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        變壓器基礎知識

        送電時,通常使用變壓器把發電機的端電壓升高,對于輸送一定功率的電能,電壓越高,電流就越小,輸送導線上的電能損耗越小,由于電流小,則可以選用截面積小的輸電導線,能節約大量的金屬材料。用電時,再利用變壓器將輸電導線土的高電壓降低,以保證人身安全和減少用電器絕緣材料的消耗。

        我國的交流電壓等級有三種,單相220V、三相380V稱為低壓,一般用于家庭和工商業。三相10kV,15kV,35kV稱為中壓,110kV、220kV、330kV、500kV,1000KV稱為高壓。

        國家電網公司規定:8 kW及以下可接入220 V,8——400 kW可接入380 V,400 kW——6 MW可接入10 kV,5MW——20 MW可接入35 kV。因此400kW以下的光伏電站可直接接入380/220V低壓電網。如果電站容量超過400kW并入中壓電網,中大功率電站,一般使用中功率組串式逆變器和大功率集中式逆變器,輸出電壓有很多種,常見的有315V、400V、480V、500V、540V、690V等多種,后級須接升壓隔離變壓器。

        除功率傳送和電壓變換作用外,在光伏系統中,變壓器還有以下作用:

        1)電氣隔離:隔離變壓器初級和次級是靠磁路來傳遞能量,組件和電網電氣隔離,可以阻止直流分量和漏電流進入電網,適用于組件負極接地系統。

        2)在抑制組件PID解決方案中,逆變器后面接入隔離變壓器,再提升N極對地的電位,間接提升組件負極對的電位,達到抑制組件PID的目的。

        3)匹配電壓:有些國家的電網電壓和我國不一樣,如美國是單相110V,三相220V,可以在逆變器后面加一個變壓器,匹配接入國家的電壓。

        1.變壓器的基本結構和原理

        雖然變壓器種類繁多,用途各異,電壓等級和容量不同,但變壓器的基本結構大致相同。簡單的變壓器是由一個閉合的軟磁鐵心和兩個套在鐵心上又相互絕緣的繞組所構成,繞組又稱線圈,是變壓器的電路部分。與交流電源相接的繞組叫做一次繞組,簡稱一次;與負載相接的繞組叫做二次繞組,簡稱二次。

        磁芯是變壓器的磁路部分,主要材料有帶繞鐵芯類如硅鋼片、坡莫合金、非晶及納米晶合金;粉芯類如鐵粉芯、鐵硅鋁粉芯、高磁通量粉芯、坡莫合金粉芯、鐵氧體磁芯等等,工頻和低頻變壓器電抗器一般使用硅鋼片,現在厚度普遍從0.35mm到0.23mm,硅鋼片又分取向和無取向兩種,取向硅鋼片要求高,價格是無取向硅鋼片的兩倍,但損耗僅為無取向硅鋼片的三分之一,抑制電流諧波效果比無取向硅鋼片作用更大。

        線圈是變壓器的電路部分,常用的材料有銅材和鋁材,習慣上把線圈由銅質制成的稱為全銅變壓器,把線圈由鋁質制成的稱為全鋁變壓器,兩者的區別主要有四點:銅的導電性好于鋁,相同的電流,鋁材要比銅材截面積要大,因此銅變壓器比鋁變壓器要??;銅的重量比鋁要重,相同的功率,銅變壓器比鋁變壓器要重;銅的價格比鋁要貴。

        變壓器損耗主要有銅損和鐵損,銅損指變壓器線圈電阻所引起的損耗,當電流通過線圈電阻發熱時,一部分電能就轉變為熱能而損耗,由于線圈一般都由帶絕緣的銅線纏繞而成,因此稱為銅損。

        銅損可以通過測量變壓器短路阻抗來計算。變壓器的鐵損包括兩個方面:一是磁滯損耗,當交流電流通過變壓器時,通過變壓器硅鋼片的磁力線其方向和大小隨之變化,使得磁芯內部分子相互摩擦,放出熱能,從而損耗了一部分電能,這便是磁滯損耗。另一是渦流損耗,當變壓器工作時,磁芯中有磁力線穿過,在與磁力線垂直的平面上就會產生感應電流,由于此電流自成閉合回路形成環流,且成旋渦狀,故稱為渦流,渦流的存在使鐵芯發熱,消耗能量,這種損耗稱為渦流損耗。鐵損可以通過測量變壓器空載電流來計算。

        當變壓器一次接人交流電源以后,在一次繞組中就有交流電流流過,于是在鐵心中產生交變磁通,稱為主磁通。它隨著電源頻率而變化,主磁通集中在鐵心內;少一部分在繞組外閉合,稱為漏磁通,它一般很小,可忽略不計。根據電磁感應定律,一、二次繞組都將產生感應電動勢。如果二次接有負載構成閉合回路,就有感應電流產生。變壓器通過一、二次繞組的磁耦合把電源的能量傳送給負載。

        2.升壓變壓器和降壓變壓器

        任何一種變壓器在變壓過程中只起能量傳遞作用,無論變換后的電壓是升高還是降低,電能都不會增加,也不能減少。根據能量守恒定律;在忽略損耗時,變壓器輸出的功率P2應與變壓器從電源獲得的功率 P1相等,即:P1=P2

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