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第一章 变压器 本章内容： w变压器原理、结构 w变压器的空载运行、负载运行及短路试验 w变压器的极性和三相变压器的接线组别 w变压器的许可运行方式 w变压器的操作 w变压器的并列运行 第一节 变压器原理 一、变压器的作用 将某一数值的交流电压变成频率相同而 数值不同的另一交流电压的设备 作用：升压输电和降压配电。作用：升压输电和降压配电。 二、变压器的种类 1.按用途分： 电力变压器(输电和配电)、感应调压器 (调整电压)、仪用变压器(测量仪表)、自耦变 压器及特种变压器(如：脉冲变压器)等。 2.按相数分：单相变压器、三相变压器和 多相变压器。 3.按线圈数量：单线圈(自耦变压器)、 双线圈和三线圈变压器。 4.按冷却介质：油浸式和干式 5.冷却方式：自然冷却、强迫风冷(加风扇) 、 水冷、强迫油循环冷却。 续前页 三、变压器的原理 变压器的原理结构图： a x n其中： 铁芯为磁的通路，线圈(绕组)为电的通 路。 n与电源相接的线圈叫原线圈、一次线圈、 一次绕组、初级绕组或一次侧 n与负荷相连的线圈叫副线圈、二次线圈、 二次绕组、次级绕组或二次侧 n 匝数多高压绕组 匝数少低压绕组 工作原理 若在一次线圈ax两端接入频率为f(f0)的交流电 压u1，则在一次线圈中通过交变电流i1，该电流在 铁芯中产生交变磁通，称为主磁通。主磁通同时 通过两个线圈，在一次线圈和二次线圈中都将产生 感应电动势。在一次线圈中产生的感应电动势将阻 止线圈中磁通量的变化，与外加电压方向相反，叫 “自感电动势”； 在二次线圈中产生的感应电动势遵 守右手定则，此时a端电位高于x端，电流从a端流出 ，x端流入。叫“互感电动势”。 结论： 1.变压器依“电磁感应原理”工作。 2.不考虑内部损耗时，二次侧输出功率等 于一次侧输入功率。即 p2=p1。 3.二次侧电压和一次侧电压之间的关系为 u2/u1=n2/n1 ， 故：当n2n1时，u2u1为升压变压器； 反之则为降压变压器。 结论：(续前页) 4.一次侧和二次侧之间只有磁的联系 ，无电的联系，两者对电隔离。 5.一次绕组与发电机或电网相连，吸 收电网电能，为电网的负载；二次绕组 与低压电网或负载相连向低压电网或负 载供电，等效为电源。 四、变压器的构造 1.铁芯 2.线圈 3.油箱和散 热器 4.油枕(膨 胀器、辅助油 箱) 5.呼吸器 6.6.防爆管防爆管 7.7.瓦斯继电器瓦斯继电器( (气气 体继电器体继电器) ) 8.8.油位管油位管 9.9.分接开关分接开关 1.1.铁芯铁芯 3,4.3,4.线圈线圈 7.7.分接开关分接开关 11.11.油箱和散热器油箱和散热器 15.15.防爆管防爆管 16.16.瓦斯继电器瓦斯继电器 17.17.油枕油枕 铁 芯 变压器的主要部件，形成磁的通道， 由铁柱和铁轭两部分组成。线圈套在铁 柱上，铁轭将铁柱联成磁的通路。铁芯 是由高导磁系数、厚度为0.350.5mm， 含硅量在25%的硅钢片组成的，在硅钢 片表面涂硅钢片绝缘漆，烘干后按一定 规则叠装而成。 铁芯制造图 交叉叠压式 线 圈 变压器的主要部件之一，用铜或铝线绕制 ，形成电的通道，高低压线圈根据变压器的 容量选择线径、根据电压的高低选择绕制的 匝数。 大型电力变压器用铜，小型的配电变压器 用铝。 目前变压器常用铜线制造线圈。 高、低压线圈套叠在铁芯上，低压线圈在 内，高压线圈在外。 线圈和铁芯的位置关系 油箱和散热器 油 箱 结构：桶式或钟 罩式 作用：盛装变压 器油 散热器散热器 结构：园管形或扁管形结构：园管形或扁管形 作用：作用：扩大散热面积扩大散热面积 管排数：管排数：1313排排 容量为300010000kva的变压器，散热器管数 较多，常将散热器装在油箱上与油箱形成一个 整体，叫散热器油箱 油枕(膨胀器、辅助油箱) 位于变压器的上方，用一根油管将油枕与油箱 相连，体积约为油箱装油体积的8%10%，用途为 ： n n 补充油补充油 ：保证油箱中充满油保证油箱中充满油 n n 隔绝空气隔绝空气 ：减少了油与空气的接触面积减少了油与空气的接触面积 降低了油的劣化速度降低了油的劣化速度 提高了油的绝缘程度提高了油的绝缘程度 n n 保证油在受热膨胀时有足够的膨胀空间保证油在受热膨胀时有足够的膨胀空间 呼吸器 装于油枕的入口，其中装有氧化钙或硅 胶干燥剂，使外部环境中带水分的空气必 须经过吸湿器才能进入油枕。 减少油的氧化和水分的进入，提减少油的氧化和水分的进入，提 高了油的绝缘性能。高了油的绝缘性能。 防爆管 在变压器外壳的上部与油箱相连通的地 方设置一根管子，当变压器内部发生故障有 火花形成而使油裂变、产生瓦斯气体时，瓦 斯气体上升到防爆管中，一旦瓦斯气体爆炸 只爆破防爆管，保护了变压器本体。 收集瓦斯气体，爆炸时将事故限制在最小范围。收集瓦斯气体，爆炸时将事故限制在最小范围。 瓦斯继电器 重要保护装置，位于油箱和油枕的联通管上，作 用为：反应油箱内部故障及油位降低 当变压器内发生轻微故障或漏油时，少量的瓦斯( 轻瓦斯)聚集在继电器的顶部，而使继电器的一对接 点闭合发出“轻瓦斯信号”； 当变压器内发生严重漏油或发生严重故障时。瓦 斯继电器的另一对接点闭合，使变压器各侧断路器跳 闸(“重瓦斯跳闸”)。 油位管 在油枕的侧面 装有油位管；在 其上标有最高和 最低油位线。 作用： 指示油 位 分接开关 位于变压器箱盖上有 一调节手柄。 当需调整变压器二次 侧电压时，通过调整 分接开关来调整高压调整高压 侧的匝数，改变变比侧的匝数，改变变比 。 五、变压器的铭牌及主要参数 1相数 d单相 2冷却方式 f风冷 s三相 w水冷 不表示油浸式、空气自 冷式 3油循环方式 4线圈数 不表示油自然循环 不表示双线圈变压器 p强迫油循环 s三线圈变压器 d强迫油导向循环 o自耦变压器( 单线圈) 5调压方式 6线圈材质(现不用表 示) z有载调压 不表示无激磁调压 型号示例 变压器型号依序排列后跟上额定容量和 高压侧额定电压 s500/10表示三相油浸式双线圈变压器， 额定容量500kva、高压线圈额定电压10kv。 sf40000/110表示三相油自然循环风冷式 双线圈变压器，额定容量40000kva、高压线 圈额定电压110kv。 六、变压器的额定值 额定容量se：是指变压器的额定视在输出功率， 单位va、kva，三相变压器的额定容量是指三相 容量之和。 额定电压ue1和ue2：是指变压器一次侧的电压 及一次侧为额定电压、二次侧空载时的二次侧电压 ，单位v、kv。三相变压器指线电压。 额定电流ie1和ie2：是根据额定容量和额定电压 得到的。三相变压器的额定电流(线电流)，单位a。 由于变压器的效率很高(98.5%)，因此可以近似 认为一次侧和二次侧的容量相同。 额定频率fe：规定为50hz 第二节 变压器的空载运行、 负载运行及短路试验 一、变压器的空载运行及变比 x a 空载运行：当变压器的一次线圈接在额定频率 、额定电压ue1的电网上，二次线圈开路(即二次 侧电流为0)时的状态。 i0(210%)ie1 主磁通 0、漏磁通 l 主磁通产生感应电势：e1、e2f、0、n1、n2 空载功耗p0 ：一次侧加额定电压二次侧开路时 ，由变压器的漏磁通和铁芯的磁阻引起的损耗。( 铁损) 变 比 变比：指不同线圈之间额定电压的比值(变 压比) 单相变压器的变比:一次线圈的电压与二次线 圈的电压比(一、二次感应电势的比)，近似为一、 二次线圈的匝数比。 三相变压器的变比:是指一、二次绕组线电压 的比值 。(线电压与感应电势的值不同) 二、变压器的负载运行情况及调压 一次绕组接在电压和频率为额定值的电网上，二次 绕组接入负载阻抗时的运行工况。 n一次侧电流i1分为两部分：空载电流i0；负载电流i1。 n空载电流分量i0与外接负载无关，仅与铁芯材质有关 。 n负载电流分量i1随二次侧外接负载的变化而变化。 n用分接开关调整高压侧匝数克服二次侧线电阻对二次 侧 线电压的影响。 小容量变压器分接开关示意图小容量变压器分接开关示意图 三、变压器的短路试验和阻抗电压 短路电压：变压器的低压线圈短路，使高、 低压线圈中通过的电流为额定电流时在高压线 圈上所加的线电压。ud 短路电压ud的试验方法：将变压器低压线 圈短路，利用自耦变压器使高压线圈两端所加 电压由零逐渐增高，当高、低压线圈中的电流 为额定值时，高压线圈所加电压即为短路电压 ud；变压器消耗的功率称为短路损耗。 与短路电压有关的概念1 1.短路电压常以ud占一次侧额定电压ue1的百分数表 示： 2.短路电压ud实质上就是变压器在通过额定电流时， 在一、二次绕组的阻抗上的电压降，所以短路电压又叫做 阻抗电压；由于线圈的材质大多为铜，因此短路损耗又叫 做铜损。短路电压ud与高压线圈额定电流积的1.732称为 短路损耗pcu。 与短路电压有关的概念2 n额定铜损pcu ：当变压器工作在额定状态时的铜 损。 n额定损耗 p ：当变压器工作在额定状态时的总损 耗。 p=p0+pcu n有载损耗 p1 ：当变压器工作在有载工况时的总 损耗。 或 ik 实际工况时的二次侧电流 ie2 额定工况时的二次侧电流 s/ se 负荷率(s实际工况负荷， se 额定工况负荷) 与短路电压有关的概念3 3.国产三相两线圈变压器的阻抗电压与变压器的 容量成正比，容量越大阻抗电压ud%也越大。 容量kva 高压侧额定电压kv 短路电压 ud% 5560 6.3或 10 4.5 502400 35 6.5 3204200 35 7.0 560010000 35385 7.5 1500031500 35385 8.0 3200060000 110121 10.5 n某变压器的型号为s-630/10，其铁损为 1.344kw，额定铜损为7.99kw，测得某日 24小时内负载电流的方均根值为245a。问 ：该变压器的额定容量是多少？该日输入 电流的方均根值是多少？该日的昼夜能量 损耗是多少？该日的变电效率是多少？(设 cos=1，二次侧额定电压为400v) 第三节 变压器的极性 和三相变压器的接线组别 一、变压器的极性 瞬时极性的概念 若ax为一次绕组，ax为二次绕组。 (aa、xx无必然联系，只是一种标法) 图示为两线圈的绕向及起始端的标示方法 变压器线圈的绕向及起始端的标示方法图 图示结论1： n极性组别标志1/1-12 ：在某一瞬间当一次绕组a 为高电位，x为低电位时，二次绕组的a也为高电位 ，x也为低电位。 e1和e2在相量图 中的方向一致。 a、 a同相，叫同极性端或“同名端”。 n极性组别标志1/1-6 ：在某一瞬间当一次绕组a为 高电位，x为低电位时，二次绕组的x为高电位，a 为低电位。 e1和e2在相量图 中的方向相反，a、a 反相，称为异极性端或反极性端，又叫“异名端” 图示结论2： n若变压器的两个绕组绕向相同，而且同一 侧的线端标号一致，则一、二次电势相位相 同；若两个绕组绕向相反，线端标号一致(或 绕向相同、标号相反)，则一、二次电势相位 相反。 n变压器的极性与绕组的绕向和线端 标号有关 确定变压器极性的试验法 n交流试验法 qq直流试验法直流试验法 交流试验法 n将变压器一、二次绕组任意两端连接起来并标号 如图 n在高压侧加有效值为100v左右的交流正弦电压， 由电压表v1、v2、v3分别测出uax、uax和uxy的有 效值。根据图可得相量关系式。uxx=uax+ uax， 若a、a同相，即a、a同极性，则有效值为uxx=uax uax，又叫“减极性”。 若a、a反相，即a、a反极 性，则有效值uxx=uax+uax，又叫“加极性”。由v3 的有效值得到a、a极性情况。 直流试验法 n在高压线圈中通过开关k接入1.53v的直流电 源，a端为高电位，x端为低电位；在低压线圈上 接入检流计，注意检流计的极性。 n在开关闭合的瞬间，若检流计指针向右方(仪表 指针的正方向)偏转；在电源断开的瞬间仪表向反 方向(即左方即负方向)偏转，则表示变压器一、二 次线圈内的感应电动势的方向相同为减极性，即a 与a为同极性端。反之则为加极性端。 n工程中常用直流试验法来判断变压器的极 性 n国产单相变压器都采用线圈绕向相同，线 端标号一致的原则，即国产单相变压器为减 极性。 二、三相变压器的接线组别 电力变压器有三个高压线圈和三个低压线圈，而高 、低压线圈均可接成星形和三角形。因此高、低压侧 的相位关系不仅与一、二次绕组的绕向、线圈的标号 有关，还与线圈的接线方式有关。 将三相变压器的接线方式分为若干组，称为“接线组 别 ” 三相变压器的接线组别的规定： 1一、二次线圈的绕向和线端标号一致； 2任何变压器只能采取y/y0、y/、y0/三 种接线组别中的一种。 表针表示法(1) 3.变压器的事故过负荷 冲击合闸试验就是多次接通或断开变压器。 为什么要进行冲击合闸试验？ 1.投入空载变压器时会产