèi)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(xù)運(yùn)行，并及時消除進(jìn)氣缺陷。
2）若氣體繼電器內(nèi)的氣體可燃且油中溶解氣體色譜分析結(jié)果異常，則應(yīng)綜合判斷確定變壓器是否停運(yùn)。
（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(yùn)行。要從以下幾方面進(jìn)行綜合判斷：
1）是否呼吸不暢或排氣未盡。
2）保護(hù)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(zhì)的異?，F(xiàn)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(jié)果。
6）必要的電氣試驗(yàn)結(jié)果。
7）變壓器其它繼電保護(hù)裝置的動作情況。
8.瓦斯保護(hù)的反事故措施
瓦斯保護(hù)動作，輕者發(fā)出保護(hù)動作信號，重者跳開變壓器開關(guān)，不能保證供電的可靠性，對此提出了瓦斯保護(hù)的反事故措施：
（1）將瓦斯繼電器的下浮筒改為檔板式，觸點(diǎn)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(yīng)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(yīng)采用防油線。
（4）瓦斯繼電器的引出線和電纜應(yīng)分別連接在電纜引線端子箱內(nèi)的端子上。
9.結(jié)論
變壓器瓦斯信號動作后，運(yùn)行人員必須對變壓器進(jìn)行檢查，查明動作的原因，并立即向上級調(diào)度和主管領(lǐng)導(dǎo)匯報(bào)，上級主管領(lǐng)導(dǎo)應(yīng)立即派人去現(xiàn)場提取繼電器氣樣、油樣和本體油樣，分別作色譜分析。根據(jù)有關(guān)導(dǎo)則及現(xiàn)場分析結(jié)論采取相應(yīng)的對策，避免事故的發(fā)生，以保證變壓器的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。
【參考文獻(xiàn)】
[1]國家電網(wǎng)公司.變壓器運(yùn)行規(guī)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(jìn)行分析舉例，提出了一些具體的預(yù)防措施，旨在提高配電網(wǎng)絡(luò)供電的可靠性、安全性。
關(guān)鍵詞：配電變壓器；故障分析；預(yù)防措施；可靠性、安全性
中圖分類號： TM4 文獻(xiàn)標(biāo)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(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中電能分配的重要設(shè)備，雖有高壓熔絲、低壓保險(xiǎn)片、避雷器、接地等多重保護(hù)，但由于內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，電、磁場、熱引發(fā)的電動力、熱應(yīng)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(jiān)控，做好日常維護(hù)與應(yīng)急處理，讓其延長壽命為供電網(wǎng)絡(luò)正常運(yùn)行服好務(wù)呢？
只有懂得了它的一些基本原理，知道了配電變壓器發(fā)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(wǎng)安全、穩(wěn)定、可靠運(yùn)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(jī)，它可以將一種電壓、電流的交流電轉(zhuǎn)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(dāng)初級線圈中通有交流電流時，鐵芯（或磁芯）中便產(chǎn)生交流磁通，使次級線圈中感應(yīng)出電壓（或電流）。 變壓器廣泛應(yīng)用發(fā)、輸、配電系統(tǒng)和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生活實(shí)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(chǎn)生一個交變磁通，這個交變磁通在原副繞組中感應(yīng)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(yīng)繞組的匝數(shù)，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(yīng)電勢有效值
E2——副繞組的感應(yīng)電勢有效值
N1——原繞組的匝數(shù)
N2——副繞組的匝數(shù)
1.2變壓器的結(jié)構(gòu)
變壓器一般由導(dǎo)電材料、磁性材料和絕緣材料三部分組成。
(1)導(dǎo)電材料 變壓器的導(dǎo)電材料主要是各種上強(qiáng)度較高的漆包線，只有在調(diào)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(shù)分
(1)、單相電源變壓器：用于單相負(fù)荷和三相電源變壓器組。
(2)、三相電源變壓器：用于三相系統(tǒng)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(jìn)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(zhì)、如油浸自冷、油浸風(fēng)冷、油浸水冷、強(qiáng)迫油循環(huán)等。
1.3.3按用途分
（1）電力變壓器：用于輸配電系統(tǒng)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(hù)裝置。
（3）試驗(yàn)變壓器：能產(chǎn)生高壓，對電氣設(shè)備進(jìn)行高壓試驗(yàn)。
（4）特種變壓器：如電爐變壓器、整流變壓器、調(diào)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(tǒng)中的兩個電壓等級。
（2）三繞組變壓器：一般用于電力系統(tǒng)區(qū)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(tǒng)。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(dǎo)磁材料，空載電流下降約80%，是目前節(jié)能效果較理想的配電變壓器，特別適用于農(nóng)村電網(wǎng)和發(fā)展中地區(qū)等負(fù)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(jī)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(nóng)村部分低壓線路維護(hù)不到位，經(jīng)常發(fā)生超銘牌容量運(yùn)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(dǎo)致絕緣老化；同時繞組由于受到較大電磁力的作用，產(chǎn)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(nèi)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(dǎo)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(kuò)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(kuò)大，發(fā)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(zhuǎn)課堂”理念設(shè)計(jì)《變壓器》教學(xué)過程，以供大家共同探討.
1教學(xué)內(nèi)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(nèi)容，在之前有交變電流的相關(guān)知識，后面有電能輸送相關(guān)知識，是一個關(guān)鍵的知識點(diǎn)，涉及電磁感應(yīng)，互感等知識內(nèi)容，教材主要介紹變壓器的構(gòu)造，通過實(shí)驗(yàn)探究變壓器原副線圈的電壓與變壓器兩線圈匝數(shù)的關(guān)系.學(xué)生通過本節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，既可以學(xué)習(xí)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(rèn)識到物理與日常生活息息相關(guān).
1.2學(xué)情分析
學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了電磁感應(yīng)的產(chǎn)生條件以及所遵循的基本規(guī)律，學(xué)會分析和解釋與電磁感應(yīng)現(xiàn)象有關(guān)的物理現(xiàn)象.還學(xué)習(xí)了交變電流的相關(guān)知識，知道交變電流的產(chǎn)生及特點(diǎn)，知道這種電流與生產(chǎn)生活密切相關(guān).變壓器是生活中較常見的一種電氣設(shè)備，與生產(chǎn)生活聯(lián)系密切，應(yīng)注重課堂與現(xiàn)實(shí)生活的聯(lián)系.培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐觀察能力，理論推導(dǎo)能力.
2教學(xué)目標(biāo)
知道變壓器的基本構(gòu)造；理解變壓器的工作原理；探究并應(yīng)用變壓器的各種規(guī)律；能熟練應(yīng)用控制變量法探究多變量問題；通過實(shí)驗(yàn)探究體會科學(xué)探索過程，能體會能量守恒無處不在，激發(fā)科學(xué)探究的熱情，培養(yǎng)理論聯(lián)系實(shí)際的能力.
3教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)
教學(xué)重點(diǎn)：變壓器的工作原理以及變壓規(guī)律.
教學(xué)難點(diǎn)：變壓器變壓比和匝數(shù)比關(guān)系；運(yùn)用變壓器規(guī)律解決與變壓器相關(guān)問題.
4教學(xué)資源
教師：教材，多媒體電腦，PPT課件，微視頻，課前預(yù)學(xué)習(xí)練習(xí)、課堂反饋練習(xí)、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(xué)生：教材、多媒體電腦.
5教學(xué)流程設(shè)計(jì)
5.1教學(xué)設(shè)計(jì)思路
翻轉(zhuǎn)課堂的理念是學(xué)生先學(xué)后教，學(xué)生課前通過閱讀教材，觀看老師制作的微課視頻，課前聯(lián)系，查閱相關(guān)資料進(jìn)行預(yù)學(xué)習(xí)，理解并掌握相關(guān)知識.課堂上進(jìn)行交流討論，驗(yàn)證，探究，拓展.加深理解，并能理論聯(lián)系實(shí)際，解釋或解決生活中的相關(guān)問題.
5.2教學(xué)進(jìn)程
5.2.1課前
教師：
（1）課前制作微課：根據(jù)電磁感應(yīng)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(chǎn)生；給一個線圈中通交變電流，另一個線圈中會有感應(yīng)電流產(chǎn)生，這是電磁感應(yīng)現(xiàn)象.若果把兩個線圈套在同一個鐵芯上，重復(fù)上述操作，會有什么現(xiàn)象產(chǎn)生？認(rèn)識變壓器以及構(gòu)造.
探索：兩個線圈中的電壓大小有什么關(guān)系？它們之間滿足什么規(guī)律？
實(shí)驗(yàn)：保持線圈匝數(shù)不變，改變輸入電壓大?。?/p>
保持原線圈電壓以及匝數(shù)不變，改變副線圈匝數(shù)，測量副線圈電壓；
保持原線圈電壓以及副線圈匝數(shù)不變，改變原線圈匝數(shù)，測量副線圈電壓；
歸納，原副線圈的電壓比與匝數(shù)比的關(guān)系.
（2）學(xué)生收集相關(guān)信息，了解變壓器在生活生產(chǎn)中的應(yīng)用，了解變壓器的相關(guān)知識.
（3）編制課前學(xué)生練習(xí)，收集與變壓器相關(guān)的資料，拓寬學(xué)生的視野.
（4）將制作的微視頻、資料、練習(xí)上傳到網(wǎng)絡(luò)平臺.
（5）在網(wǎng)絡(luò)平臺與學(xué)生組織進(jìn)行交流，及時回答學(xué)生提出的問題，統(tǒng)計(jì)學(xué)生存在的共性問題，為課堂教學(xué)活動準(zhǔn)備.
學(xué)生：
（1）學(xué)生通過觀看微視頻、閱讀教材、查閱資料預(yù)先自主學(xué)習(xí).
（2）學(xué)生在網(wǎng)絡(luò)平臺提出自己在學(xué)習(xí)過程中遇到的問題，并進(jìn)行交流.
（3）完成老師上傳的課前作業(yè).
設(shè)計(jì)意圖翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式是讓學(xué)生先學(xué)習(xí)，發(fā)現(xiàn)問題，提出問題，然后自己通過查找資料，與同學(xué)老師交流，討論，分析問題，解決問題并拓展應(yīng)用，解決相關(guān)問題，課堂的重點(diǎn)不再是傳授課本知識，而是學(xué)生交流討論的平臺，拓展的空間，學(xué)生學(xué)習(xí)基本知識的時間都是課外獨(dú)立自主完成，教師給學(xué)生提供交流平臺，輔助學(xué)生查找資料，合作學(xué)習(xí)，課堂上更具有針對性，重點(diǎn)更突出，目標(biāo)更明確，課堂效率更高.
5.2.2課堂中
（1）學(xué)生自學(xué)情況反饋
教師：通過系統(tǒng)平臺統(tǒng)計(jì)，檢查學(xué)生課前學(xué)習(xí)情況，了解學(xué)生的困惑、難點(diǎn)與錯誤.教師進(jìn)行反饋及答疑，共性問題集體講解，針對不同的學(xué)生不同的問題分別解釋答疑交流.
學(xué)生：通過老師講解自檢自查，糾正自己的自學(xué)練習(xí)與學(xué)習(xí)情況.
分組討論.
教師：將學(xué)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(yīng)用，應(yīng)用變壓器是應(yīng)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(shí)驗(yàn)室用理想變壓器原線圈與一個交流電流表串聯(lián)，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(shù)為零.
學(xué)生：[JP3]觀察現(xiàn)象，提出問題，分組討論，分析原理，解釋現(xiàn)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(jìn)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(guān)鍵詞:電阻爐溫度控制系統(tǒng) PID調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定 單元組合儀表
中圖分類號:TH86 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1007-9416(2011)03-0009-02
盡管科學(xué)在日新月異的飛速發(fā)展,控制手段也在不斷的向前進(jìn)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(tǒng)、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)、開放式控制系統(tǒng)等,它們的功能越來越強(qiáng)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(tǒng)
1.1 爐溫控制的基本原理
本設(shè)計(jì)中采用DDZ-III型電動單元儀表組合來實(shí)現(xiàn)對電阻爐溫度的控制,其主要控制規(guī)律是PID控制。由熱電偶檢測爐內(nèi)實(shí)際溫度后,經(jīng)過熱電偶溫度變送器轉(zhuǎn)換為4-20mA的直流電流信號送往調(diào)節(jié)器,調(diào)節(jié)器對爐溫的測量值與給定值進(jìn)行比較,根據(jù)偏差進(jìn)行比例、積分、微分運(yùn)算后,(其輸出為統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)電流信號4-20mA)其輸出信號去控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動作,執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動作改變變壓器的供電電壓,從而實(shí)現(xiàn)了對電阻爐溫度的控制。
1.2 各設(shè)備的工作原理及其用途
電阻爐;被控對象電阻爐是實(shí)驗(yàn)室所用的管式電阻爐,該種電阻爐供實(shí)驗(yàn)室、工礦企業(yè)、科研單位進(jìn)行化學(xué)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(shè)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(fù)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?；ジ鞋F(xiàn)象是變壓器工作的基礎(chǔ)。原線圈上加交變電壓,原線圈中就有交變電流,在鐵芯中產(chǎn)生交變磁通量,原、副線圈中都要引起感應(yīng)電動勢。若副線圈是閉合的,則副線圈中就要產(chǎn)生交變電流,此交變電流也在鐵芯中產(chǎn)生交變磁通量,在原、副線圈中同樣要引起感應(yīng)電動勢。在原、副線圈中由于有交變電流而發(fā)生的互相感應(yīng)現(xiàn)象,叫互感現(xiàn)象.正是由于互感現(xiàn)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(dá)副線圈。
1.3 變壓器在本控制系統(tǒng)中的作用
在控制系統(tǒng)中,變壓器是用來給電阻爐供電的,它與角行程電動執(zhí)行器相連,通過執(zhí)行器手柄的轉(zhuǎn)動來改變變壓器的供電電壓,從而實(shí)現(xiàn)了調(diào)節(jié)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(zhuǎn)換成熱電動勢信號,通過電氣儀表轉(zhuǎn)換成被測介質(zhì)的溫度。熱電偶測溫的基本原理是兩種不同成份的均質(zhì)導(dǎo)體組成閉合回路, 當(dāng)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(yīng)。
1.5 熱電偶優(yōu)點(diǎn)
熱電偶是工業(yè)中常用的溫度測溫元件,具有如下特點(diǎn):(1)測量精度高:熱電偶與被測對象直接接觸,不受中間介質(zhì)的影響。(2)熱響應(yīng)時間快:熱電偶對溫度變化反應(yīng)靈敏。(3)測量范圍大:熱電偶從 -40~+ 1600℃ 均可連續(xù)測溫。(4)性能可靠, 機(jī)械強(qiáng)度好。使用壽命長,安裝方便。
2、PID調(diào)節(jié)器及其參數(shù)的整定
在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用中,調(diào)節(jié)器是構(gòu)成自動控制系統(tǒng)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(chǎn)生的偏差信號進(jìn)行比例、積分或微分處理后,輸出調(diào)節(jié)信號控制執(zhí)行器的動作以實(shí)現(xiàn)對不同被測或被控參數(shù)如溫度、壓力、流量或液位等的自動控制。
2.1 P、I、D各運(yùn)算規(guī)律的作用
基本運(yùn)算規(guī)律比例(P)、積分(I)和微分(D)三種,PID調(diào)節(jié)器的運(yùn)算規(guī)律就是由這些基本運(yùn)算規(guī)律組合而成。下面分別介紹三種基本控制規(guī)律的特點(diǎn)。
2.1.1 比例(P)控制規(guī)律
具有比例控制規(guī)律的調(diào)節(jié)器其輸出信號的變化量ΔY與偏差信號ε之間存在比例關(guān)系,用微分方程形式表示為:
ΔY=KPε
式中,KP為一個可調(diào)的比例增益。顯然,當(dāng)有偏差信號存在時,調(diào)節(jié)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(yīng)用最普遍的控制規(guī)律,它能及時和迅速地克服擾動的影響,從而使系統(tǒng)很快地達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。但因調(diào)節(jié)器的輸出信號與輸入信號須始終保持比例關(guān)系,所以在系統(tǒng)穩(wěn)定后,被控變量無法達(dá)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(guī)律
具有積分控制規(guī)律的調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)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(qiáng)。
2.1.3 微分(D)控制規(guī)律
具有微分控制規(guī)律的調(diào)節(jié)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(xiàn)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(yīng)達(dá)到無窮大;而當(dāng)t>t1時,輸出信號的變化等于零。實(shí)際上,這種理想的微分作用是無法實(shí)現(xiàn)的,而且也不可能獲得好的調(diào)節(jié)效果。它是在階躍發(fā)生的時刻,輸出突然跳躍到一個較大的有限值,然后按指數(shù)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(qiáng)。
2.2 DDZ-III型調(diào)節(jié)器PID控制規(guī)律的實(shí)現(xiàn)
DDZ-III型調(diào)節(jié)器PID控制規(guī)律是利用運(yùn)算放大器電路先分別形成PD和PI控制規(guī)律,然后再串聯(lián)形成PID控制規(guī)律的?？紤]微分控制規(guī)律只有在輸入信號發(fā)生變化時才起作用,而且該變化越大微分作用明顯,因而運(yùn)算放大電路中先進(jìn)行微分調(diào)節(jié)作用,然后再進(jìn)行積分作用。
2.3 PID調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定方法
PID控制器的參數(shù)整定是本控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容。它是根據(jù)被控過程的特性確定PID控制器的比例系數(shù)、積分時間和微分時間的大小。而且,在工業(yè)控制中,目前應(yīng)用最多的控制方法仍然是PID控制。但PID控制器的參數(shù)與系統(tǒng)所處的穩(wěn)態(tài)工況有關(guān)。一旦工況改變了,控制器參數(shù)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(shù)。
在實(shí)時控制中,一般要求被控過程是穩(wěn)定的,對給定量的變化能夠迅速跟蹤,超調(diào)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(biāo),兼顧其它方面。參數(shù)的選擇可以通過實(shí)驗(yàn)確定,也可以通過試湊法或者經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)法得到。
3、結(jié)語
通過文章的介紹我們可以對電阻爐溫度控制系統(tǒng)有了一定的的認(rèn)識和了解,對DDZ-III儀表的工作原理及使用有了進(jìn)一步的掌握?？刂葡到y(tǒng)的開發(fā)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程,必須嚴(yán)格按照系統(tǒng)分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)實(shí)施、系統(tǒng)運(yùn)行與調(diào)試的過程來進(jìn)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(xiàn)
第7篇：變壓器基本工作原理范文
關(guān)鍵詞：智能風(fēng)冷控制 變壓器 IEC61850 控制IED設(shè)計(jì) 智能變電站
中圖分類號：TM401.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2012）11-0032-02
隨著智能電網(wǎng)的快速發(fā)展與推進(jìn)，變壓器智能化的研究與設(shè)計(jì)將是變壓器技術(shù)發(fā)展的方向，風(fēng)冷控制系統(tǒng)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(fā)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(qiáng)油風(fēng)冷冷卻方式[3-5]，控制部分大多采用PLC或單片機(jī)完成，系統(tǒng)構(gòu)成比較復(fù)雜，控制功能簡單且控制模式基本固定，整個控制系統(tǒng)比較獨(dú)立和封閉，基本不與其他設(shè)備信息交互[6-7]，在智能電網(wǎng)通訊及信息共享的要求下，傳統(tǒng)風(fēng)冷控制系統(tǒng)已不能適應(yīng)智能變壓器發(fā)展的要求。
本文詳細(xì)介紹了變壓器智能風(fēng)冷控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，包括系統(tǒng)構(gòu)成及配置情況、控制原理、功能實(shí)現(xiàn)以及控制IED軟硬件設(shè)計(jì)等。
1、系統(tǒng)構(gòu)成及配置
1.1 系統(tǒng)構(gòu)成
智能變電站自動化系統(tǒng)基于IEC61850通訊及信息共享要求，變壓器風(fēng)冷控制作為過程層設(shè)備應(yīng)接入過程層網(wǎng)絡(luò)，信息通過過程層網(wǎng)絡(luò)傳輸，包括控制所需的測量數(shù)據(jù)、控制指令以及監(jiān)測結(jié)果等，系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示。
1.2 系統(tǒng)配置
變壓器智能風(fēng)冷控制器包括冷卻控制IED以及就地控制柜組成，根據(jù)目前運(yùn)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(zhí)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(jī)等控制執(zhí)行單元，冷卻控制系統(tǒng)由冷卻控制IED與智能控制設(shè)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(fēng)機(jī)控制采用變頻器控制方式，冷卻控制系統(tǒng)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(wǎng)絡(luò)通信的數(shù)據(jù)傳輸
冷卻控制IED所需測量數(shù)據(jù)主要來自測量IED，包括主變本體相關(guān)的油溫、繞組溫度、主變負(fù)荷等，來自其他監(jiān)測IED數(shù)據(jù)包括鐵芯監(jiān)測電流、主變油中氣體分析數(shù)據(jù)等，來自智能終端數(shù)據(jù)包括主變運(yùn)行信息等，通過過程層網(wǎng)絡(luò)GOOSE傳輸方式接收。
控制指令包括來自后臺的遠(yuǎn)方控制指令經(jīng)測控裝置的控制信息、冷卻控制IED發(fā)給智能終端跳閘信息等，均通過GOOSE傳輸機(jī)制，高效、快速的通過過程層網(wǎng)絡(luò)傳輸。
2.2 控制IED運(yùn)行方式
傳統(tǒng)風(fēng)冷控制系統(tǒng)由于數(shù)據(jù)采集的局限性，一般采用固定的“運(yùn)行”、“輔助”、“備用”模式對風(fēng)機(jī)組的控制，或采用奇偶數(shù)組控制模式控制風(fēng)機(jī)組的啟停，控制模式固定單一，不利于節(jié)能和設(shè)備的有效利用。變壓器智能風(fēng)冷控制設(shè)計(jì)運(yùn)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(yuǎn)方手動控制方式。自動運(yùn)行方式下，控制IED根據(jù)油溫、繞組溫度、變壓器運(yùn)行負(fù)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(yùn)行的風(fēng)機(jī)組數(shù)，發(fā)出控制指令啟停風(fēng)機(jī)組，完成主變的冷卻控制要求。當(dāng)處于手動就地控制方式時，與傳統(tǒng)就地控制手動方式基本一致，運(yùn)行人員在控制柜就地通過把手或按鈕控制風(fēng)機(jī)組的啟停；當(dāng)處于手動遠(yuǎn)方控制時，通過后臺或調(diào)度等將控制風(fēng)機(jī)組啟停命令下發(fā)給測控單元，由測控轉(zhuǎn)發(fā)控制指令到冷卻控制IED，完成風(fēng)機(jī)組的控制。
2.3 控制IED控制執(zhí)行
根據(jù)1.2節(jié)介紹的配置情況，風(fēng)冷控制IED的控制執(zhí)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(fēng)機(jī)組和油泵的啟停，冷卻控制IED需要有開出回路設(shè)計(jì)要求；（2）采用冷卻控制IED與智能控制設(shè)備及輔助電路組成的配置系統(tǒng)，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(tǒng)，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(shí)現(xiàn)
3.1 控制電源熱備用
電源控制設(shè)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(dāng)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(yuǎn)方手動切換。
3.2 數(shù)據(jù)采集
支持GOOSE方式從過程層網(wǎng)絡(luò)接收與風(fēng)冷控制相關(guān)的測量量，完成控制所需的數(shù)據(jù)采集功能。
3.3 控制
控制策略根據(jù)綜合數(shù)據(jù)分析，合理配置風(fēng)機(jī)運(yùn)行組數(shù)，滿足變壓器運(yùn)行要求的同時兼顧節(jié)能、循環(huán)啟停風(fēng)機(jī)組以及風(fēng)機(jī)組先啟先停運(yùn)行等原則。
3.4 切換
切換功能完成遠(yuǎn)方、就地以及手動、自動等控制方式的切換，滿足不同運(yùn)行方式要求。
3.5 通信
風(fēng)冷控制IED具有過程層網(wǎng)絡(luò)IEC61850通信功能，支持GOOSE方式數(shù)據(jù)接收和發(fā)送，完成網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的采集以及控制命令、控制結(jié)果和監(jiān)測等數(shù)據(jù)的發(fā)送。
3.6 自檢及告警
風(fēng)冷控制系統(tǒng)的控制IED以及其他智能設(shè)備具有自檢以及異常告警功能，實(shí)現(xiàn)自身狀態(tài)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(shè)計(jì)
4.1 硬件構(gòu)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(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)框圖如圖2 所示：
系統(tǒng)所需數(shù)據(jù)均通過過程層網(wǎng)絡(luò)獲取，設(shè)置開入插件滿足就地信號的便捷接入，當(dāng)就地控制柜配置有智能控制設(shè)備時，開出插件可不配置。
4.2 軟件設(shè)計(jì)
根據(jù)變壓器智能風(fēng)冷控制功能要求以及控制策略設(shè)計(jì)，其主程序設(shè)計(jì)流程如圖3。
5、結(jié)語
變壓器智能風(fēng)冷控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)對變壓器的安全穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要，該風(fēng)冷控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)符合智能變電站通訊要求，滿足變壓器安全穩(wěn)定運(yùn)行要求，智能化程度高，節(jié)能且風(fēng)機(jī)組運(yùn)行效率及使用壽命等方面都得到了很大提高，運(yùn)行方式靈活，適應(yīng)性強(qiáng)，符合風(fēng)冷控制系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展。
參考文獻(xiàn)
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第8篇：變壓器基本工作原理范文
[關(guān)鍵詞]全橋變換器；電壓
中圖分類號：TG37 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2014）35-0045-01
1、全橋變換器的基本結(jié)構(gòu)
全橋變換器是由基本的Buck電路演變得來的，本質(zhì)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(guān)管替代單管正激變換器的一只開關(guān)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(lián)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(shí)現(xiàn)；如上圖，Q1-Q4為開關(guān)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(guān)管都是180°互補(bǔ)導(dǎo)通，且兩個橋臂的開關(guān)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(jìn)而控制輸出電壓。
全橋變換器工作時，斜對角兩只開關(guān)管為同時導(dǎo)通，主要波形如下：
當(dāng)斜對角開關(guān)管Q1和Q4同時導(dǎo)通時，如圖，移相全橋中點(diǎn)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(dǎo)通，且整流后的電壓為（K是變壓器原副邊匝數(shù)比）；輸出濾波電感Lf端電壓為，其內(nèi)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(dāng)Q2和Q3管同時導(dǎo)通時，變壓器原邊電壓，此時副邊整流二極管Dr2導(dǎo)通，整流后電壓，Lf電流線性增加。
當(dāng)四只開關(guān)管都關(guān)斷時，則原邊電流ip變?yōu)榱悖瑸V波電流iLf將經(jīng)兩只整流二極管續(xù)流，此時兩只整流二極管各流過濾波電流的一半，亦即。因?yàn)閮芍徽鞫O管都導(dǎo)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(fù)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(tǒng)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(fù)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(guān)頻率f。將諧振變換器與PWM技術(shù)結(jié)合起來構(gòu)成軟開關(guān)PWM控制方案，既能實(shí)現(xiàn)功率開關(guān)的軟開關(guān)特點(diǎn)，又能實(shí)現(xiàn)恒頻控制。在DC/DC變換器中多采用全橋移相控制軟開關(guān)PWM變換器，它是直流電源實(shí)現(xiàn)高頻化的理想拓?fù)渲唬谥?、大功率變換器應(yīng)用場合。用軟開關(guān)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的DC/DC變換器其效率可達(dá)90%以上。移相控制零電壓開關(guān)PWM變換器（ZVS-PWM Converter）利用變壓器的漏感或原邊串聯(lián)電感和功率管的寄生電容或外接電容來實(shí)現(xiàn)零電壓開關(guān)。每個橋臂的兩個功率管成180°互補(bǔ)導(dǎo)通，兩個橋臂的導(dǎo)通角各相差一個相位，即移相角，通過調(diào)節(jié)移相角的大小來調(diào)節(jié)輸出電壓。
主要波形
一個開關(guān)周期中，移相控制ZVS PWM DC/DC全橋變換器有12種開關(guān)模態(tài)。
4、Saber軟件介紹
電力電子系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)仿真已經(jīng)成為其產(chǎn)品設(shè)計(jì)研發(fā)過程中一個很重要的環(huán)節(jié)，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(yōu)點(diǎn)軟件相比其仿真速度快、收斂性好、仿真結(jié)果的準(zhǔn)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(jìn)行了分析和驗(yàn)證。在此就不對Saber軟件進(jìn)行詳細(xì)介紹了。
第9篇：變壓器基本工作原理范文
關(guān)鍵詞：高壓直流輸電；特點(diǎn)；發(fā)展前景
中圖分類號：F407 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A
前言
二十一世紀(jì)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?nèi)找嬖鲩L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(tǒng)做好防護(hù)措施，是目前電力工作者所不得不面對的一個難題。
一、建設(shè)高壓直流輸電線路的意義
隨著經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，世界各國的用電量日益增長。其中所有發(fā)達(dá)國家的發(fā)電量都能滿足其負(fù)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(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上負(fù)荷的需求，電力行業(yè)的落后直接影響了我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)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(jìn)行基礎(chǔ)建設(shè)和基礎(chǔ)工業(yè)的建設(shè)，這需要強(qiáng)大的電力能源來做為快速發(fā)展經(jīng)濟(jì)建設(shè)的堅(jiān)實(shí)后盾。在電力輸送技術(shù)中，高壓直流輸電具有輸送距離長、容量大、控制靈活、調(diào)度方便的優(yōu)點(diǎn)。電力能源與負(fù)荷之間的超遠(yuǎn)距離和超大負(fù)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?yōu)橹绷鳎偻ㄟ^高壓線輸送到下一個換流站轉(zhuǎn)換成交流電，最后并入電網(wǎng)。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(diǎn)。除此之外，高壓直流輸電方式還對電網(wǎng)的安全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行提供了有力保障。正是基于高壓直流輸電的種種優(yōu)點(diǎn)，使得世界各國對此不斷的研究、應(yīng)用與發(fā)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(nèi)進(jìn)行換流的換流裝置，主要由換流變壓器、換流器、相應(yīng)的交流濾波器和直流濾波器以及控制保護(hù)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(qū)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(cè)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(shù)換流站選用12脈動換流器作為基本換流裝置。
1、技術(shù)點(diǎn)
電壓源換流器直流輸電除了有傳統(tǒng)直流輸電的優(yōu)點(diǎn)以外，還有以下共同技術(shù)點(diǎn)：
1.1減少了換流站的設(shè)備、簡化換流站的結(jié)構(gòu)。
1.2控制方式靈活，使輸電工程具有良好的運(yùn)行性能，不增加系統(tǒng)的短路功率；可向無源網(wǎng)絡(luò)電，方便連接分布電源等。
1.3不需要依靠交流系統(tǒng)的能力來維持電壓和頻率穩(wěn)定。
1.4當(dāng)潮流反轉(zhuǎn)時，直流電流方向反轉(zhuǎn)而直流電壓極性不變，與傳統(tǒng)HVDC恰好相反。
1.5不僅不需要交流側(cè)提供無功功率而且能夠起到STATCOM的作用，即動態(tài)補(bǔ)償交流母線的無功功率，穩(wěn)定交流母線電壓。
1.6受端系統(tǒng)可以是無源網(wǎng)絡(luò)，克服了傳統(tǒng)HVDC受端必須是有源網(wǎng)絡(luò)的根本缺陷，可用于遠(yuǎn)距離孤立負(fù)荷供電。
1.7正常運(yùn)行時，在控制其與交流系統(tǒng)間交換有功功率的同時，還可以對無功功率進(jìn)行控制，較傳統(tǒng)HVDC的控制更加靈活。
1.8控制系統(tǒng)可以根據(jù)交流系統(tǒng)的需要實(shí)現(xiàn)自動調(diào)節(jié)，兩側(cè)換流器不需要通信聯(lián)絡(luò)，從而減少了通信的投資及其運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用。
1.9交流側(cè)電流可以控制，因此不會增加系統(tǒng)的短路容量。
1.10電網(wǎng)故障后恢復(fù)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(dǎo)電性。換流閥只能在陽極對陰極為正電壓時，才能單方向?qū)?，不可能有反向電流，所以直流電流不可能有?fù)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(tǒng)ABC三相交流電通過換流變壓器在二次側(cè)感應(yīng)出abc三相交流電，二者相位相差30°。abc三相交流電通過環(huán)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(guān)系。線電壓超前對應(yīng)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(zhuǎn)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(tǒng)提供換相電壓和電流，及受端換流站交流系統(tǒng)必需要有交流電源。換流器作為逆變站運(yùn)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(cè)繞組的兩相短路電流進(jìn)行換相。6個閥有規(guī)律性通斷，在一個工頻周期內(nèi)，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(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟姷倪^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(cè)串聯(lián)而成，其交流側(cè)通過換流變壓器的網(wǎng)側(cè)繞組而并聯(lián)。換流變壓器的閥側(cè)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(cè)，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(yōu)點(diǎn)是其直流電壓波形質(zhì)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(nèi)有12個脈動數(shù)，波形更為平滑。
四、直流輸電技術(shù)的應(yīng)用
直流輸電的應(yīng)用范圍取決于我國目前直流輸電技術(shù)的發(fā)展水平和我國能源需求分布。目前我國實(shí)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(fā)展水平，直流輸電還僅只是交流輸電的補(bǔ)充。隨著直流輸電技術(shù)的發(fā)展，直流輸電的應(yīng)用范圍將會變大。目前，直流輸電技術(shù)的應(yīng)用場合可分為以下兩大類型。
1、采用交流輸電在技術(shù)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(wǎng)之間的聯(lián)網(wǎng)或向不同頻率的電網(wǎng)之間送電；因穩(wěn)定性問題采用交流輸電難以實(shí)現(xiàn)要求；長距離電纜送電，采用交流電纜因?yàn)殡娙蓦娏魈蠖鵁o法實(shí)現(xiàn)等。
2、在技術(shù)上采用兩種輸電發(fā)送等能實(shí)現(xiàn)，但采用直流輸電技術(shù)比交流輸電的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能好。對于這種情況就需要對輸電的方案進(jìn)行比較和論證，最后根據(jù)比較的結(jié)果選擇技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能優(yōu)越的輸電方案。目前我國直流輸電的應(yīng)用主要在遠(yuǎn)距離的大容量輸電、大型電力系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)、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(jié)束語
綜上所述，高壓直流輸電對有功功率進(jìn)行快速、靈活控制的同時還能夠動態(tài)補(bǔ)償母線的無功功率，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。電壓源換流器直流輸電必將在可再生能源并網(wǎng)、分布式發(fā)電并網(wǎng)、智能電網(wǎng)、孤島供電、城市電網(wǎng)供電、交流電網(wǎng)互聯(lián)等應(yīng)用領(lǐng)域得到更快的發(fā)展，成為未來輸電技術(shù)重要的技術(shù)發(fā)展方向。
參考文獻(xiàn)：
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