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第15章电力变压器 第15章电力变压器 15 1概述 15 2变电所主变压器台数和容量的选择 15 3变压器的工作原理 15 1概述 电力系统 电力系统是指由发电 输电 变电 配电和用电等环节组成的电能生产与消费系统 15 1概述 发电 配电 输电 电网 用电 电力系统 15 1概述 图1 1电力系统示意图 15 1概述 在电力系统中最主要的设备就是电力变压器 电力变压器是是用来将某一数值的交流电压 电流 变成频率相同的另一种或几种数值不同的电压 电流 的设备 15 2变压器的分类和结构 一 电力变压器的用途和分类1 电力变压器按功能分 有升压变压器和降压变压器两大类 工厂变电所都采用降压变压器 终端变电所的降压变压器 也称配电变压器 2 电力变压器按容量系列分 有R8容量系列和R10容量系列两大类 3 电力变压器按相数分 有三相变压器和单相变压器 在工厂变电所中一般都用三相变压器 15 2变压器的分类和结构 4 电力变压器按结构型式分 有铁芯式变压器和铁壳式变压器 如果绕组包在铁芯外围 则为铁芯式变压器 如果铁芯包在绕组外围 则为铁壳式变压器 5 电力变压器按调压方式分 有无载调压和有载调压变压器两大类 用户 变电所 大多采用无载调压变压器 6 电力变压器按绕组形式分 有双绕组变压器 三绕组变压器和自耦变压器三大类 用户 变电所 大多采用双绕组变压器 15 2变压器的分类和结构 7 电力变压器按冷却介质分 有干式和油浸式变压器两类 而油浸式变压器又分为油浸自冷式 油浸风冷式和强迫油循环风冷 或水冷 式三种类型 一般工厂变电所多采用油浸自冷式或油浸风冷式变压器 8 电力变压器按其绕组导体材质分 有铜绕组和铝绕组两种类型 15 2变压器的分类和结构 二 电力变压器的结构电力变压器从结构上看 铁芯和绕组是变压器的两大主要部分 下图所示为普通三相油浸式三相电力变压器的结构图 15 2变压器的分类和结构 铁芯 是变压器的磁路部分 由铁芯柱 柱上套装绕组 铁轭 连接铁芯以形成闭合磁路 组成 为了减小涡流和磁滞损耗 提高磁路的导磁性 铁芯采用0 35mm 0 5mm厚的硅钢片涂绝缘漆后交错叠成 15 2变压器的分类和结构 绕组 是变压器的电路部分 采用铜线或铝线绕制而成 原 副绕组同心套在铁芯柱上 器身 是指铁芯和绕组装在一起的整体 油箱 变压器油的作用是绝缘和冷却 15 2变压器的分类和结构 三 电力变压器的铭牌和额定值变压器的铭牌数据是制造厂对变压器正常工作时所作的使用规定 变压器的额定值就标注在铭牌上 变压器按额定值运行称为额定运行 电力变压器的铭牌上主要标注了以下各项 变压器型号 额定视在功率 额定电压 额定电流 频率 相数 接线图与连接组别 阻抗电压 冷却方式等 下面介绍电力变压器的型号和额定值 15 2变压器的分类和结构 电力变压器的型号电力变压器的型号表示和含义如下 15 2变压器的分类和结构 电力变压器的额定值 额定容量SN额定容量是指在额定状态下变压器输出功率 视在功率 对三相变压器指三相容量之和 单位为 由于电力变压器的效率极高 规定一次 二次侧容量相同 额定电压UN高压 一次 侧额定电压UN1是指变压器在空载时 变压器额定分接头对应的电压 单位为 二次侧额定电压UN2是指在一次侧加上额定电压时 二次侧的空载电压值 对三相电力变压器 额定电压是指线电压 15 2变压器的分类和结构 额定电流根据变压器的额定容量和额定电压计算出来的电流称为变压器的额定电流 单位为 对三相电力变压器 额定电流是指线电流 对单相变压器 对三相变压器 15 2变压器的分类和结构 4 额定频率fN 我国规定标准工业用电频率为50赫 Hz 有些国家采用60赫 此外 额定工作状态下变压器的效率 温升等数据均属于额定值 15 3变压器的工作原理 1 变压器的工作原理变压器的一次绕组 一次绕组 与交流电源接通后 经绕组内流过交变电流产生交变磁场 在这个交变磁场作用下 二次绕组产生频率相同的感应电动势 这时有 k叫做变压器的变压比 15 3变压器的工作原理 二次侧接负载时 二次侧中便有负载电流流过 这种情况称为负载运行 负载运行时 15 3变压器的工作原理 3 变压器变比和参数的测定方法1 变压器的空载运行变压器一次绕组接电源 二次绕组开路 负载电流I1零 这种情况即为变压器的空载运行 N1和N2为一 二次绕组的匝数分别绕在两个铁心柱上 15 3变压器的工作原理 2 变压器的负载运行一次侧接交流电源 二次侧接负载 二次侧中便有负载电流流过 这种情况称为负载运行 15 3变压器的工作原理 3 变压器额定值的含义和作用1 额定容量SN 指变压器的视在功率 对三相变压器指三相容量之和 单位 伏安 VA 千伏安 kVA 2 额定电压UN U1N指电源加到原边绕组上的电压 U2N是副边绕组开路即空载运行时副绕组的端电压 对于三相变压器一般指线电压值 单位 伏 V 千伏 kV 15 3变压器的工作原理 3 额定电流IN 由SN和UN计算出来的电流 即为额定电流对单相变压器 对三相变压器 15 3变压器的工作原理 15 3变压器的工作原理 4 变压器电压调整率的含义1 变压器的外特性在电源电压不变的情况下 变压器二次侧接入负载后 一 二次绕组都有电流通过 必然产生一 二次侧的内阻抗压降 从而使二次电压随负载的增减而变化 二次电压从随二次电流变化的特性曲线称为变压器的外特性曲线 15 3变压器的工作原理 2 电压调整率一般情况下 外特性曲线近似一条略向下倾斜的直线 且倾斜的程度与负载的功率因数有关 对于感性负载 功率因数愈低 下倾愈烈 从空载到满载 二次电压变化的数值与空载电压的比值称为电压调整率 即电力变压器的电压调整率一般为2 3 15 3变压器的工作原理 5 单相变压器绕组的极性单相变压器原副绕组是被同一主磁通交链 故当主磁通交变时 在原 副绕组感应出的电动势有一定的极性关系 即任一瞬间 一个绕组的某一端点的电位为正时 另一绕组必有一个端点的电位为正 这两个同极性端又名同名端 用 表示 15 3变压器的工作原理 6 单相变压器绕组的极性及其测定进行绕组极性测定时 首先用万用表的欧姆档确认出哪两个出线端属于同一线圈的端子 然后再辨认不同线圈的同极性端 15 3变压器的工作原理 1 交流测定法实验电路如图所示 首先用一段粗导线将一 二次绕组中各选出的一个端子 如端子1和3 联接起来 然后在一个绕组的端子上 一般取高压绕组 加上一较低的交流电压 用电压表测量一 二次绕组另外两端子 即2和4 之间的电压U和两绕组电压U1 U2 若 U U1 U2 则被短接的两个端子 1和3 为同名端 反之 则为异名端 而这时即可判定端子1和4或2和3为同名端 15 3变压器的工作原理 2 直流测定法实验电路如图所示 在端子1 2间串联接入一个直流电源E和开关S 在另一绕组的两端子 3和4 串接一个直流毫安表 当电源E和毫安表的极性如图所示时 在S合上的瞬间 若毫安表的指针正向摆动 则表明接表正极的端子3和接电源正极的端子1为同名端 若表针反向摆动 则端子1和4为同名端 15 3变压器的工作原理 7 三相变压器绕组的极性及其测定第一步 可以用万用表测出同一绕组的两个出线端 再根据六个绕组的电阻值大小区别出高压绕组 电阻头 和低压绕组 电阻小 15 3变压器的工作原理 第二步 通过给某极原绕组加一交流电压 万用表测三个付绕组感应电动势 其中感应电动势最高的一个绕组即为加突流电压的一相原绕组的付绕组 可以用同样方法找出第二相绕组 剩下的即为第三相绕组 15 3变压器的工作原理 第三步 将同一相的绕组中任一端与付绕组的一端短接 在原绕组加上110v电压 用万用表测未联的两端 若测得电压为原 付绕组二电压之差 小于110v 即所测两端为同名端 反之 大于110v 为异名端 15 3变压器的工作原理 第四步 将任两项原绕组的两端相短接 在某中一项原绕组加上110v电压 用万用表测未连接两端 若测得电压大于110v 即所测两端为同名端 反之 为异名端 换一相重复再测一次 15 2变压器的分类和结构 四 电力变压器的联接组在三相变压器中 一次绕组的始端为 末端为 二次绕组的始端为 末端为 所谓变压器的联接组别 是指变压器一 二次绕组因采用不同联接方式而形成变压器一 二次侧对应的线电压之间的不同相位关系 15 1概述 变压器的联接组别的表示方法是 大写字母表示一次侧 或原边 的接线方式 小写字母表示二次侧 或副边 的接线方式 Y 或y 为星形接线 D 或d 为三角形接线 N 或n 为中性点接地 数字采用时钟表示法 用来表示一 二次侧线电压的相位关系 一次侧线电压相量作为分针 固定指在时钟12点的位置 二次侧的线电压相量作为时针 15 1概述 变压器 联接组其一次线电压与对应的二次线电压之间的相位关系 和在零点 点 时时钟上的分针与时针的相互关系一样 图中的 表示 同名端 15 1概述 变压器 联接组其一次线电压与对应的二次线电压之间的相位关系 在 点时时钟上的分针与时针的相互关系一样 15 1概述 3 变压器 联接组由图可知 联接组两侧线电压相位差 15 2变电所主变压器台数和容量的选择 一 变电所主变压器台数的选择 车间变电所主变压器台数的选择 对于一般生产车间 尽可能装设一台变压器 如果车间的一 二级负荷所占比重较大 必须由两个电源供电时 应装设两台变压器 若该变电所与相邻车间变电所有联络线时 则亦可只装设一台变压器 15 2变电所主变压器台数和容量的选择 当车间负荷昼夜变化较大时 或由独立车间变电所同时向几个负荷曲线相差悬殊的车间供电时 若选一台变压器在技术 经济上显然不合理 则应装设两台变压器 15 2变电所主变压器台数和容量的选择 工厂总降压变电所变压器台数的选择 当工厂的绝大部分负荷属于三级负荷 其少量的一 二级负荷可由邻近工厂获得低压侧备用电源 时 可装设一台变压器 如果工厂的一 二级负荷所占比重较大时 必须装设两台变压器 两台变压器之间互为备用 当一台出现故障或进行检修时 另一台能承担对全部一 二级负荷的供电 15 2变电所主变压器台数和容量的选择 特殊情况下可装设两台以上变压器 例如 分期建设的大型工厂 其变电所个数及变压器台数均可分期投建 从而变压器台数可能较多 又如 对引起电网电压严重波动的设备 电弧炉等 可装设专用变压器 从而使变压器台数增多 当变电所仅装设一台变压器时 其变压器容量应考虑有 的富裕量 以备发展的需要 15 2变电所主变压器台数和容量的选择 二 变电所主变压器容量的选择 只装一台主变压器的变电所变压器容量的选择变压器的额定容量应满足全部用电设备总计算负荷的需要 15 2变电所主变压器台数和容量的选择 装有两台主变压器的变电所变压器容量的选择每台主变压器的额定容量应同