第一章 变压器的基本知识.ppt

2 6 2020 1 水职院电机教研室 电机技术 讲稿 10 11 1学期 变压器的基本知识 2 6 2020 水职院电机教研室 2 变压器的基本知识 电力系统中为什么需要变压器变压器是如何进行 变压 的变压器由哪些主要部件构成 各部件的作用及材料变压器的额定参数及含义 2 6 2020 水职院电机教研室 3 第一篇变压器篇 变压器是一种静止的电器 它利用电磁感应原理 将一种电压等级的交流电能转换成另一种电压等级的交流电能 输电时 需将交流电压升高 以降低输电电流 从而降低输电时的电能损耗和电压损耗 电力系统中大量的使用了电力变压器 电力系统中为什么需要变压器 这是为了满足交流电能传输及使用的要求 电能传输到用户时 需将交流电压降低 达到电压与用电设备的一致 以确保用电设备的安全正常运行 2 6 2020 水职院电机教研室 4 变压器的种类很多 本教材着重介绍电力变压器 用于传输电能的变压器 2 6 2020 水职院电机教研室 5 第一章变压器的基本知识 本章讨论三方面内容 变压器的变压原理 变压器的构成部件 变压器的额定参数 第一节变压器的基本工作原理 一 变压器的基本工作原理 原理结构 见右图示 一个闭合的铁心 两个匝数不同的绕组 这两个绕组无电的直接联接 接线 一个绕组接电源 需要变换的交流电压 这个绕组称为原绕组 或一次侧绕组 原边 脚标用1表示 2 6 2020 水职院电机教研室 6 实现变压过程 当原方接到交流电源时 在外施电压u1作用下 原绕组中有交流i10电流过 并在铁心中产生交变磁通F 且这一磁通同时交链原 副方绕组 根据电磁感应定律 原 副方绕组分别感应电势e1 e2 另一个绕组接输出 即要获得的电压侧 这个绕组称为付绕组 或二次侧 付边 脚标用2表示 从而实现了变压 2 6 2020 水职院电机教研室 7 归纳变压器变压原理 u1 i10 F e1 e2 u2 由于e1 e2 所以有u1 u2 注意 1 变压器只能对交流电压进行变压 即不能对直流电压进行变压 2 一 二次侧同物理量表述符号的区别 一次侧用脚标1 二次侧用脚标2 二 变压器的分类 见书上所述 在讲述结构时结合说明 2 6 2020 水职院电机教研室 8 第二节变压器的基本结构 右图为一台最常用的油浸自冷式变压器的结构示意图 下面分别说明变压器有哪些主要部件及各部件所用材料及作用 从前面的讲解可知 有了铁芯和原 副绕组 从原理上讲就可以进行变压 但对实际运行的变压器要保证其安全 正常运行还需要其它部件 2 6 2020 水职院电机教研室 9 一 铁芯 铁芯的叠装 先将硅钢片在冲床上冲剪成一定的形状 再叠装成形 见下图 铁芯的材料 铁心通常用0 35mm厚 两面涂有绝缘漆的硅钢片冲成一定的形状叠制而成 为什么要用硅钢片 铁芯的作用 是磁路部分 用于导磁及增强磁场 试设想无铁芯的情况 2 6 2020 水职院电机教研室 10 叠装完成成型的铁芯见下图 2 6 2020 水职院电机教研室 11 二 绕组 注 高 低压绕组所用导线截面积不一样 高压侧导线匝数多而截面细 低压侧导线匝数少而截面粗 如此是为了节省材料 绕组的材料 铜或铝线 绕成圆筒形状 套放在铁芯芯柱上 绕组的作用 是电路部分 用于感应电动势 实现电能传递 同一芯柱上高 低压绕组的套放关系 1 高 低压绕组采用同心放置 低压绕组在内 高压绕组在外 如此放置是为了使绝缘材料最省 2 高 低压绕组交叠放置 便于引线 见图1 7示 铁心和绕组是变压器的核心部件 称为器身 2 6 2020 水职院电机教研室 12 三 油箱和变压器油 中小型变压器的油箱一般做成箱式 大型变压器一般做成钟罩式 这是由检修方式来确定的 油箱即变压器的外壳 油箱用钢板压制焊接而成 四周密封 内装变压器油 器身浸泡其中 2 6 2020 水职院电机教研室 13 变压器油的作用有二 一是增强绝缘 器身浸泡于变压器油中 导体与导体间又多了变压器油的绝缘作用 从而绝缘得到增强 二是增强冷却效果 变压器在运行过程中存在损耗 这些损耗都将转换成热能 因而器身会发热 由于器身浸泡在变压器油中 变压器油会将热量带到散热管中 从而将热量散发到空气中 起到冷却的作用 变压器油是一种专用油 要求充满变压器油箱 变压器油箱的外侧装有散热管 或散热器 散热管为空心且与油箱连通 装设散热管的作用是加大油箱箱壁与空气的接触面积 也就增加了与空气的热交换面积 达到提高散热的效果 2 6 2020 水职院电机教研室 14 五 呼吸器 随着油枕液面油位的升 降 空气会进入油枕 空气中的水分 杂质 有害气体等会溶入到变压器油中 这会使变压器油质变坏 使用寿命缩短 呼吸器的作用就是对进入油枕的空气进行过滤 在其入口装设硅胶 干燥剂 硅胶可反复使用 四 油枕 油枕也称为储油柜 放置于变压器油箱的顶部 油枕的作用是既保持油箱中充满变压器油 又保持油箱内在任何情况下都为常压 油枕中的油位在油枕的1 2处 油位不能太高或太低 在油枕的旁边有一玻璃管油位指示器 2 6 2020 水职院电机教研室 15 六 防爆管 防爆管又称安全气道 安装在油箱的顶盖上 与油箱连通但端部用薄的玻璃片或薄铁片密封 这是一个保护装置 当变压器内部发生严重故障 如油箱内部严重短路 时 内部会产生强烈电弧 电弧的温度可达几千度 在如此高的温度下 变压器油会被分解成气体 油箱内部压力会骤然增高 若变压器没有防爆管 则油箱会在强压下爆炸 摧毁变压器 装设防爆管后 油箱内压力升高到一定程度时 会首先破坏防爆管端部 变压器内部压力由此得到释放 从而避免变压器爆炸 防爆管的动作准确度较差 现已广泛采用压力释放阀来替代 压力释放阀安装在防爆管相同的位置 2 6 2020 水职院电机教研室 16 七 绝缘套管 变压器绕组的引出线需要穿入 穿出油箱 引入引出线要保证与油箱的绝缘 又要保证油箱的密封 这需要绝缘导管来确保 绝缘导管结构见图1 9示 中间为导电杆 外面是绝缘介质瓷 见右图 导线通过绝缘套管将线圈的引入引出线穿过了变压器油箱的顶盖 2 6 2020 水职院电机教研室 17 八 瓦斯继电器 也称气体继电器 是变压器的主保护设备 它安装在油箱和油枕之间的管道上 它用于变压器油箱内部的短路保护 瓦斯保护原理见下图 轻 重瓦斯保护电路图 2 6 2020 水职院电机教研室 18 九 分接开关 用于对变压器的输出电压作小范围的调整 分接开关安装于变压器的顶盖上 接线于变压器的高压绕组 接线及调整输出电压原理见下图 分接开关只能调整高压绕组的匝数 调整范围为 5 2 6 2020 水职院电机教研室 19 分接开关如何调节输出电压 对于降压变压器 可调整N1 由上式可见 若要提升输出电压U2 可将分接开关向N1匝数减小的方向调整 若要降低输出电压U2 可将分接开关向N1匝数增加的方向调整 对于升压变压器 可调整N2 由上式可见 若要提升输出电压U2 可将分接开关向N2匝数增加的方向调整 若要降低输出电压U2 可将分接开关向N2匝数减小的方向调整 2 6 2020 水职院电机教研室 20 十 温度计 变压器在运行的过程中存在铁损和铜损 这些损耗都将转换成热能 随着热能的积累 变压器器身的温度会升高 当变压器由损耗产生的热量与散发到变压器以外的热量相等时 变压器的温度就不再升高 显然 变压器温度的高低与变压器损耗的大小及散热速度有关 变压器温度的高低对变压器的使用寿命有着很大的影响 主要是影响到变压器绝缘材料的寿命 在电器设备中的绝缘材料基本上都是使用的有机材料 有机材料有一最高允许温度 一旦超过这一最高允许温度 绝缘有机材料就会迅速老化 寿命缩短 绝缘材料的寿命与温度的关系为 不同绝缘材料按最高允许温度分为多个级别 超出最高允许温度后的老化速度可按8 原则确定 2 6 2020 水职院电机教研室 21 温度计是通过测量变压器的上层油温来判断发热部件的温度的高低的 中小型变压器常用信号温度计对上层油温进行测量 它的表面安装在变压器侧面 值班人员能看见的位置 温度计表面有三根指针 一指示实际温度 随温度高低转动 另两根为固定指针 指示极限温度 当运动指针与固定指针重合时 会接通相应的电接点 接通相应的保护电路 对变压器实施保护 这与轻 重瓦斯保护相似 2 6 2020 水职院电机教研室 22 第三节变压器的额定值 每一台变压器 实际上对所有的设备 都有一个铭牌 上面标出了变压器的型号 技术参数 使用条件 相当于一简要说明书 是正确选购 正确使用变压器的依据 主要有以下参数 二 额定容量SN 含义 变压器传输电能过程中最大能通过的电量值 变压器运行时传输电量可小于或等于这个值 若传输的电量超过这一值就称为 过载 过载情况下运行容易损坏变压器 这一量为视在功率 单位kVA 一 型号 给出了变压器的结构型式 额定容量 高压侧电压等级 见书上例 作一了解 2 6 2020 水职院电机教研室 23 三 额定电压U1N U2N 同时标出了一 二次侧的额定电压 额定电压的含义是指 变压器工作时的规定电压 不能高于或低于这个值 注 当一次侧施加额定电压二次侧开路 不接负载 时 二次侧的电压也达到额定值 同时标出了一 二次侧的额定电流 额定电流的含义是指 变压器长期运行允许通过的最大电流值 额定容量 额定电压 额定电流间关系 其单位为kV 注 三相变压器是指线电压 四 额定电流I1N I2N 其单位为A 注 三相变压器是指线电流 2 6 2020 水职院电机教研室 24 六 额定温升 指变压器内绕组或上层油温与变压器周围大气温度之差的允许升高值 根据国家标准 周围大气的最高温度规定为 40 绕组的额定温升为65 五 额定频率fN 指电源规定的频 不能用于其它频率上 我国规定额定频率为50Hz 考虑到变压器器身局部与整体平均温度的温差 变压器器身与上层油温的温差 上层油温与周围大气的温差 为安全起见 规程规定变压器的上层油温一般不得超过85 此外 铭牌上还标有接线图和连接组别 短路电压 变压器重量等参数 在后面的讲述中涉及到时再进行说明 2 6 2020 水职院电机教研室 25 通过这部分学习应明确 电力系统中为什么需要大