变压器基本工作原理精选(九篇)

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第1篇：变压器基本工作原理范文

（安徽工业大学 电气与信息工程学院，安徽 马鞍山 243032）

摘 要：在电力电子技术课程中，隔离型Buck-Boost变换器（Flyback）属于一类重要的基本电路结构，但在教学实践中，作者发现大多数学生的理解不够系统和深入.本文首先给出隔离型Buck-Boost变换器的由来，然后基于反激变压器的两种实际模型讲解隔离型Buck-Boost变换器的工作原理，再通过Matlab/Simulink软件的可视化功能进行仿真演示.该讲解方法能显著地提高学生的理解能力和学习兴趣，容易增强教师和学生的互动性，取得了良好的教学效果.

关键词 ：隔离型；Buck-Boost；反激变压器

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1673-260X（2015）03-0224-03

1 引言

隔离型Buck-Boost变换器（Flyback）具有拓扑结构简单，输入输出电气隔离，升/降压范围广，多路输出及负载自动均衡等优点，而被广泛应用于电视机、DVD和充电器等小功率电器的电源中.然而在实际教学中，我们发现许多数学生对该电路工作原理的理解相对困难，而且对类似电力电子电路结构的把控比较孤立，缺乏系统性.针对这一问题如何在较少的学时内，高质量地完成该节教学任务，引起作者在教学过程的深入思考.本文探索一种新的讲解方法，先给出电路结构的由来，再将理论教学与Matlab/Simulink可视化仿真软件相结合，讲清原理的同时用虚拟仪器实时演示的方法将理论分析直观化，既增强了师生之间的互动性，又能加深学生对概念的理解能力，进一步提高了理论教学过程的效率和课堂的生动性，大大改善了教学效果.

2 隔离型Buck-Boost变换器的结构分析

教学过程中可以首先明确Buck、Boost和Buck -Boost变换器是三种最基本的DC/DC变换器，是其它变换器的原始结构.一般情况下，多数教材首先安排了非隔离型Buck-Boost变换器的教学内容，由于常规Buck-Boost变换器仅仅通过电感向输出端传送能量，与基本Buck或Boost变换器的工作原理非常相似，其工作模式（CCM或DCM）的判断和理解都比较容易.所以本节讲解时可以首先给出非隔离型Buck-Boost变换器向隔离型Buck-Boost变换器演变的过程，同时讲解为什么能够这样演变，演变后的电路结构具有哪些新的特点？然后再进行原理分析，就显得更为顺畅，理解的跨度相对较小，对刚接触功率变换器的学生来讲更容易接受.

2.1 隔离型Buck-Boost变换器的由来

常规的非隔离型Buck-Boost变换器的拓扑结构如图1（a）所示，通过开关的开通和关断在电感的两端产生脉冲电压，这个脉冲电压在不同的时间间隔，担负着不同的功能.当开关管开通时电感储能，输出电容向负载提供能量；当开关关断时，电感向负载端释放能量，为电感磁复位，如果将该电感分解为同一磁芯的耦合电感，即可用变压器器件代替该独立电感.接着引出如何能够实现与电感一样的流通路径和效果？如果在变压器同一时刻传输能量，则可称为Forward变换器，该变压器就是通常意义上只有传输功能的两端口器件；如果在不同时刻传输能量，则可构造出隔离型Buck-Boost变换器，也称为Flyback变换器，演变过程如图1所示.此时的变压器应具有储存能量的作用.

2.2 具有储能作用的变压器模型分析

如果不考虑漏磁通，普通变压器的原理结构图和磁路模型如图2所示，原副边绕组产生的磁动势分别为：

由法拉第电磁感应定律得：

由式（3）和（4）可以理想变压器的电路等效模型如图3（a）所示.

由于在实际应用中磁芯的磁阻不可能为零，综合式（2）和（4）得:

如果令

由式（6）可以画出考虑磁阻时，变压器的等效电路模型如图3（b）所示.以下将结合变压器的等效电路模型进行原理分析.采用变压器等效电路模型方法简单和物理意义明确，学生易于接受，而且还可拓宽学生学习思路，取得很好的教学效果.

3 CCM模式下变换器的工作原理分析

以图3（a）所示的反激变压器等效电路对图1（d）所示隔离型Buck-Boost变换器进行讲解.当主开关管导通时，能量会储存在磁芯中；当其变为关断状态时，能量会转移到输出端，若能量没有完全转移，即在开关管再次导通时还有能量储存在变压器中（表现为磁通不为零），就称变换器工作在连续模式（CCM）或不完全能量转移模式.反之，如果在开关管再次导通时已经没有能量储存在变压器中（表现为磁通为零），就称变换器工作在断续模式（DCM）或完全能量转移模式.图4是变换器工作在CCM模式下的等效电路.

首先利用同学们熟知的电路理论推导输出与输入电压的关系.当主开关管S导通（0≤t≤DT），一次绕组两端的电压为：

流过一次绕组的电流为：

当开关管S关断后，二次绕组两端的电压和流经二次绕组的电流为：

综合公式（7）~（10），可以得到输出与输入电压之间的关系式为：

电路的主要工作波形如图5所示.接下来，利用Matlab/Simulink仿真软件对该变换器进行仿真演示（限于篇幅，图形省略），主要包括软件的使用方法，变换器模型的建立，参数的设置及修改，闭环控制原理及闭环参数设计方法等，让同学们有更为直观的认识.为将来的实验打下良好的基础.

4 互动环节设计

为了发挥学生的主体作用，关于变换器的完全能量转移模式，留给同学们独立分析.以5至6位同学为一组将班级分成若干组别，要求每一组结合仿真软件进行参数设计和仿真实验，然后在教师的引导下进行讨论，对比非隔离型变换器的工作模式，比较它们的异同点，再利用电力电子教材中常用的伏秒平衡原理推导输入与输出电压之间的关系，以增强学生在课堂中的参与程度，调动其积极性.

5 结论

本文详细地分析了隔离型Buck-Boost变换器的构造方法及隔离变压器的等效电路结构，再进一步讲解变换器的工作原理，同时结合仿真软件进行实时演示，理论分析的同时又增强了同学们的直观认识程度，另外合理的安排同学们独立分析和仿真的内容，然后进行讨论和互动，使学生主动参与到教学过程中，让教与学紧密相结合.多次讲授结果表明这种讲解方法自然流畅，且有利于开拓学生的学习和思维能力，能够取得积极的课堂效果.

参考文献：

〔1〕丁道宏.电力电子技术[M].北京:航空工业出版社，1999.

第2篇：变压器基本工作原理范文

【关键词】电机与变压器；教学；教师；学习

“电机与变压器”是维修电工等专业的一门专业基础课。本课程由于牵涉到磁场的概念，使教学内容抽象、概念多、公式推导繁琐复杂，难于理解；直流电机、变压器、交流电机各部分相对独立，但又有内部联系；实践性强，但又必须有理论支持，同时还必须具备数学、电工基础、物理等多门学科的相关知识，导致学习这门课程存在着学生难学的情况。因此，必须从教学安排、教学内容、教学方法、教学手段、实验实践、学习方法等方面进行调整，激发学生的学习积极性和主动性，增强学生的实践动手能力和创新能力，提高课程教学质量。

一、教学安排

现在的实际应用的大部分是交流电机，直流电机的应用比重有所减小，所以在变压器、交流电机的内容上可适当加大，直流电机所占的比例可适当压缩。从讲课反馈上来看，按照先讲直流电机，再讲变压器，最后是交流电机的教学安排可能更合理些。因为学生在初中物理及技校的“电工基础”等课程中已初步地掌握了直流发电机和直流电动机的基本工作原理，所以接受起来并不很困难。变压器的工作原理也在“电工基础”的互感电路章节中有所涉及，它对“电机与变压器”中的内容有所铺垫，同时变压器与交流电机也有联系，可以把它看成是一台静止不动的交流电动机。对比变压器的一次测电压表达式和交流电动机的定子电压表达式，我们可以看到两者的表达式非常相像，只不过交流电动机多了，项基波绕组系数。当讲到交流电动机绕组的磁势和电势时我们会发现：变压器采用的是集中整距绕组，因此，交流电机为了抑制谐波的磁势和电势，采用短距分布绕组，所以，变压器可以看成是一台静止不动的交流电动机。当然，在讲课过程中也要注意两者的区别。笔者发现按照上述的讲课顺序进行教学，学生理解会更清晰些。

二、教学方法

优化课堂结构，培养自学能力。未来的文盲不再是不识字的人，而是没有学会怎样学习的人。在科学技术迅猛发展的今天，新的科技知识成倍地增长，人们只有具备获取新知识的学习能力，不断更新头脑中的知识结构，才能跟上时代的步伐。课堂教学是教师实施学法指导，学生形成学习能力的主阵地。在课堂教学中，应保证学生有充足的时间参与学习活动，把自学引进课堂。学法指导的课堂教学结构，应充分体现教师的主导作用、学生的主体作用。一般说来，技校生上课时精神不易集中，特别是每节课的后三分之一时间。因此，讲课就必须在开头30分钟内解决该节课的重点问题。要做到这点就得在备课上下工夫，备课时要面面俱到，讲课时要突出重点，优化知识结构。同时，在课堂教学中，应多采用启发和问题教学法，重点培养学生的思维能力，引发学生多角度思考；要通过收敛思维训练，培养学生综合分析和归纳概括的能力，帮助学生拥有自学的能力。

三、教学手段

教学中，如果仅靠板书的这种传统方式来讲解，不仅授课进程缓慢，影响教学进度，而且学生理解吃力，教学效果比较差。例如，三相旋转磁场的产生过程，该部分比较难理解，学生容易产生厌烦情绪。为此我们收集制作了一些PowerPoint图片和Flas等教学课件来演示三相旋转磁场的产生过程，电机实物进行现场演示。在一台去除了转子的交流电动机定子内部放置一个小磁针，在三相对称绕组上加上三相对称电源，将直观地看到小磁针转动。将三相交流电源中的任意两相电源线对调后，发现小磁针转动方向会改变。这样，学生就直观地看到了交流电机旋转磁场的正反转，便于理解交流电动机的正反转。由此我们就可以提出问题：为什么小磁针能够转动？采用这种方式在多媒体教学过程中解决问题。即提出问题一分析问题一解决问题。通过这样的现代教学手段，能够锻炼学生独立思考能力和独立解决问题的能力。采用多媒体等教学手段，结合理论知识进行分析和讲解，教师可将复杂、枯燥的内容变得直观、容易理解，给学生留下深刻的印象，学习过程也变得轻松愉快，教学效果很好。

四、实验实践

《电机与变压器》是一门实践性很强的学科。学生学完这门课后，应掌握电机变压器方面的一些理论知识，具备一定的设备维护保养和检修能力，因此，接触实物做实验这一环节必不可少。特别是针对当前国家注重实践教学，加强动手能力培养，强化技能训练的要求，电机实验起到理论教学与生产实际之桥梁作用，能更好地配合课堂教学，使学生通过实验以及对实验结果的分析，进一步加深对课堂知识的理解，既培养学生掌握基本的实验方法和操作技能，又培养学生分析问题、解决问题和实际动手的能力，达到学以致用、增强教学效果。目前，有些学校由于受条件限制，专业理论课类的教具不全，如交、直流电机模型，变压器模型，没有独立的电机实验室。教师可在有限的条件下实物拆解或做一些演示实验，对于不能做的，教师要进行过程讲解，让学生了解实验过程。按照教学计划，学生要进入工厂，车间的顶岗实习的学习阶段。实际体验各种电机和变压器的接线和工作过程，了解掌握各种电气设备的功能和使用。让工人师傅现场带领我们的学生掌握不同类型电气设备的操作，让学生对各种生产机械的主要结构及操作情况有亲身体验，通过工厂、车间的实习提高学生的实践能力，更快融入社会，工厂车间，做到学、用统一，为将来的就业打下良好基础。

五、学习方法

引导学生如何学习专业课目前，技校学生的学习现状不容乐观。大部分学生对学习缺乏主动、缺少自信心，学习缺乏独立性、自觉性，没有一套行之有效的学习方法。第一次接触此类专业课，许多学生都还停留在“不就是花点时间读读背背有关电机与变压器方面的问答题、填空题和计算公式吗？”因此，教师必须帮助学生形成专业课的学习观念和方法。可以从以下四个方面引导：首先，将专业课的学习与电路基础理论衔接，指导学生有针对性地预习。如教学变压器知识之前要求学生预习并巩固电磁感应知识、电感元件的电路模型，R-L电路的原理和方程。其次，帮助学生形成强烈兴趣。如讲授电机知识之前，可以要求学生说出生活和生产领域中电机作为动力的设备，如电风扇、冰箱、空调、抽油烟机、洗衣机等，或组织学生参观电机生产车间和电机修理厂，搜集电机应用方面的资料（如三峡机组的资料）介绍给学生，增加求知欲。再次，指导学生了解课程教学目的，教师结合教学大纲和自己对课程的把握情况，阐明《电机与变压器》的课程特点。如要求掌握变压器、异步电动机、直流电动机的结构、原理、主要特性、使用维护知识等。最后，培养良好的学习习惯，如紧扣预习、听课、复习、作业、小结五个环节进行学习。

只有培养良好的学习习惯，掌握科学的学习方法才能学得轻松。注重从结构到工作原理的知识联系电机和变压器这些电气设备在实际生产中看得见、摸得着，课程在内容安排上也是从结构到工作原理，教学时模型和实物不可少，如观察干式变压器，学生可以初步了解变压器的一、二次绕组，内外层绕组，熟悉芯式、壳式结构，为原理和应用的学习打下基础；对电力变压器进行现场教学就能快速帮助学生掌握它的主要结构、附属结构及特点。在学校现有的条件下，进行电机实物拆解，让学生对结构，各部件位置有直观认识，在头脑中建立起空间概念，为理解工作原理及建立电路模型打下基础。如学习异步电动机工作原理时，由于有了电机的空间概念，讲解时只需注意三点即可：（1）三相定子绕组通上三相交流电产生旋转磁场。（2）转子导体在磁场中切割磁力线产生感生电势、感生电流。（3）通电的转子导体在磁场中受力旋转。上新课时，应按照从结构到工作原理的顺序进行讲解，使学生知道什么样的结构决定了什么样的特性，让学生了解这些知识点之间的联系。加强理解性记忆很多学生在学完变压器内容，复习和巩固单元知识时得出：这门课不就是读读背背么，上课听不听关系不大。

事实上，记忆一个不理解或从未见过的知识比记忆一个理解的知识难得多。并且专业课远比基础课知识点多、概念深奥。因此，教师需要指导学生如何理解和记忆，以电焊变压器的外特性为例，其实，只要理解了外特性图，它的特点和原理就能掌握：（1）较高的起弧电压；（2）陡降的外特性；（3）短路电流不能太大；（4）电流大小可调。再如，变压器效率推导公式很复杂，其实它的效率也是输出与输入的比值，理解两者之差是铁损耗与铜损耗之和，就能解决效率计算问题。进行理解性记忆，不仅不易忘，考试复习时也无须多花时间，《电机与变压器》中类似内容很多，如他励直流电机外特性、交流电机外特性、电机启动、调速方法及特点等都需要教师指导学生在理解的基础上掌握。熟记专业术语学生试卷中常有这样的情形出现：问题的答案写出来了，但在书写时却白字连篇，音同字不同（如把“空载运转”写成“空在运转”，“变频调速”写成“变平调速”）。一些学生认为既然是理科，就不需记术语。其实，熟知术语能起到事半功倍的效果。为此，我常要求学生对一些术语要熟记，如电压调整率、机械特性、转差率、同步转速等概念。

参考文献

[1]雷霞.关于提高电力系统自动化课程教学效果的思考[J].高等教育研究（成都），2011（02）.

[2]姜汉荣.提高《电工基础》课程教学效果的途径[J].职业技术教育，2006（35）.

[3]洪琳.浅议如何提高《电工基础》教学效果[J].才智，2010（19）.

[4]姚明仁，曾晓，李智.《发电厂电气主系统》教学改革的研究与实践[J].中国电力教育，2007（09）.

[5]谭显芬.中职学校《电工基础》教学模式创新研究[J].中国科教创新导刊，2009（13）.

[6]王利红.中职电工基础教学实践与探索[J].中国教育技术装备，2010（15）.

[7]牛丽云.浅谈在《电工电子技术》教学中如何激发学生学习兴趣[J].太原城市职业技术学院学报，2008（12）.

[8]李中民，张平.行为引导型教学法在电类课程中的应用[J].中国科教创新导刊，2009（23）.

[9]陈鸿鹏，王勇，吕群松.提高医学院校《电路》课程教学效果的尝试[J].西北医学教育，2006（03）.

第3篇：变压器基本工作原理范文

【关键词】浅议；变压器；瓦斯保护；故障

0.引言

变压器是变电站主要的电气设备，对系统的安全和供电可靠性带来严重影响，瓦斯保护是变压器的主保护，能有效地反应变压器的内部故障，因此，运行人员要熟练掌握瓦斯保护的基本工作原理、保护范围、日常巡视检查项目、运行状态及瓦斯保护装置动作的原因和事故分析等，当故障发生时能准确作出判断。

1.工作原理

瓦斯保护是变压器内部故障的主要保护元件，能有效地反映变压器的内部故障，对变压器匝间和层间短路、铁芯故障、套管内部故障、绕组内部断线及绝缘劣化和油面下降等故障均能灵敏动作。当油浸式变压器的内部发生故障时，由于电弧将使绝缘材料分解并产生大量的气体，其强烈程度随故障的严重程度不同而不同。瓦斯保护就是利用反应气体状态的瓦斯继电器（又称气体继电器）来保护变压器内部故障的。

2.保护范围

瓦斯保护是变压器的主保护，它可以反映油箱内的一切故障。包括：油箱内的多相短路、绕组匝间短路、绕组与铁芯或与外壳间的短路、铁芯故障、油面下降或漏油、分接开关接触不良或导线焊接不良等。瓦斯保护动作迅速、灵敏可靠而且结构简单。但是它不能反映油箱外部电路（如引出线上）的故障，所以不能作为保护变压器内部故障的唯一保护装置。另外，瓦斯保护也易在一些外界因素（如地震）的干扰下误动作，对此必须采取相应的措施。

3.安装方式

瓦斯继电器安装在变压器到储油柜的连接管路上。

（1）首先将气体继电器管道上的碟阀关严。如碟阀关不严或有其他情况，必要时可放掉油枕中的油，以防在工作中大量的油溢出。

（2）新气体继电器安装前，应检查有无检验合格证明，口径、流速是否正确，内外部件有无损坏，内部如有临时绑扎要拆开，最后检查浮筒、档板、信号和跳闸接点的动作是否可靠，并关好放气阀门。

（3）气体继电器应水平安装，顶盖上标示的箭头方向指向油枕。

（4）打开碟阀向气体继电器充油，充满油后从放气阀门放气。如油枕带有胶囊，应注意充油放气的方法，尽量减少和避免气体进入油枕。

（5）进行保护接线时，应防止接错和短路，避免带电动作，同时要防止使导电杆转动和小瓷头漏油。

4.日常巡视检查项目

日常巡视检查应注意以下几点：

（1）气体继电器连接管上的阀门应在打开位置。

（2）变压器的呼吸器应在正常工作状态。

（3）瓦斯保护连接片投入应正确。

（4）油枕的油位应在合适位置，继电器内充满油。

（5）气体继电器防雨罩是否牢固。

（6）继电器接线端子处不应渗油，且应能防止雨、雪、灰尘的侵入，电源及其二次回路要有防水、防油和防冻的措施，并要在春秋二季进行防水、防油和防冻检查。

5.运行状态

关于瓦斯继电器的运行状态，规程中对其有如下规定：

（1）变压器运行时瓦斯保护应接于信号和跳闸，有载分接开关的瓦斯保护接于跳闸。

（2）变压器在运行中进行如下工作时应将重瓦斯保护改接信号：

1）用一台断路器控制两台变压器时，当其中一台转入备用，则应将备用变压器重瓦斯改接信号。

2）滤油、补油、换潜油泵或更换净油器的吸附剂和开闭瓦斯继电器连接管上的阀门时。

3）在瓦斯保护及其二次回路上进行工作时。

4）除采油样和在瓦斯继电器上部的放气阀放气处，在其他所有地方打开放气、放油和进油阀门时。

5）当油位计的油面异常升高或吸吸系统有异常现象，需要打开放气或放油阀门时。

（3）在地震预报期间，应根据变压器的具体情况和气体继电器的抗震性能确定重瓦斯保护的运行方式。地震引起重瓦斯保护动作停运的变压器，在投运前应对变压器及瓦斯保护进行检查试验，确认无异常后，方可投入。

6.瓦斯保护信号动作的主要原因

6.1轻瓦斯动作的原因

（1）因滤油、加油或冷却系统不严密以至空气进入变压器。

（2）因温度下降或漏油致使油面低于气体继电器轻瓦斯浮筒以下。

（3）变压器故障产生少量气体。

（4）变压器发生穿越性短路故障。在穿越性故障电流作用下，油隙间的油流速度加快，当油隙内和绕组外侧产生的压力差变化大时，气体继电器就可能误动作。穿越性故障电流使绕组动作发热，当故障电流倍数很大时，绕组温度上升很快，使油的体积膨胀，造成气体继电器误动作。

（5）气体继电器或二次回路故障。

以上所述因素均可能引起瓦斯保护信号动作。

6.2 重瓦斯动作的原因

（1）变压器内部故障。

（2）二次回路问题误动作。

（3）某些情况下，由于油枕内的胶囊（隔膜）安装不良，造成呼吸器堵塞，油温发生变化后，呼吸器突然冲开，油流冲动使气体继电器误动作跳闸。

（4）外部发生穿越性短路故障。

（5）变压器附近有较强的震动。

7.瓦斯保护装置动作后的处理

（1）立即投入备用变压器或备用电源，恢复供电及系统之间的并列。

（2）瓦斯保护信号动作时，立即对变压器进行检查，查明动作原因，是否因积聚空气、油面降低、二次回路故障或是变压器内部故障造成的。如气体继电器内有气体，则应记录气体量，观察气体的颜色及试验是否可燃，并取气样及油样做色谱分析，可根据有关规程和导则判断变压器的故障性质。

1）若气体继电器内的气体无色、无臭且不可燃，色谱分析判断为空气，则变压器可继续运行，并及时消除进气缺陷。

2）若气体继电器内的气体可燃且油中溶解气体色谱分析结果异常，则应综合判断确定变压器是否停运。

（3）瓦斯继电器动作跳闸时，在未查明原因和消除故障前不得将变压器投入运行。要从以下几方面进行综合判断：

1）是否呼吸不畅或排气未尽。

2）保护及直流等二次回路是否正常。

3）变压器外观有无明显反映故障性质的异常现象。

4）气体继电器中积聚的气体是否可燃。

5）气体继电器中的气体和油中溶解的气体的色谱分析结果。

6）必要的电气试验结果。

7）变压器其它继电保护装置的动作情况。

8.瓦斯保护的反事故措施

瓦斯保护动作，轻者发出保护动作信号，重者跳开变压器开关，不能保证供电的可靠性，对此提出了瓦斯保护的反事故措施：

（1）将瓦斯继电器的下浮筒改为档板式，触点改为立式，以提高重瓦斯动作的可靠性。

（2）为防止瓦斯继电器因漏水而短路，应在其端子和电缆引线端子箱上采取防雨措施。

（3）瓦斯继电器引出线应采用防油线。

（4）瓦斯继电器的引出线和电缆应分别连接在电缆引线端子箱内的端子上。

9.结论

变压器瓦斯信号动作后，运行人员必须对变压器进行检查，查明动作的原因，并立即向上级调度和主管领导汇报，上级主管领导应立即派人去现场提取继电器气样、油样和本体油样，分别作色谱分析。根据有关导则及现场分析结论采取相应的对策，避免事故的发生，以保证变压器的安全经济运行。

【参考文献】

[1]国家电网公司.变压器运行规程.

第4篇：变压器基本工作原理范文

本文主要针对油浸式配电变压器的故障类别进行分析举例，提出了一些具体的预防措施，旨在提高配电网络供电的可靠性、安全性。

关键词：配电变压器；故障分析；预防措施；可靠性、安全性

中图分类号： TM4 文献标识码： A 文章编号：

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

配电变压器是配电网络系统中电能分配的重要设备，虽有高压熔丝、低压保险片、避雷器、接地等多重保护，但由于内部结构复杂，电、磁场、热引发的电动力、热应力以及绝缘油的自身老化、劣变等因素，使其烧毁或故障在所难免。如何监控，做好日常维护与应急处理，让其延长寿命为供电网络正常运行服好务呢？

只有懂得了它的一些基本原理，知道了配电变压器发生故障的一些要素以及征兆后，我们才能有的放矢，有效防止配电变压器意外损坏，降低配电变压器事故率，延长配电变压器的使用寿命，确保电网安全、稳定、可靠运行。

1 变压器基本知识

1.1 变压器的工作原理

变压器属静止电机，它可以将一种电压、电流的交流电转换成同频率的另一种电压、电流的交流电。变压器是变换交流和阻抗的器件，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）。 变压器广泛应用发、输、配电系统和工农业生产、生活实际。以下以单相变压器为例介绍其工作原理，如图1所示。

图1 变压器工作原理图

由于原绕组接通电源后，流过原绕组的电流是交变的，因此在铁芯中就会产生一个交变磁通，这个交变磁通在原副绕组中感应出交流电势e1和e2,该电势的大小E1和E2均正比于磁通的变化率与对应绕组的匝数，由于闭合铁芯中交变磁通原、副绕组共用，则有

E1/ E2=N1/N2

式中 E1——原绕组的感应电势有效值

E2——副绕组的感应电势有效值

N1——原绕组的匝数

N2——副绕组的匝数

1.2变压器的结构

变压器一般由导电材料、磁性材料和绝缘材料三部分组成。

(1)导电材料 变压器的导电材料主要是各种上强度较高的漆包线，只有在调谐用高频变压器中使用纱包线。

(2)磁性材料 电源变压器和低频变压器中使用的磁性材料以硅钢片为主。中频变压器、脉冲变压器、振荡变压器等使用的磁性材料以铁氧体磁材为主。

(3)绝缘材料 变压器的绝缘材料除骨架外，还有层间绝缘材料及浸渍材料（绝缘漆）等。

1.3变压器分类简介

一般常用电源变压器的分类可归纳如下：

1.3.1按相数分

(1)、单相电源变压器：用于单相负荷和三相电源变压器组。

(2)、三相电源变压器：用于三相系统的升、降电压。

1.3.2按冷却方式分

（1）干式电源变压器：依靠空气对流进行冷却，一般用于局部照明、电子线路等小容量电源变压器。

（2）油浸式电源变压器：依靠油作冷却介质、如油浸自冷、油浸风冷、油浸水冷、强迫油循环等。

1.3.3按用途分

（1）电力变压器：用于输配电系统的升、降电压。

（2）仪用变压器：如电压互感器、电流互感器、用于测量仪表和继电保护装置。

（3）试验变压器：能产生高压，对电气设备进行高压试验。

（4）特种变压器：如电炉变压器、整流变压器、调整变压器等。

1.3.4按绕组形式分

（1）双绕组变压器：用于连接电力系统中的两个电压等级。

（2）三绕组变压器：一般用于电力系统区域变电站中，连接三个电压等级。

（3）自耦变电器：用于连接不同电压的电力系统。也可做为普通的升压或降后变压器用。

1.3.5按铁芯形式分

（1）芯式变压器：用于高压的电力变压器。

（2）非晶合金变压器：非晶合金铁芯变压器是用新型导磁材料，空载电流下降约80%，是目前节能效果较理想的配电变压器，特别适用于农村电网和发展中地区等负载率较低的地方。

（3）壳式变压器：用于大电流的特殊变压器，如电炉变压器、电焊变压器；或用于电子仪器及电视、收音机等的电源变压器。

2 配电压器常见故障原因分析

2．1 绕组故障

(1)匝、层间短路。由于农村部分低压线路维护不到位，经常发生超铭牌容量运行或变压器出口短路故障。短路使变压器的电流超过额定电流几十倍，由于绕组温度迅速升高，导致绝缘老化；同时绕组由于受到较大电磁力的作用，产生振动与变形，而损坏匝间绝缘；另外，厂家在制造过程中，绕组内层浸漆不透，干燥不彻底，绕组引线接头焊接不良等绝缘处理不完整也是导致配电变压器匝间、层间短路一个方面。

(2)相间短路。变压器主绝缘老化，绝缘降低；变压器油击穿电压偏低；或由其他故障扩大引起相间短路。如绕组有匝间短路或接地故障时，由于电弧及熔化了的铜(铝)粒子四散飞溅，使事故蔓延扩大，发展为相间短路。

第5篇：变压器基本工作原理范文

本文用“翻转课堂”理念设计《变压器》教学过程，以供大家共同探讨.

1教学内容分析

1.1教材分析

《变压器》是高中物理选修3-2教材中的内容，在之前有交变电流的相关知识，后面有电能输送相关知识，是一个关键的知识点，涉及电磁感应，互感等知识内容，教材主要介绍变压器的构造，通过实验探究变压器原副线圈的电压与变压器两线圈匝数的关系.学生通过本节内容的学习，既可以学习到一些有用的知识，分析探究物理问题的方法，还可以更深刻的认识到物理与日常生活息息相关.

1.2学情分析

学生已经学习了电磁感应的产生条件以及所遵循的基本规律，学会分析和解释与电磁感应现象有关的物理现象.还学习了交变电流的相关知识，知道交变电流的产生及特点，知道这种电流与生产生活密切相关.变压器是生活中较常见的一种电气设备，与生产生活联系密切，应注重课堂与现实生活的联系.培养学生的实验实践观察能力，理论推导能力.

2教学目标

知道变压器的基本构造；理解变压器的工作原理；探究并应用变压器的各种规律；能熟练应用控制变量法探究多变量问题；通过实验探究体会科学探索过程，能体会能量守恒无处不在，激发科学探究的热情，培养理论联系实际的能力.

3教学重点、难点

教学重点：变压器的工作原理以及变压规律.

教学难点：变压器变压比和匝数比关系；运用变压器规律解决与变压器相关问题.

4教学资源

教师：教材，多媒体电脑，PPT课件，微视频，课前预学习练习、课堂反馈练习、拓展资料、变压器、交流电压表、交流电流表、可拆卸闭合铁芯.

学生：教材、多媒体电脑.

5教学流程设计

5.1教学设计思路

翻转课堂的理念是学生先学后教，学生课前通过阅读教材，观看老师制作的微课视频，课前联系，查阅相关资料进行预学习，理解并掌握相关知识.课堂上进行交流讨论，验证，探究，拓展.加深理解，并能理论联系实际，解释或解决生活中的相关问题.

5.2教学进程

5.2.1课前

教师：

（1）课前制作微课：根据电磁感应知识，判断两个彼此靠近互不相连的线圈，给其中一个线圈通直流电，另一个线圈中不会有电流产生；给一个线圈中通交变电流，另一个线圈中会有感应电流产生，这是电磁感应现象.若果把两个线圈套在同一个铁芯上，重复上述操作，会有什么现象产生？认识变压器以及构造.

探索：两个线圈中的电压大小有什么关系？它们之间满足什么规律？

实验：保持线圈匝数不变，改变输入电压大小；

保持原线圈电压以及匝数不变，改变副线圈匝数，测量副线圈电压；

保持原线圈电压以及副线圈匝数不变，改变原线圈匝数，测量副线圈电压；

归纳，原副线圈的电压比与匝数比的关系.

（2）学生收集相关信息，了解变压器在生活生产中的应用，了解变压器的相关知识.

（3）编制课前学生练习，收集与变压器相关的资料，拓宽学生的视野.

（4）将制作的微视频、资料、练习上传到网络平台.

（5）在网络平台与学生组织进行交流，及时回答学生提出的问题，统计学生存在的共性问题，为课堂教学活动准备.

学生：

（1）学生通过观看微视频、阅读教材、查阅资料预先自主学习.

（2）学生在网络平台提出自己在学习过程中遇到的问题，并进行交流.

（3）完成老师上传的课前作业.

设计意图翻转课堂教学模式是让学生先学习，发现问题，提出问题，然后自己通过查找资料，与同学老师交流，讨论，分析问题，解决问题并拓展应用，解决相关问题，课堂的重点不再是传授课本知识，而是学生交流讨论的平台，拓展的空间，学生学习基本知识的时间都是课外独立自主完成，教师给学生提供交流平台，辅助学生查找资料，合作学习，课堂上更具有针对性，重点更突出，目标更明确，课堂效率更高.

5.2.2课堂中

（1）学生自学情况反馈

教师：通过系统平台统计，检查学生课前学习情况，了解学生的困惑、难点与错误.教师进行反馈及答疑，共性问题集体讲解，针对不同的学生不同的问题分别解释答疑交流.

学生：通过老师讲解自检自查，纠正自己的自学练习与学习情况.

分组讨论.

教师：将学生分成4～6人一组，讨论变压器变压原理以及在生活中的应用，应用变压器是应该注意的问题.

5.2.3合作探究

演示变压器副线圈空载时，原线圈的电流和电压.

教师：将一实验室用理想变压器原线圈与一个交流电流表串联，保持副线圈空载，后与交变电流源接通，用交流电压表测量原线圈电压，电流表示数为零.

学生：[JP3]观察现象，提出问题，分组讨论，分析原理，解释现象.[JP]

变压器副线圈空载，就没有消耗能量，变压器就不能输入能量.――能量守恒.

进一步分析变压器工作时可能会有哪些方式消耗能量？

电能―磁场能―电能

线圈―铁芯―线圈

第6篇：变压器基本工作原理范文

    关键词:电阻炉温度控制系统 PID调节器的参数整定 单元组合仪表

    中图分类号:TH86 文献标识码:A 文章编号:1007-9416(2011)03-0009-02

    尽管科学在日新月异的飞速发展,控制手段也在不断的向前进步,智能化、集成度、开放性、可靠度越来越高,目前常用的控制方式有PLC、DCS系统、现场总线控制系统、开放式控制系统等,它们的功能越来越强大、性能越来越完善,比如说控制精度、抗干扰能力、防爆性等都有了很大的提高,但是各种控制方式最基本的思想是一致的。

    1、电阻炉温度控制系统

    1.1 炉温控制的基本原理

    本设计中采用DDZ-III型电动单元仪表组合来实现对电阻炉温度的控制,其主要控制规律是PID控制。由热电偶检测炉内实际温度后,经过热电偶温度变送器转换为4-20mA的直流电流信号送往调节器,调节器对炉温的测量值与给定值进行比较,根据偏差进行比例、积分、微分运算后,(其输出为统一标准电流信号4-20mA)其输出信号去控制执行机构的动作,执行机构的动作改变变压器的供电电压,从而实现了对电阻炉温度的控制。

    1.2 各设备的工作原理及其用途

    电阻炉;被控对象电阻炉是实验室所用的管式电阻炉,该种电阻炉供实验室、工矿企业、科研单位进行化学分析、物理测定、加热时使用。

    变压器;变压器是改变交流电压的设备。它是由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成,跟电源相连的线圈叫原线圈(也叫初级线圈),另一个跟负载相连的叫副线圈(也叫次级线圈),铁芯由涂有绝缘漆的硅钢片叠合而成。互感现象是变压器工作的基础。原线圈上加交变电压,原线圈中就有交变电流,在铁芯中产生交变磁通量,原、副线圈中都要引起感应电动势。若副线圈是闭合的,则副线圈中就要产生交变电流,此交变电流也在铁芯中产生交变磁通量,在原、副线圈中同样要引起感应电动势。在原、副线圈中由于有交变电流而发生的互相感应现象,叫互感现象.正是由于互感现象。才使得原、副线圈虽不相连,电能却可以通过磁场从原线圈到达副线圈。

    1.3 变压器在本控制系统中的作用

    在控制系统中,变压器是用来给电阻炉供电的,它与角行程电动执行器相连,通过执行器手柄的转动来改变变压器的供电电压,从而实现了调节炉温的作用。

    1.4 热电偶工作原理

    热电偶是一种感温元件,它把温度信号转换成热电动势信号,通过电气仪表转换成被测介质的温度。热电偶测温的基本原理是两种不同成份的均质导体组成闭合回路, 当两端存在温度梯度时,回路中就会有电流通过,此时两端之间就存在电动势——热电动势,这就是所谓的塞贝克效应。

    1.5 热电偶优点

    热电偶是工业中常用的温度测温元件,具有如下特点:(1)测量精度高:热电偶与被测对象直接接触,不受中间介质的影响。(2)热响应时间快:热电偶对温度变化反应灵敏。(3)测量范围大:热电偶从 -40~+ 1600℃ 均可连续测温。(4)性能可靠, 机械强度好。使用寿命长,安装方便。

    2、PID调节器及其参数的整定

    在实际工业生产应用中,调节器是构成自动控制系统的核心仪表,它的基本功能是将来自变送器的测量信号与给定信号相比较,并对由此所产生的偏差信号进行比例、积分或微分处理后,输出调节信号控制执行器的动作以实现对不同被测或被控参数如温度、压力、流量或液位等的自动控制。

    2.1 P、I、D各运算规律的作用

    基本运算规律比例(P)、积分(I)和微分(D)三种,PID调节器的运算规律就是由这些基本运算规律组合而成。下面分别介绍三种基本控制规律的特点。

    2.1.1 比例(P)控制规律

    具有比例控制规律的调节器其输出信号的变化量ΔY与偏差信号ε之间存在比例关系,用微分方程形式表示为:

    ΔY=KPε

    式中,KP为一个可调的比例增益。显然,当有偏差信号存在时,调节器的输出立刻与偏差成比例地变化。这是一种最基本、最主要、应用最普遍的控制规律,它能及时和迅速地克服扰动的影响,从而使系统很快地达到稳定状态。但因调节器的输出信号与输入信号须始终保持比例关系,所以在系统稳定后,被控变量无法达到给定值,而是存在一定的残余偏差,即残差。

    2.1.2 积分(I)控制规律

    具有积分控制规律的调节器其输出信号的变化量ΔY与偏差信号ε的积分成正比,用微分方程形式表示可为:

    式中,为积分时间;为积分速度。显然,斜率与调节器积分速度成正比的直线是积分过程的描述。直线越陡,表示积分速度越快,积分作用越强。

    2.1.3 微分(D)控制规律

    具有微分控制规律的调节器其输出信号的变化量ΔY与偏差信号ε的变化速度成正比,用微分方程形式表示可为:

    式中,为微分时间;为偏差信号的变化速度。

    在阶跃输入信号出现的瞬间,即t=t1时,偏差信号的变化为无穷大,因而理论上输出也应达到无穷大;而当t>t1时,输出信号的变化等于零。实际上,这种理想的微分作用是无法实现的,而且也不可能获得好的调节效果。它是在阶跃发生的时刻,输出突然跳跃到一个较大的有限值,然后按指数曲线衰减直至零。该跳跃跳的越高或降的越慢,表示微分作用越强。

    2.2 DDZ-III型调节器PID控制规律的实现

    DDZ-III型调节器PID控制规律是利用运算放大器电路先分别形成PD和PI控制规律,然后再串联形成PID控制规律的。考虑微分控制规律只有在输入信号发生变化时才起作用,而且该变化越大微分作用明显,因而运算放大电路中先进行微分调节作用,然后再进行积分作用。

    2.3 PID调节器的参数整定方法

    PID控制器的参数整定是本控制系统设计的核心内容。它是根据被控过程的特性确定PID控制器的比例系数、积分时间和微分时间的大小。而且,在工业控制中,目前应用最多的控制方法仍然是PID控制。但PID控制器的参数与系统所处的稳态工况有关。一旦工况改变了,控制器参数的“最佳”值也就随着改变,这就意味着需要适时地整定控制器的参数。

    在实时控制中,一般要求被控过程是稳定的,对给定量的变化能够迅速跟踪,超调量要小且有一定的抗干扰能力。一般要同时满足上述要求是很困难的,但必须满足主要指标,兼顾其它方面。参数的选择可以通过实验确定,也可以通过试凑法或者经验数据法得到。

    3、结语

    通过文章的介绍我们可以对电阻炉温度控制系统有了一定的的认识和了解,对DDZ-III仪表的工作原理及使用有了进一步的掌握。控制系统的开发设计是一项复杂的系统工程,必须严格按照系统分析、系统设计、系统实施、系统运行与调试的过程来进行,遇到新的问题就不断探索和努力,最终才可以使问题得到解决。

    参考文献

第7篇：变压器基本工作原理范文

关键词：智能风冷控制 变压器 IEC61850 控制IED设计 智能变电站

中图分类号：TM401.2 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2012）11-0032-02

随着智能电网的快速发展与推进，变压器智能化的研究与设计将是变压器技术发展的方向，风冷控制系统作为变压器不可或缺的重要组成部分[1-2]，必需满足变压器智能化发展的要求。目前我国的220kV及以上电压等级的变压器大多采用强油风冷冷却方式[3-5]，控制部分大多采用PLC或单片机完成，系统构成比较复杂，控制功能简单且控制模式基本固定，整个控制系统比较独立和封闭，基本不与其他设备信息交互[6-7]，在智能电网通讯及信息共享的要求下，传统风冷控制系统已不能适应智能变压器发展的要求。

本文详细介绍了变压器智能风冷控制系统的设计，包括系统构成及配置情况、控制原理、功能实现以及控制IED软硬件设计等。

1、系统构成及配置

1.1　系统构成

智能变电站自动化系统基于IEC61850通讯及信息共享要求，变压器风冷控制作为过程层设备应接入过程层网络，信息通过过程层网络传输，包括控制所需的测量数据、控制指令以及监测结果等，系统构成如图1所示。

1.2　系统配置

变压器智能风冷控制器包括冷却控制IED以及就地控制柜组成，根据目前运行的情况，控制器配置分为如下三种情况：（1）对于无特需要求情况，冷却控制IED作为控制主体安装在就地控制柜上，配置必要的辅助执行单元和电路，完成所有控制及信息传输功能；（2）对于就地控制柜已有简单智能控制器的情况，如PLC、单片机等控制执行单元，冷却控制系统由冷却控制IED与智能控制设备及辅助电路组成，完成控制及信息传输功能；（3）对于就地控制柜采用了特殊控制方式的情况，如风机控制采用变频器控制方式，冷却控制系统由冷却控制IED与变频器及辅助电路组成，完成控制及信息传输功能。

2、工作原理

2.1　基于IEC61850网络通信的数据传输

冷却控制IED所需测量数据主要来自测量IED，包括主变本体相关的油温、绕组温度、主变负荷等，来自其他监测IED数据包括铁芯监测电流、主变油中气体分析数据等，来自智能终端数据包括主变运行信息等，通过过程层网络GOOSE传输方式接收。

控制指令包括来自后台的远方控制指令经测控装置的控制信息、冷却控制IED发给智能终端跳闸信息等，均通过GOOSE传输机制，高效、快速的通过过程层网络传输。

2.2　控制IED运行方式

传统风冷控制系统由于数据采集的局限性，一般采用固定的“运行”、“辅助”、“备用”模式对风机组的控制，或采用奇偶数组控制模式控制风机组的启停，控制模式固定单一，不利于节能和设备的有效利用。变压器智能风冷控制设计运行方式分为手动和自动，其中手动方式又分为就地手动和远方手动控制方式。自动运行方式下，控制IED根据油温、绕组温度、变压器运行负荷情况以及变化趋势或者异常情况如主变铁芯电流的增大、油中气体反映出的热故障等，综合判断出需要运行的风机组数，发出控制指令启停风机组，完成主变的冷却控制要求。当处于手动就地控制方式时，与传统就地控制手动方式基本一致，运行人员在控制柜就地通过把手或按钮控制风机组的启停；当处于手动远方控制时，通过后台或调度等将控制风机组启停命令下发给测控单元，由测控转发控制指令到冷却控制IED，完成风机组的控制。

2.3　控制IED控制执行

根据1.2节介绍的配置情况，风冷控制IED的控制执行分为：（1）冷却控制IED直接控制辅助电路，如接触器和继电器等，完成风机组和油泵的启停，冷却控制IED需要有开出回路设计要求；（2）采用冷却控制IED与智能控制设备及辅助电路组成的配置系统，冷却控制IED采用通讯的方式与智能控制器信息交互，完成控制及信息传输功能；（3）采用冷却控制IED与变频器及辅助电路组成的配置系统，冷却控制IED采用通讯或模拟量输入输出方式，完成控制及信息传输功能。

3、功能实现

3.1　控制电源热备用

电源控制设置自动手动切换，在自动模式下，控制电源自动完成双电源的互为备用，且具备自锁功能，即当一路电源工作时，另一路电源可靠断开。在手动模式下，支持远方手动切换。

3.2　数据采集

支持GOOSE方式从过程层网络接收与风冷控制相关的测量量，完成控制所需的数据采集功能。

3.3　控制

控制策略根据综合数据分析，合理配置风机运行组数，满足变压器运行要求的同时兼顾节能、循环启停风机组以及风机组先启先停运行等原则。

3.4　切换

切换功能完成远方、就地以及手动、自动等控制方式的切换，满足不同运行方式要求。

3.5　通信

风冷控制IED具有过程层网络IEC61850通信功能，支持GOOSE方式数据接收和发送，完成网络数据的采集以及控制命令、控制结果和监测等数据的发送。

3.6　自检及告警

风冷控制系统的控制IED以及其他智能设备具有自检以及异常告警功能，实现自身状态检修。

3.7　对时

控制IED满足智能变电站所要求的对时精度和对时方式。

4、控制IED软硬件设计

4.1　硬件构成

硬件组成包括CPU、FPGA控制器、通信模块、开出控制器、开入采集单元等组成。硬件设计结构框图如图2　所示：

系统所需数据均通过过程层网络获取，设置开入插件满足就地信号的便捷接入，当就地控制柜配置有智能控制设备时，开出插件可不配置。

4.2　软件设计

根据变压器智能风冷控制功能要求以及控制策略设计，其主程序设计流程如图3。

5、结语

变压器智能风冷控制系统设计对变压器的安全稳定运行至关重要，该风冷控制系统的设计符合智能变电站通讯要求，满足变压器安全稳定运行要求，智能化程度高，节能且风机组运行效率及使用寿命等方面都得到了很大提高，运行方式灵活，适应性强，符合风冷控制系统的技术发展。

参考文献

[1]邓世杰.大型变压器风冷却系统的自动控制[J].变压器，2003年第10期.DENG　Shi-jie.　Automatic　Control　of　Forced　Air　Cooling　System　in　Large　Transformers　[J].Transformer，2003，10.

[2]李化波.一种新型变压器冷却控制装置的研制[J].电气应用，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的大型电力变压器冷却控制装置的研究[M].硕士论文.华北电力大学（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]王泽峰，等.新型变压器风冷控制系统在电网中的应用［J］.变压器，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]杨凯，等.新型智能变压器风冷控制系统[J].电工技术，2003年第9期.YANG　Kai.　The　Transformer　Air　Cooling　System　Based　On　MCU　Control[J].　Electric　Engineering，，　2003　09.

[6]冷志国.大型变压器风冷控制系统的研究[M].硕士论文.哈尔滨理工大学.LENG　Zhi-guo.　Design　on　the　Wind　Cooling　Control　System　of　Transformer[M].　Master's　thesis，　Harbin　Institute　of　Technology.

第8篇：变压器基本工作原理范文

[关键词]全桥变换器；电压

中图分类号：TG37 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）35-0045-01

1、全桥变换器的基本结构

全桥变换器是由基本的Buck电路演变得来的，本质上是Buck类隔离变换器。Buck变换器引入一个变压器得到单管正激变换器；用两只开关管替代单管正激变换器的一只开关管得到双管正激变换器；全桥变换器可看成由两个双管正激变换器交错并联而成，并且两个变压器要共用一副磁芯，可以通过共用一个原边绕组实现；如上图，Q1-Q4为开关管、D1-D4为二极管、Lr谐振电感、、为输出整流二极管、Lf为输出滤波电感、Cf为输出滤波电容。

2、全桥变换器的基本工作原理

全桥变换器的控制方式有双极性控制、有限单极性控制和移相控制方式；本文采用移相控制方式，在该方式中，每个桥臂中的两只开关管都是180°互补导通，且两个桥臂的开关信号间存在一个相移，可通过控制此相移来控制输出电压脉宽大小，进而控制输出电压。

全桥变换器工作时，斜对角两只开关管为同时导通，主要波形如下：

当斜对角开关管Q1和Q4同时导通时，如图，移相全桥中点间电压为vAB，即变压器原边电压，为Vin；此时副边整流二极管Dr1会导通，且整流后的电压为（K是变压器原副边匝数比）；输出滤波电感Lf端电压为，其内电流iLf是线性增加的；那么原边电流，也线性增加，流过Q1和Q4。

当Q2和Q3管同时导通时，变压器原边电压，此时副边整流二极管Dr2导通，整流后电压，Lf电流线性增加。

当四只开关管都关断时，则原边电流ip变为零，滤波电流iLf将经两只整流二极管续流，此时两只整流二极管各流过滤波电流的一半，亦即。因为两只整流二极管都导通，变压器两个副边电压均为零，此时加在Lf上的电压为-Vo；这个负电压使滤波电流iLf线性下降。

3、移相全桥变换器的工作原理

传统的全桥PWM变换器适用于输出低电压大功率，以及电源电压和负载电流变化大的场合。为了提高变换器的功率密度，减少单位输出功率的体积和重量，需提高开关频率f。将谐振变换器与PWM技术结合起来构成软开关PWM控制方案，既能实现功率开关的软开关特点，又能实现恒频控制。在DC/DC变换器中多采用全桥移相控制软开关PWM变换器，它是直流电源实现高频化的理想拓扑之一，在中、大功率变换器应用场合。用软开关技术实现的DC/DC变换器其效率可达90%以上。移相控制零电压开关PWM变换器（ZVS-PWM Converter）利用变压器的漏感或原边串联电感和功率管的寄生电容或外接电容来实现零电压开关。每个桥臂的两个功率管成180°互补导通，两个桥臂的导通角各相差一个相位，即移相角，通过调节移相角的大小来调节输出电压。

主要波形

一个开关周期中，移相控制ZVS PWM DC/DC全桥变换器有12种开关模态。

4、Saber软件介绍

电力电子系统的计算机仿真已经成为其产品设计研发过程中一个很重要的环节，Matlab和Saber是目前使用最多的电力电子仿真软件。与Matlab相比Saber由其较为突出的优点软件相比其仿真速度快、收敛性好、仿真结果的准确性高。本文使用Saber仿真软件对移相全桥DC/DC变换器与零电压变换器进行了分析和验证。在此就不对Saber软件进行详细介绍了。

第9篇：变压器基本工作原理范文

关键词：高压直流输电；特点；发展前景

中图分类号：F407 文献标识码： A

前言

二十一世纪的今天，随着用电量的不断增加，在输电线路形式上不断改革，提升输送电力的容量和电压时满足人们日益增长用电需求的重要手段。然而如何在直流电的输送过程中对直流输电系统做好防护措施，是目前电力工作者所不得不面对的一个难题。

一、建设高压直流输电线路的意义

随着经济的迅猛发展，世界各国的用电量日益增长。其中所有发达国家的发电量都能满足其负荷的需求，他们能做到大功率、高电压、长距离的输送电能。而在我国供电能力却远远跟不上负荷的需求，电力行业的落后直接影响了我国经济的快速发展。我国的国情决定了在未来很长的一段时期里还需长期进行基础建设和基础工业的建设，这需要强大的电力能源来做为快速发展经济建设的坚实后盾。在电力输送技术中，高压直流输电具有输送距离长、容量大、控制灵活、调度方便的优点。电力能源与负荷之间的超远距离和超大负载正需要这种输电方式。在输电过程中，通过换流器把交流变为直流，再通过高压线输送到下一个换流站转换成交流电，最后并入电网。高压直流输电与交流输电相比具有输送方式灵活、损耗低、输电走廊占用少、可控性高等点。除此之外，高压直流输电方式还对电网的安全、可靠、稳定运行提供了有力保障。正是基于高压直流输电的种种优点，使得世界各国对此不断的研究、应用与发展。

二、换流站换流装置

直流输电过程中的换流站由基本换流单元组成，换流单元在换流站内进行换流的换流装置，主要由换流变压器、换流器、相应的交流滤波器和直流滤波器以及控制保护装置等组成。目前我国换流站所采用的基本换流单元有6脉动换流单元和12脉动换流单元两种。它们的工作原理大同小异，主要区别在于所采用的换流器不同，前者采用6脉动换流器（三相桥式换流回路），而后者则采用1脉动换流器（由两个交流侧电压相位相差30°的6脉动换流器所组成）。目前我国绝大多数换流站选用12脉动换流器作为基本换流装置。

1、技术点

电压源换流器直流输电除了有传统直流输电的优点以外，还有以下共同技术点：

1.1减少了换流站的设备、简化换流站的结构。

1.2控制方式灵活，使输电工程具有良好的运行性能，不增加系统的短路功率；可向无源网络电，方便连接分布电源等。

1.3不需要依靠交流系统的能力来维持电压和频率稳定。

1.4当潮流反转时，直流电流方向反转而直流电压极性不变，与传统HVDC恰好相反。

1.5不仅不需要交流侧提供无功功率而且能够起到STATCOM的作用，即动态补偿交流母线的无功功率，稳定交流母线电压。

1.6受端系统可以是无源网络，克服了传统HVDC受端必须是有源网络的根本缺陷，可用于远距离孤立负荷供电。

1.7正常运行时，在控制其与交流系统间交换有功功率的同时，还可以对无功功率进行控制，较传统HVDC的控制更加灵活。

1.8控制系统可以根据交流系统的需要实现自动调节，两侧换流器不需要通信联络，从而减少了通信的投资及其运行维护费用。

1.9交流侧电流可以控制，因此不会增加系统的短路容量。

1.10电网故障后恢复控制能力良好。

三、换流器的基本工作原理

1、6脉动整流装置工作原理

目前，我国换流站广泛采用的晶闸管换流阀具有单相导电性。换流阀只能在阳极对阴极为正电压时，才能单方向导通，不可能有反向电流，所以直流电流不可能有负值。6脉动整流装置原理图如图1所示。

整流端换流站交流系统ABC三相交流电通过换流变压器在二次侧感应出abc三相交流电，二者相位相差30°。abc三相交流电通过环流阀整流形成6脉动电压Ud。整流后Ud波形分析过程如图2所示。从波形图中可以很直观的看出相电压Ua、Ub、Uc线电压Uab、Ubc、Uca和整流输出电压Ud的波形以及它们之间的相位关系。线电压超前对应相电压30°，线电压通过整流桥形成图中所示Ud波形。Ud波形为6脉动波形，它们是由Uab、Uac、Ubc、Uba、Uca、Ucb按顺序组合而成。我们可以看出此时Ud波形和我们理想的直流电波形很有一定差别，但通过平波电抗器和直流滤波器等滤波装置之后就可以形成较为理想的直流波形。

2、6脉动逆变装置工作原理。

逆变过程是将直流电转换为交流电的过程。直流输电所用的逆变装置，目前大部分均为有源逆变装置，它要求逆变装置所接的交流系统提供换相电压和电流，及受端换流站交流系统必需要有交流电源。换流器作为逆变站运行时，逆变器的6个阀按同整流过程一样的顺序，借助于换流变压器阀侧绕组的两相短路电流进行换相。6个阀有规律性通断，在一个工频周期内，分别在共阳极组和共阴极组的三个阀中，将流入逆变器的直流电流，交替的分成三段，分别送入换流变压器的三相绕组，完成将直流电转变为交流电的过程。

3、12脉动换流装置工作原理。

12脉动换流装置工作原理相同，是由两个6脉动换流装置在直流侧串联而成，其交流侧通过换流变压器的网侧绕组而并联。换流变压器的阀侧绕组一个为星形连接，而另一个为三角形连接，从而使得两个6脉动换流器的交流侧，得到两个相位相差30°的换向电压。其整流和逆变原理和6脉动分析方法一样。

相对于6脉动换流器，12脉动换流器的优点是其直流电压波形质量好，所含的谐波成分少。其直流电压为两个换相电压相差30°的6脉动换流装置的直电压之和，在每个工频周期内有12个脉动数，波形更为平滑。

四、直流输电技术的应用

直流输电的应用范围取决于我国目前直流输电技术的发展水平和我国能源需求分布。目前我国实际采用的输电方式有交流输电和直流输电两种。目前我国直流输电的发展水平，直流输电还仅只是交流输电的补充。随着直流输电技术的发展，直流输电的应用范围将会变大。目前，直流输电技术的应用场合可分为以下两大类型。

1、采用交流输电在技术上有困难或者是不可能，而且只能采用直流输电的场合，如不同频率电网之间的联网或向不同频率的电网之间送电；因稳定性问题采用交流输电难以实现要求；长距离电缆送电，采用交流电缆因为电容电流太大而无法实现等。

2、在技术上采用两种输电发送等能实现，但采用直流输电技术比交流输电的技术经济性能好。对于这种情况就需要对输电的方案进行比较和论证，最后根据比较的结果选择技术经济性能优越的输电方案。目前我国直流输电的应用主要在远距离的大容量输电、大型电力系统联网、直流电缆送电、交流输电线路的增容改造为轻型直流输电等。

结束语

综上所述，高压直流输电对有功功率进行快速、灵活控制的同时还能够动态补偿母线的无功功率，提高系统稳定性。电压源换流器直流输电必将在可再生能源并网、分布式发电并网、智能电网、孤岛供电、城市电网供电、交流电网互联等应用领域得到更快的发展，成为未来输电技术重要的技术发展方向。

参考文献：

[1]姚良忠，吴婧，王志冰，李琰，鲁宗相.未来高压直流电网发展形态分析[J].中国电机工程学报，2014，34.

[2]吴宝生.高压直流输电技术的发展及其在电网中的作用[J].科技与企业，2014，06.