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光伏係統中的變壓器選型與設計

光伏係統中的變壓器選型與設計

發布日期:2017-09-28 作者:小編 點擊:

變壓器是一種能改變交流電壓而保持交流電頻率不變的電器設備。在電力係統的送變電過程中,變壓器是一種重要的電器設備。

送電時,通常使用變壓器把發電機的端電壓升高,對於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,由於電流小,則可以選用截麵積小的輸電導線,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。廣亚洲AV国产AV手机在线壓器

我國的交流電壓等級有三種,單相220V、三相380V稱為低壓,一般用於家庭和工商業。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並入中壓電網,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,後級必須接升壓隔離變壓器。

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除功率傳送和電壓變換作用外,在光伏係統中,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,適用於組件負極接地係統。

2)在抑製組件PID解決方案中,逆變器後麵接入隔離變壓器,再提升N極對地的電位,間接提升組件負極對的電位,達到抑製組件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,可以在逆變器後麵加一個變壓器,匹配接入國家的電壓。

本節將為大家詳解:

1.變壓器的基本結構和原理

2.升壓變壓器和降壓變壓器

3.變壓器的主要技術參數

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。最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。廣西配電櫃

磁芯是變壓器的磁路部分,主要材料有帶繞鐵芯類如矽鋼片、坡莫合金、非晶及納米晶合金;粉芯類如鐵粉芯、鐵矽鋁粉芯、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矽鋼片,現在厚度普遍從0.35mm到0.23mm,矽鋼片又分取向和無取向兩種,取向矽鋼片要求高,價格是無取向矽鋼片的兩倍,但損耗僅為無取向矽鋼片的三分之一,抑製電流諧波效果比無取向矽鋼片作用更大。

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製成的稱為全銅變壓器,把線圈由鋁質製成的稱為全鋁變壓器,兩者的區別主要有四點:銅的導電性好於鋁,相同的電流,鋁材要比銅材截麵積要大,因此銅變壓器比鋁變壓器要小;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,由於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麵:一是磁滯損耗,當交流電流通過變壓器時,通過變壓器矽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麵上就會產生感應電流,由於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後,在一次繞組中就有交流電流流過,於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;極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隻起能量傳遞作用,無論變換後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

變壓器工作時,一、二次繞組的電流大小與一、二次韻電壓或匝數成反比,或者為變壓器電壓比的倒數。實際上,變壓器在改變電壓的同時也改變了電流。電流互感器就是根據這二原理製成的。


一次電壓高於二次電壓叫作降壓變壓器,一次電壓低於二次電壓叫作升壓變壓器。在相同頻率、同等容量的條件下,一台電力變壓器可以作為降壓變壓器使用,逆轉過來,也可以作為升壓變壓器使用。

運行I1的物理實體是初級繞組,運行I2的物理實體是次級繞組,它們是變壓器的電路部分;Φ是磁力線,它所在的物理實體是鐵心,它是變壓器的磁路。

當變壓器的容量P(kVA)及繞組的匝數W一定時,鐵心中的磁通量Φ(韋伯(wb)就定下來了,一台電力變壓器不管作為降壓變壓器使用還是作為升壓變壓器使用,磁路的實體即鐵心及物理意義沒有發生變化。

變壓器是根據生活的需要改變電壓的靜止電器,其電壓比等於匝數比,上圖中:U1/U2=W1/W2。W1:初級繞組的匝數,W2:次級繞組的匝數,一台電力變壓器,W1及W2是沒有變化的,所以除了電網電壓波動因素外,電壓U1與U2也是沒有變化的,如將原來的次級繞組W2作為初級繞組W1,那麽原來初次繞組W1改變為現在的次級繞組W2,上麵公式U1/U2=W1/W2反之U2/U1=W2/W1仍然完全成立。在相同頻率、同等容量的條件下,一台電力可以作為降壓變壓器使用,逆轉過來,也可以作為升壓變壓器使用是成立的。

3.變壓器的主要技術參數

變壓器的規格型號及其主要技術數據都標在它的銘牌上,作為使用變壓器的重要依據。變壓器的主要結構參數有長寬高,體積,重量,技術參數有額定電壓、額定電流、額定容量和溫升絕緣等級、聯結組標號、效率等。

1額定電壓

變壓器一次的額定電壓,是指變壓器所用絕緣材料的絕緣強度所規定的電壓值,二次額定電壓是變壓器空載時,一次加上額定電壓後,二次兩端的電壓值。兩個額定電壓分別用U1N  ,U2N表示。單相變壓器U1N,U2N是指一、二次交流電壓的有效值,三相變壓器U1N,U2N是指一、二次線電壓的有效值。

2額定電流

指變壓器在允許溫升的條件下,所規定的一、二次繞組中允許流過的最大電流,變壓器飛二次電流分別用I1N和I2N表示。單相變壓器I1N和I2N是指電流的有效值,三相變壓器是指線電流的有效值。

3額定容量

表示變壓器工作時所允許傳遞的最大功率。單相變壓器的額定容量是二次額定電壓和額定電流之積;三相變壓器的額定容量也是二次額定電壓和額定電流之積(應為三相之和)。額定容量用字母S表示,單位是伏安(V·A)。

4溫升和絕緣等級

溫升是指變壓器在額定工作時;允許超出周圍環境溫度的數值。它取決於變壓器絕緣材料的耐熱等級。


5聯結組標號

三相繞組的聯結法有星形接法和三角形接法,分別用Y、D(或y、d)表示,其中大寫字母表示高壓側,小寫字母表示低壓側。具體表示時高壓繞組的聯結法寫在左,低壓繞組聯結法寫在右。例如:高壓繞組為星形接法,低壓繞組為三角形接法時亚洲AV国产AV手机在线記此三相變壓器的聯結法為Yd。

此外,有的星形聯結法可以引出中線,分別用O(高壓側)或o(低壓側)表示。把高壓側(一般是一次側)線電動勢的相量作為分針,始終指向“12”,而以低壓側線電動勢的相量作為時針,它所指的數字即表示高、低壓側電動勢相量間的相位差。這個數字稱為三相變壓器的“聯結組標號”。例如:Yd11表示此變壓器高壓側為星形接法,低壓側為三角形接法,高、低壓側電動勢相量間的相位差為11點時時針與分針的相位差即330°;Yy2表示此變壓器高、低壓側均為星形接法,高、低壓側電動勢相量間的相位差為2點時時針與分針的相位差即60°。

 

 

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