接地变压器的原理是三个铁芯柱上的磁势是一组三相平衡量,相位差 120°,产生的磁通可在三个铁芯柱上互相形成回路,磁路磁阻小,磁通量大,感应电势大,呈现很大的正序、负序阻抗。接地变压器具有正、负序阻抗大而零序阻抗小的作用。
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接地变压器的原理是三个铁芯柱上的磁势是一组三相平衡量,相位差 120°,产生的磁通可在三个铁芯柱上互相形成回路,磁路磁阻小,磁通量大,感应电势大,呈现很大的正序、负序阻抗。接地变压器具有正、负序阻抗大而零序阻抗小的作用。
我国的接地变压器通常采用 Z 型接线,为节省投资和变电所空间,通常在接地变压器上增加第三绕组,替代所用变压器,为变电所所用设备供电。根据我国《电抗器》国家标准规定,接地变压器的接地方式可分为直接接地;通过电抗器、电阻及消弧线圈接地。直接接地在我国还没有使用,但己有电力研究部门开始这方面的探讨。
国外的接地变压器通常采用或 Z 型连接,用于 10kV 不接地系统,构成了配电网的接地保护,当系统发生接地故障时,接地变压器对正序、负序电流呈现高阻抗性,对零序电流呈现低阻抗性,使接地保护可靠动作。
扩展资料
按国标对接地变压器的温升有如下规定:
1)额定持续电流下的温升应符合一般电力变压器干式变压器国标中的规定,但主要适用于二次侧经常带负荷的接地变压器;
2)对短时负载电流的持续时间在10s以内时(这种情况主要发生在中性点与电阻联结时),其温升应符合国标电力变压器中对短路条件下的温升限值的规定;
3)接地变压器与消弧线圈一起运行时其温升应符合对消弧线圈温升的规定:
对于持续流过额定电流的绕组温度为80K,主要适用于星性/开口三角形联结的接地变压器;
对于额定电流的最大流通时间规定为2h的绕组,规定温度为100K。这种情况符合多数接地变压器的工作条件。
接地变压器的原理是三个铁芯柱上的磁势是一组三相平衡量,相位差120°,产生的磁通可在三个铁芯柱上互相形成回路,磁路磁阻小,磁通量大,感应电势大,呈现很大的正序、负序阻抗。
接地变压器具有正、负序阻抗大而零序阻抗小的作用。
接地变压器的主要作用:用来连接接地电阻。当系统发生接地故障时,对正序负序电流呈高阻抗,对零序电流呈低阻抗性使接地保护可靠动作。接地变压器简称接地变,根据填充介质,接地变可分为油式和干式;根据相数,接地变可分接地变压器为三相接地变和单相接地变。
接地变压器用在中性点绝缘的三相电力系统中,用来为这种系统提供一个人为的中性点,该中性点可以直接接地,也可以经过电抗、电阻器或消弧线圈接地。接地目的简述如下:
1。将线路上的感应电荷传导到地,避免线路及设备可能遭受的损坏。
2。将中性点绝缘系统中的高压振荡降低到最低程度。
3。与消弧线圈配合,利用消弧线圈的感性电流补偿单相接地产生的电容电流,使间歇电弧自动熄灭。
4。直接接地与自动保护装置相配合,可以在故障开始阶段将故障部分隔离开来。 接地变压器可以设置二次侧作为站用变使用。
一、变压器的原理基本点
1.构造:由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成,如图所示.
①闭合铁芯由涂有绝缘漆的硅钢片叠合而成.
②线圈由绝缘导线绕制而成.
原线圈(初级线圈):与交流电源连接的线圈,其匝数用n₁表示;
副线圈(次级线圈):与负载连接的线圈,其匝数用n₂表示.
2.变压器的工作原理
(1)互感现象是变压器工作的基础.原线圈中电流的大小、方向不断变化,在铁芯中激发的磁场也不断变化,变化的磁场在副线圈中产生感应电动势.
如图所示的理想变压器,当导体棒在匀强磁场中向左做匀速直线运动切割磁感线时,小灯泡发光吗?为什么?
答案:不发光.当导体棒向左做匀速直线运动切割磁感线时,在原线圈中通过的是恒定电流,不能引起穿过副线圈的磁通量变化,在副线圈上无感应电动势,所以小灯泡中无电流通过,不发光.
(2)原、副线圈的作用
原线圈在其所处回路中充当负载,副线圈在其所处回路中充当电源.
(3)能量转化过程:变压器通过闭合铁芯,利用互感现象实现了电能(U₁、I₁)到磁场能(变化的磁场)再到电能(U₂、1₂)的转化.
☞如图所示,把两个没有导线相连的线圈套在同一个闭合铁芯上,一个线圈(原线圈)通过开关可以连接到交流电源的两端,另一个线圈(副线圈)连到小灯泡上.连接电路,接通电源,小灯泡能发光.
(1)两个线圈并没有连接,小灯泡为什么会发光?
(2)若将原线圈接在恒定的直流电源上,小灯泡发光吗?为什么?
答案:
(1)当左边线圈加上交流电压时,左边线圈中就有交变电流,它在铁芯中产生周期性变化的磁场,根据法拉第电磁感应定律知,在右边线圈中会产生感应电动势,右边线圈作为电源给小灯泡供电,小灯泡就会发光.
(2)不发光.因为原线圈接恒定的直流电源时无法在副线圈中产生感应电动势.
☞变压器的副线圈和原线圈电路并不相通,那么原线圈接交变电压U₁后,副线圈是如何产生电压的?
变压器通过闭合铁芯,利用互感现象实现了电能(U₁,l₁)到磁场能(变化的磁场)再到电能(U₂,I₂)的转化.
☞◎变压器的作用
(1)变压器工作的基础是互感现象,变压器只改变交变电流的电压,不改变直流的电压.
(2)变压器改变交变电流的电压,不改变交变电流的周期和频率.
二、电压与匝数的关系
闭合铁芯实现了电能——磁场能——电能的转化,由于原、副线圈中的电流共同产生的磁通量绝大部分通过铁芯,使能量在转化过程中损失很小,为了便于研究,物理学中引入了理想化模型——理想变压器.
理想变压器是指没有能量损失的变压器.理想变压器的特点:
(1)无磁损,即变压器铁芯内无漏磁;
(2)无铜损,即原、副线圈不计内阻,有电流通过时不产生焦耳热;
(3)无铁损,即闭合铁芯内的涡流为零.
☞实际中的回字形变压器(特别是大型变压器)一般都能近似看成理想变压器,而直棒铁芯的变压器不是理想变压器.
1.变压器原、副线圈的电压关系
()对理想变压器,原、副线圈中每一匝线圈都具有相同的△φ/△t,根据法第电磁感应定律有E₁=n₁△φ/△t,E₂=n₂△φ/△t,所以E₁/E₂=n₁/n₂.
(2)由于不计原、副线圈的电阻,因此原线圈两端的电压U₁=E₁,副线圈两端的电压U₂=E₂,所以U/₁U₂=n₁/n₂.
(3)两类变压器及其特点
①降压变压器:n₂<n₁,副线圈两端的电压比原线圈两端电压低的变压器.
②升压变压器:n₂>n₁,副线圈两端的电压比原线圈两端电压高的变压器.
【注意】变压器高压线圈匝数多而导线细,低压线圈匝数少而导线粗,这是高、低压线圈最直接的区别方法.
2.变压器的功率关系
对于理想变压器,不考虑能量的损失,输入功率等于输出功率,即P₁=P₂.
3.变压器原、副线圈中的电流关系
根据理想变压器输入功率等于输出功率,即I₁U₁=I₂U₂,解得I₁/I₂=n₂/n₁,即通过原、副线圈的电流与原、副线圈的匝数成反比,此式仅适用于只有一个副线圈的理想变压器.
4.变压器有多个副线圈时电压等关系(三个关系)
有多个副线圈时,变压器原、副线圈中电压、电流、功率的关系:
(1)电压关系:U₁/n₁=U₂/n₂=U₃/n₃=…,无论副线圈是两个还是更多个,是空载还是有负载,均遵循此式.
(2)电流关系:n₁l₁=n₂l₂+n₃l₃+….
(3)功率关系:P₁=P₂+P₃+….
☞(1)原线圈和副线圈有共同的铁芯,穿过它们的每匝线圈的磁通量和磁通量的变化率时刻都相等.
(2)当副线圈有多个线圈时,电压关系仍适用,而电流关系式I₁/I₂=n₂/n₁不再适用.变压器的电动势关系、电压关系和电流关系是有效值(或最大值)间的关系,对某时刻的瞬时值关系不成立.
☞根据能量守恒推导理想变压器有多个副线圈时,原、副线圈中的电流与匝数的关系.
答案:理想变压器的输入功率等于输出功率,即P入=P出.
若有多个副线圈,则
P₁=P₂+P₃+…,即U₁l₁=U₂l₂+U₃l₃+…①
U₁/n₁=U₂/n₂=U₃/n₃=……②
联立①②解得n₁l₁=n₂l₂+n₃l₃+…
变压器空载或副线圈短路时出现的情况
变压器空载时,无电流、电功率输出,所以输入功率也为零;当副线圈短路时,副线圈中电流I₂无穷大,则原线圈中电流I₁也无穷大,将会把变压器烧坏.
三、常见变压器
1.自耦变压器
如图所示,铁芯上只绕一个线圈,低压线圈是高压线圈的一部分,既可以作为升压变压器使用,也可以作为降压变压器使用.
规律:自耦变压器只有一个线圈,每匝线圈产生的电动势E=△φ/△t相同,故U₁/U₂=n₁/n₂成立.
☞通过自耦变压器,可以从零至最大值连续调节所需电压,与分压器类似.
2.互感器
(1)电压互感器:并联在被测电路中,实质是降压变压器,可以把高电压变成低电压,故原线圈匝数n₁大于副线圈匝数n₂.如图甲所示.
(2)电流互感器:串联在被测电路中,实质是升压变压器,可以把大电变成小电流,故原线圈匝数n₁小于副线圈匝数n₂如图乙所示.
☞交流电压表和交流电流表都有一定的测量范围,不能直接测量高电压和大电流互感器是利用变压器的原理将不能直接测量的高电压和大电流变换成低电压、小电流后再进行测量.
例题:某理想变压器原、副线圈的匝数之比为1:10,当输入电压增加20V时,输出电压()
A.降低2V
B.增加2V
C.降低200V
D.增加200V
☞等比性质,或用特值法求解.
例题:如图所示,在铁芯上、下分别绕有匝数n₁=800和n₂=200的两个线圈,上面线圈两端与u=51sin314t(V)的交流电源相连,将下面线圈两端接交流电压表,则交流电压表的读数可能是()
A.2.0V
B.9.0V
C.12.7V
D.144.0V
例题:如图所示,甲图中两条导轨不平行,而乙图中两条导轨平行,其余物理条件都相同,金属棒M正在导轨上向右匀速运动,在金属棒运动过程中,将观察到()
A.L₁、L₂都发光,只是亮度不同
B.L₁、L₂都不发光N
C.L₂发光,L₁不发光
D.L₁发光,L₂不发光
例题:为了监测变电站向外输电情况,要在变电站安装互感器,其接线如图所示,两变压器原、副线圈匝数分别为n₁、n₂和n₃、n₄,a和b是交流电表,则(AD)
A.n₁>n₂
B.n₃>n₄
C.a为交流电流表,b为交流电压表
D.a为交流电压表,b为交流电b
例题:如图所示,理想变压器原、副线圈的匝数比n₁:n₂:n₃=3:1:1,三个灯泡的规格均相同,此时L的功率为P。假定灯泡的电阻不随电压变化而改变,则下列说法正确的是()
A.L₂的功率为P/3
B.L₂的功率为P/9
C.I₁:I₂=3:1
D.I₁:I₂=1:3
例题:如图所示,发电机的矩形线圈长为2L、宽为L,匝数为N,放置在磁感应强度大小为B的匀强磁场中。理想变压器的原、副线圈匝数分别为n₀、n₁和n₂,两个副线圈分别接有电阻R₁和R₂。当发电机线圈以角速度ω匀速转动时,理想电流表读数为I。不计线圈电阻,下列说法正确的是()
例题:一理想变压器的原线圈匝数n₁=100匝,副线圈匝数n₂=30匝、n₃=20匝,一个电阻为48.4Ω的小灯泡接在两个副线圈上,如图所示.当原线圈与e=220√2 sin ωt(V)的交流电源连接后,变压器的输入功率是(A)
A.10W
B.20W
C.250W
D.500W
例题:如图所示,理想变压器有两个副线圈,输出电压分别为5V和3V,要获得8V输出电压(两个副线圈的绕向和输出端如图所示),两个副线圈连接方法是(AB)
A.b、c连接,a、d两端输出
B.a、d连接,b、c两端输出
C.a、c连接,b、d两端输出
D.b、d连接,a、c两端输出
例题:某理想自耦变压器接入电路中的示意图如图甲所示,图乙所示是其输入电压u的变化规律。已知滑动触头P在图示位置时,原、副线圈的匝数比为n₁:n₂=10:1,电阻R=22Ω。下列说法正确的是()
例题:如图所示,一台变压器的原线圈与电压有效值为3.0kV的交流电源相连,副线圈上接有一电动机M,电动机正常工作时两端的电压为120V,消耗的功率为1.0kW,变压器的效率(效率指的是变压器的输出功率与输入功率的比值)为97%,不计导线的电阻,则(A)
A.交流电源提供的电流约为0.34A
B.电动机的电阻约为14.4Ω
C.变压器的输入功率为0.97kW
D.变压器的匝数比为25:1
例题:如图所示,一交流电源电压u=220√2sin100πt(V),通过理想变压器对电路供电,已知原、副线圈匝数比为10:1,L₁灯泡的额定功率为4W,L₂灯泡的额定功率为20W,排气扇电动机线圈的电阻为1Ω,电流表的示数为2A,用电器均正常工作,电表均为理想电表,则(C)
A.流过L₁的电流为20A
B.排气扇电动机的发热功率为2W
C.整个电路消耗的功率为44W
D.排气扇电动机的输出功率为20W
保护接地的作用原理是将电气设备或电柜电箱等带电设备金属外壳导电部分,和大地连接形成等电位体。这样即使电气设备外壳因意外漏电,也会因为电流经过接电线流向大地,和大地电势相同,所以人站在地面接触电箱电柜和电气设备外壳不会有电压加在人体上。
所谓保护接地就是将正常情况下不带电,而在绝缘材料损坏后或其他情况下可能带电的电器金属部分(即与带电部分相绝缘的金属结构部分)用导线与接地体可靠连接起来的一种保护接线方式。
工作接地的作用有两点,一是减轻一相接地的危险性;稳定系统的电位,限制电压不超过某一范围,减轻高压窜入低压的危险
地线是通过地极与大地相连的,三孔插座的地线孔一定要接地线的,当电器用具三脚插头插进三孔插座内,电器的金属外壳是与地线接通相连的,预防电器漏电将电流引入大地,引发漏电开关跳闸断电,确保使用人员人身安全。
自耦变压器是根据电磁感应中的自感现象制成的,主要作用是调节电压高低。
自感电动势是由于通过线圈本身的电流产生变化,使得穿过线圈的磁通发生变化而引起线圈两端产生的电动势。感应电动势的高低与线圈的匝数成正比例,所以整个线圈中的局部绕组产生的电动势一定低于全部绕组产生的电动势。如把局部绕组和全部绕组分别作为初级和次级,就构成了自耦变压器。同样,改变两部分绕组的匝数比也就改变了变压比。
自耦变压器结构简单,成本低。制成的自耦调压器、自耦降压补偿器等被广泛使用。但是由于自耦变压器的初、次级在电路上没有实现隔离,安全性能不高。所以在要求使用安全电压的场所,被禁止使用自耦变压器。
接地变压器的原理图
接地变压器是电力系统中起到接地保护作用的一种装置。它能够将系统的中性点与地之间的电势连接起来,保护设备和人身安全,同时减少电气事故的发生。
接地变压器的原理图如下:
接地变压器的工作原理主要分为两个方面:
接地变压器广泛应用于电力系统的中性点接地和保护方面,主要用于以下几个方面:
总而言之,接地变压器在电力系统中起到非常重要的作用。通过合理使用接地变压器,可以保护设备和人员的安全,减少电气事故的发生,提高电力系统的可靠性和稳定性。
重复接地就是在中性点直接接地的系统中,在零干线的一处或多处用金属导线连接接地装置。
1、零线重复接地能够缩短故障持续时间, 降低零线上的压降损耗,减轻相、零线反接的危险性。
2、在保护零线发生断路后, 当电器设备的绝缘损坏或相线碰壳时,零线重复接地还能降低故障电器设备的对地电压,减小发生触电事故的危险性。
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