CH2 变压器的类型和基本结构

1、第二章第二章 变压器的类型和基本结构变压器的类型和基本结构 第一节第一节 变压器的用途和分类变压器的用途和分类 第二节第二节 变压器的基本结构变压器的基本结构 第三节第三节 变压器的额定值变压器的额定值 1.变压器的用途变压器的用途 变压器是一种静止变压器是一种静止电器电器，由铁心由铁心(磁路磁路)及两个或两及两个或两 个以上的绕组个以上的绕组(电路电路)组成，绕组之间由铁心中交变磁通组成，绕组之间由铁心中交变磁通 联系联系(磁耦合磁耦合)实现从一种电压实现从一种电压(电流电流)变为另一种电压变为另一种电压(电电 流流)。 变压器变压器只能对交流电的电压、电流进行变换，而只能对交流电的电压、电

2、流进行变换，而 不能改变交流电的频率不能改变交流电的频率。 第一节第一节 变压器的用途和分类变压器的用途和分类 变压器在电力系统中的应用变压器在电力系统中的应用 电力系统中，变压器是重要的电器设备。电力系统中，变压器是重要的电器设备。变压器变压器 与发电机的容量比与发电机的容量比（6 8）：）：1 高压输电的目的高压输电的目的：减小线路损耗，电压降落，节：减小线路损耗，电压降落，节 省线路用铜量。省线路用铜量。 发电机发电机 升压变压器升压变压器 降压变压器降压变压器 负荷负荷 简单电力系统：简单电力系统： 变压器除应用于电力系统外，还广泛用于其变压器除应用于电力系统外，还广泛用于其 它各种场

3、合。它各种场合。 如用于整流设备、电炉、高压试验装置、煤矿如用于整流设备、电炉、高压试验装置、煤矿 井下、交通运输等的特种变压器，用于交流电能井下、交通运输等的特种变压器，用于交流电能 测量的各种仪用互感器，实验室中使用的调压器，测量的各种仪用互感器，实验室中使用的调压器， 还有用于各种电子仪器和控制装置的控制变压器还有用于各种电子仪器和控制装置的控制变压器 等。等。 变压器其它用途变压器其它用途 在工农业、商贸和生活中也是重要设备。在工农业、商贸和生活中也是重要设备。 按绕组分为：按绕组分为： 双双绕组变压器绕组变压器 三三绕组变压器绕组变压器 自耦自耦变压器变压器 按相数按相数分为：分为：

4、 单相单相变压器变压器 三相三相变压器变压器 多相多相变压器变压器 电力变压器 电源变压器 环形变压器 接触调压器 控制变压器 三相干式变压器 第二节第二节 变压器的基本结构变压器的基本结构 铁芯铁芯(core) 带绝缘的绕组带绝缘的绕组(windings) 变压器油变压器油 油箱及附件油箱及附件 变压器主要部件是绕组和铁心变压器主要部件是绕组和铁心(器身器身)。 绕组是变压器的电路，铁心是变压器的磁路，二绕组是变压器的电路，铁心是变压器的磁路，二 者构成变压器的核心即电磁感应基本部分。者构成变压器的核心即电磁感应基本部分。 除了电磁部分，还有油箱除了电磁部分，还有油箱/冷却装置冷却装置/绝缘

5、套管绝缘套管/调调 压和保护装置等部件。压和保护装置等部件。 第二节第二节 变压器的基本结构变压器的基本结构 图图2-1 油侵变压器结构图油侵变压器结构图 1-讯号式温度计讯号式温度计 2-吸湿器吸湿器 3-储油柜储油柜 4-油表油表 5-安全气道安全气道 6-气体继电气体继电 器器 7-高压套管高压套管 8-低压套管低压套管 9-分接开关分接开关 10-油箱油箱 11-铁心铁心 12-线圈及绝缘线圈及绝缘 13-放油阀放油阀 门门 110kV变压器变压器 330kV变压器变压器 220kV变压器变压器 第二节第二节 变压器的基本结构变压器的基本结构 1.铁心铁心 变压器中导磁的主磁路变压器中

6、导磁的主磁路 套装绕组的机械骨架套装绕组的机械骨架 采用磁导率高，磁滞和涡流损采用磁导率高，磁滞和涡流损 耗小的软磁材料制成。大都由耗小的软磁材料制成。大都由 厚度为厚度为0.23mm0.35mm的冷轧的冷轧 硅钢片叠压而成，以减小损耗。硅钢片叠压而成，以减小损耗。 第二节第二节 变压器的基本结构变压器的基本结构 铁心由铁心由铁心柱铁心柱和和铁轭铁轭两部分两部分 组成。其中，套装绕组的部组成。其中，套装绕组的部 分称为铁心柱，连接铁心柱，分称为铁心柱，连接铁心柱， 以构成闭合磁路的部分为以构成闭合磁路的部分为磁磁 轭轭或或铁轭铁轭。 u 按照铁心结构，变压器有按照铁心结构，变压器有心心 式和壳

7、式式和壳式之分。之分。 第二节第二节 变压器的基本结构变压器的基本结构 第二节第二节 变压器的基本结构变压器的基本结构 （a）单相心式变压器）单相心式变压器 （b）三相心式变压器）三相心式变压器 图图23 单相和三相心式变压器单相和三相心式变压器 l心式心式变压器心柱被绕组所包围，结构简单，绕组布置变压器心柱被绕组所包围，结构简单，绕组布置 和绝缘较容易，因此电力变压器大多采用心式结构。和绝缘较容易，因此电力变压器大多采用心式结构。 （a）外形图）外形图 （b）单相壳式变压器）单相壳式变压器 （c）三相壳式变压器）三相壳式变压器 图图24 单相和三相壳式变压器单相和三相壳式变压器 u壳式壳式变

8、压器铁心包围着绕组的顶面、底面和侧面变压器铁心包围着绕组的顶面、底面和侧面 ，结构机械强度好，一般用于特种变压器和小容量，结构机械强度好，一般用于特种变压器和小容量 单相变压器。单相变压器。 第二节第二节 变压器的基本结构变压器的基本结构 铁心交叠：铁心交叠：相邻层相邻层按不同方式按不同方式交错叠放交错叠放， 将将接缝接缝错开。偶数层刚好压着奇数层的接缝错开。偶数层刚好压着奇数层的接缝 ，从而减少了磁阻，便于磁通流通。，从而减少了磁阻，便于磁通流通。 2.绕组绕组 l变压器的电路部分，常用包有绝缘变压器的电路部分，常用包有绝缘 材料的铜或铝导线绕制而成。材料的铜或铝导线绕制而成。 l为了便于制

9、造且具有良好的机械性为了便于制造且具有良好的机械性 能，一般做成圆筒形。高压绕组匝数能，一般做成圆筒形。高压绕组匝数 多，导线细，低压绕组匝数少，导线多，导线细，低压绕组匝数少，导线 粗。粗。 第二节第二节 变压器的基本结构变压器的基本结构 l 两个绕组中，电压较高的称为高压绕组，相应两个绕组中，电压较高的称为高压绕组，相应 电压较低的称为低压绕组。高压绕组在低压绕电压较低的称为低压绕组。高压绕组在低压绕 组外面。组外面。 l 从高、低压绕组的相对位置来看，变压器的绕从高、低压绕组的相对位置来看，变压器的绕 组又可分为组又可分为同心式、交迭式同心式、交迭式。 l 同心式绕组结构简单，制造方便，

10、心式变压器同心式绕组结构简单，制造方便，心式变压器 均采用这种结构，交迭式主要用于特种变压器均采用这种结构，交迭式主要用于特种变压器 中。中。 第二节第二节 变压器的基本结构变压器的基本结构 2.绕组绕组 3.变压器油及油箱变压器油及油箱 l器身放在装有变压器油的油箱里器身放在装有变压器油的油箱里 l变压器油既是变压器油既是绝缘介质绝缘介质也是也是冷却介质冷却介质。变压器油为。变压器油为 矿物油，矿物油， 由石油分馏得到。由于油的绝缘性能比空由石油分馏得到。由于油的绝缘性能比空 气好，可以提高绕组的气好，可以提高绕组的绝缘绝缘强度；同时，通过油箱强度；同时，通过油箱 中油的对流作用或强迫油循环

11、流动，使绕组及铁心中油的对流作用或强迫油循环流动，使绕组及铁心 中因功率损耗而产生的热量得到散逸，起到中因功率损耗而产生的热量得到散逸，起到冷却冷却作作 用。用。 第二节第二节 变压器的基本结构变压器的基本结构 3.变压器油及油箱变压器油及油箱 油箱的结构与变压器容量及发热情况有关。油箱的结构与变压器容量及发热情况有关。 小容量变压器采用小容量变压器采用平板式油箱平板式油箱，容量稍大时，需，容量稍大时，需 要增加散热面积而在油箱壁上焊散热器油管，称为要增加散热面积而在油箱壁上焊散热器油管，称为 管式油箱管式油箱。容量很大时，为提高冷却效果，可采用。容量很大时，为提高冷却效果，可采用 散热器式油

12、箱散热器式油箱，甚至采用强迫油循环的冷却方式。，甚至采用强迫油循环的冷却方式。 第二节第二节 变压器的基本结构变压器的基本结构 储油柜储油柜/气体继电器气体继电器/为安全气道为安全气道 变压器运行时产生热量，变压器运行时产生热量， 使变压器油膨胀，并流进使变压器油膨胀，并流进 储油柜中。储油柜中。 储油柜使变压器油与空气储油柜使变压器油与空气 接触面变小接触面变小,减缓了变压器油减缓了变压器油 的氧化和吸收空气水分的速的氧化和吸收空气水分的速 度。从而减缓了油的变质。度。从而减缓了油的变质。 4.其它附件其它附件 第二节第二节 变压器的基本结构变压器的基本结构 4.其它附件其它附件 第二节第二

13、节 变压器的基本结构变压器的基本结构 故障时故障时,热量会使变压器油汽化热量会使变压器油汽化, 触动气体继电器发出报警信号或触动气体继电器发出报警信号或 切断电源。切断电源。 如果是严重事故，变压器油大量如果是严重事故，变压器油大量 汽化，油气冲破安全气道管口的汽化，油气冲破安全气道管口的 密封玻璃，冲出变压器油箱，避密封玻璃，冲出变压器油箱，避 免油箱爆裂。免油箱爆裂。 油箱盖上面还装有油箱盖上面还装有分接头开关分接头开关，用它来调节绕组的，用它来调节绕组的 分接头，以改变高压绕组的匝数（即改变变压器变分接头，以改变高压绕组的匝数（即改变变压器变 比），从而在小范围调节变压器的输出电压。比）

14、，从而在小范围调节变压器的输出电压。 4.其它附件其它附件 第二节第二节 变压器的基本结构变压器的基本结构 1 1、变压器的发热与传热、变压器的发热与传热 变压器运行时有变压器运行时有铁耗、铜耗和附加损耗铁耗、铜耗和附加损耗等，这等，这 些损耗一方面影响变压器效率，另一方面转化为热些损耗一方面影响变压器效率，另一方面转化为热 量使变压器温度升高。由于变压器各部分与周围介量使变压器温度升高。由于变压器各部分与周围介 质存在温度差，热量向周围介质散发，温差越大，质存在温度差，热量向周围介质散发，温差越大， 散热越快。当发热量与散热量相等时，变压器各部散热越快。当发热量与散热量相等时，变压器各部 分

15、温度达到稳定值。这时变压器中某部分的温度与分温度达到稳定值。这时变压器中某部分的温度与 周围冷却介质的温度之差称为该部分的温升。周围冷却介质的温度之差称为该部分的温升。 第三节第三节 变压器的发热与冷却变压器的发热与冷却 变压器的油箱和油管表面主要依靠辐射和对流变压器的油箱和油管表面主要依靠辐射和对流 方式散热。但热量从绕组或铁心内部传到表面则是方式散热。但热量从绕组或铁心内部传到表面则是 依靠传导方式。通常油浸式变压器的散热过程为：依靠传导方式。通常油浸式变压器的散热过程为： 首先依靠传导作用将线圈和铁心内部的热量传到表首先依靠传导作用将线圈和铁心内部的热量传到表 面，然后通过变压器油的自然

16、对流将热量带到油箱面，然后通过变压器油的自然对流将热量带到油箱 壁和油管壁，再通过油箱壁和油管壁的传导作用把壁和油管壁，再通过油箱壁和油管壁的传导作用把 热量从它们的内表面传到外表面，之后通过辐射和热量从它们的内表面传到外表面，之后通过辐射和 对流将热量散发到周围空气中。对流将热量散发到周围空气中。 1 1、变压器的发热与传热、变压器的发热与传热 第三节第三节 变压器的发热与冷却变压器的发热与冷却 2、变压器各部分的温升限度、变压器各部分的温升限度 温升对变压器设计和运行极为重要，在电、磁负温升对变压器设计和运行极为重要，在电、磁负 荷一定时，温升过高会影响变压器的寿命和安全运行。荷一定时，温

17、升过高会影响变压器的寿命和安全运行。 根据所谓绝缘老化的根据所谓绝缘老化的6C规则，绕组温度每升高规则，绕组温度每升高 6C，使用年限将缩短一半。变压器运行时温升过低，使用年限将缩短一半。变压器运行时温升过低 又未充分利用材料，很不经济。所以，变压器运行时，又未充分利用材料，很不经济。所以，变压器运行时， 需确定一合理的温升，以保证在其寿命期内能充分利需确定一合理的温升，以保证在其寿命期内能充分利 用材料，降低成本。用材料，降低成本。 变压器达到稳定温升的时间与其容量大小和冷却方变压器达到稳定温升的时间与其容量大小和冷却方 式有关，小容量油浸式变压器和干式变压器，通常运式有关，小容量油浸式变压

18、器和干式变压器，通常运 行十小时就可达到稳定温升。而大型变压器一般需要行十小时就可达到稳定温升。而大型变压器一般需要 经过一整天左右才能达到稳定温升。经过一整天左右才能达到稳定温升。 第三节第三节 变压器的发热与冷却变压器的发热与冷却 变压器各部分的允许温升取决于绝缘材料、使用情变压器各部分的允许温升取决于绝缘材料、使用情 况和自然环境。我国油浸式电力变压器绕组一般采用况和自然环境。我国油浸式电力变压器绕组一般采用 A级绝缘，最高允许温度为级绝缘，最高允许温度为105C，高于此温度时，高于此温度时， 绝缘将迅速老化变脆，机械强度减弱。绝缘将迅速老化变脆，机械强度减弱。 2、变压器各部分的温升限

19、度、变压器各部分的温升限度 第三节第三节 变压器的发热与冷却变压器的发热与冷却 常用的常用的冷却介质是变压器油和空气冷却介质是变压器油和空气，前者称为，前者称为油油 浸式变压器浸式变压器，后者称为，后者称为干式变压器干式变压器。 油浸式变压器又分为油浸式变压器又分为油浸自冷式、油浸风冷式及油浸自冷式、油浸风冷式及 强迫油循环强迫油循环等三种。油浸自冷式变压器依靠油的自然等三种。油浸自冷式变压器依靠油的自然 对流带走热量，没有其它冷却设备。油浸风冷式变压对流带走热量，没有其它冷却设备。油浸风冷式变压 器是在油浸自冷式的基础上，增加风扇给油箱壁和油器是在油浸自冷式的基础上，增加风扇给油箱壁和油 管

20、吹风，以加强散热作用。强迫油循环式变压器是用管吹风，以加强散热作用。强迫油循环式变压器是用 油泵将变压器中的热油抽到变压器外的冷却器中冷却油泵将变压器中的热油抽到变压器外的冷却器中冷却 后再送入变压器。冷却器可采用循环水冷或强迫风冷。后再送入变压器。冷却器可采用循环水冷或强迫风冷。 3、变压器的冷却方式、变压器的冷却方式 第三节第三节 变压器的发热与冷却变压器的发热与冷却 第三节第三节 变压器的型号及额定值变压器的型号及额定值 1、变压器型号、变压器型号 由字母和数字组成，字母表示变压器基本结构特点，包由字母和数字组成，字母表示变压器基本结构特点，包 括相数、冷却方式、调压方式、绕组线芯材料等

21、，数字表示括相数、冷却方式、调压方式、绕组线芯材料等，数字表示 额定容量（额定容量（kVA）和高压侧的额定电压（）和高压侧的额定电压（kV）。例如：）。例如： 第三节第三节 变压器的型号及额定值变压器的型号及额定值 1、变压器型号、变压器型号 其它可能出现的字母符号含义分别有：其它可能出现的字母符号含义分别有：D单相，单相，S三三 相，相，F非自耦，非自耦，W无励磁调压等。无励磁调压等。 2.变压器额定值变压器额定值 额定值是制造厂家指定的，用来表示在规额定值是制造厂家指定的，用来表示在规 定工作条件下运行的一些重要数据，它是制造定工作条件下运行的一些重要数据，它是制造 厂设计和试验变压器的依

22、据，通常标注在铭牌厂设计和试验变压器的依据，通常标注在铭牌 上，也叫上，也叫铭牌值铭牌值。 在额定条件下运行时，可以保证变压器长期在额定条件下运行时，可以保证变压器长期 可靠工作。可靠工作。 第三节第三节 变压器的型号及额定值变压器的型号及额定值 变压器在额定运行条件下输出的的额定变压器在额定运行条件下输出的的额定视在功率视在功率， 单位为伏安（单位为伏安（VA）或千伏安（）或千伏安（KVA）或兆伏安）或兆伏安 （MVA）。）。 由于变压器的效率很高，因此设计时由于变压器的效率很高，因此设计时规定双绕组规定双绕组 变压器的一、二次绕组额定容量相等变压器的一、二次绕组额定容量相等。 对于三相变压器，其额定容量为对于三相变压器，其额定容量为三相总容量三相总容量。 (1).额定容量额定容量 第三节第三节 变压器的型号及额定值变压器的型号及额定值 一次额定电压一次额定电压U1N是变压器正常运行时是变压器正常运行时一次一次绕绕 组线路端子间外施电压的有效值。组线路端子间外施电压的有效值。 二次额定电压二次额定电压U2N是当一次绕组外施额定电压是当一次绕组外施