变压器的基础知识

1、变压器的基础知识 变压器(Transformer) 为什么要使用变压器，变压器是用在哪里的？ 为什么电网分为很多电压等级？ 为什么使用交流电才能变压？ 为什么要变压？怎么变？ 变压的原理为何？主要用到的定律是什么？ 变压器的构造是什么？ 。 目录 变压器的历史 1831年，法拉第感应定律 dt d N 磁通量变化感应电动势 法拉第 Faraday(17911867) 史上最早的变压器 法拉第环(第一个变压器) 1831年8月29日，法拉第利用 一个直径6寸的铁环，外面绕着 二个铜线圈，其中一个线圈的 一端接到伏特电池，另一个线 圈则接到电流计。当电池一通 电流，电流计上也马上出现短 暂反方向的

2、电流。这个著名的 实验就是史上第一个变压器。 试验现象解释 一二次绕组匝数不相等时，起到了改变电 压的作用，这就是变压器 交流电源 一次绕组 电感生磁 二次绕组 磁感生电 电能 照明灯电压照明灯电压-220伏伏 机床上照明灯机床上照明灯-36伏伏 半导体收音机电源电压不超过半导体收音机电源电压不超过10伏伏 大型发电机交流电压大型发电机交流电压-几万几万伏伏 远距离输电远距离输电-几十万几十万至至100万万伏伏 变压器可以改变变压器可以改变交流交流电压电压 变压器的作用 变压器的作用 变压器在电力系统中的作用变压器在电力系统中的作用： 几种常见的变压器 变压器的构造 U1 U2 n1n2 原线

3、圈原线圈副线圈副线圈 铁芯铁芯 （1）闭合铁芯）闭合铁芯 （绝缘硅钢片叠合而成）（绝缘硅钢片叠合而成） （2）原线圈（初级线圈）：其匝数用）原线圈（初级线圈）：其匝数用n1表示表示 （3）副线圈（次级线圈）：其匝数用）副线圈（次级线圈）：其匝数用n2表示表示 （4）输入电压：）输入电压：U1; 输出电压：输出电压：U2. 变压器的工作原理互感现象 变压器通过闭合铁芯，利用互变压器通过闭合铁芯，利用互 感现象实现了电能（感现象实现了电能（U1、I1）到）到 磁场能（变化的磁场）再到电能磁场能（变化的磁场）再到电能 （ U2、I2）转化。）转化。 U1 U2 n1n2 原线圈原线圈副线圈副线圈 铁

4、芯铁芯 闭合铁芯实现了电能闭合铁芯实现了电能-磁场能磁场能-电能的转换，由于原副线圈中电能的转换，由于原副线圈中 的电流共同产生的磁通量绝大部分通过铁芯，使能量在转换过的电流共同产生的磁通量绝大部分通过铁芯，使能量在转换过 程中损失很小，为了便于研究，物理学中引入了一种理想化模程中损失很小，为了便于研究，物理学中引入了一种理想化模 型型-理想变压器理想变压器。即略去原、副线圈中的电阻和各种电磁能。即略去原、副线圈中的电阻和各种电磁能 损失的变压器。下面我们定量分析理想变压器的变压规律。损失的变压器。下面我们定量分析理想变压器的变压规律。 U1 U2 = n1 n2 理想变压器原副线圈的端电压之

5、理想变压器原副线圈的端电压之 比等于这两个线圈的匝数之比比等于这两个线圈的匝数之比 I1I2 n1n2 U1U2 升压变压器：升压变压器：n2 n1 U2U1 降压变压器：降压变压器：n2 n1 U2 U1 理想变压器的变压规律 理想变压器的变流规律 1.理想变压器输出功率应等于输入功率理想变压器输出功率应等于输入功率 即即: I1U1=I2U2 2.理想变压器原副线圈的电流跟它们理想变压器原副线圈的电流跟它们 的匝数成反比的匝数成反比 变压器工作时，高压线圈匝变压器工作时，高压线圈匝 数多而通过的电流小，可用数多而通过的电流小，可用 较细的导线绕制；低压线圈较细的导线绕制；低压线圈 匝数少而

6、通过的电流大，应匝数少而通过的电流大，应 当用较粗的导线绕制。当用较粗的导线绕制。 这这 也是判定高压线圈和低压线也是判定高压线圈和低压线 圈的一种方法。圈的一种方法。 I1 I2 = n2 n1 变压器的类型 试验变压器 电力变压器 1.按用途分： 变压器的类型 单相变压器 三相变压器 2.按相数分： 变压器的类型 干式变压器油浸式变压器 3.按冷却方式分： 充气式变压器 变压器的类型 4.按调压方式分： 有载调压变压器 无载调压变压器 5.按绕组结构分： 双绕组变压器 三绕组变压器 自耦变压器 变压器的主要技术参数 1.相数和额定频率：电力变压器一般做成三相的，小型变压器有制成单相的， 特

7、大型变压器做成单相后组成三相变压器。我国电力变压器的额定频率 为50HZ。 2.额定容量：变压器在厂家铭牌规定的额定电压、额定电流时连续运行所能 输送的容量。 3.额定电压：变压器长时间运行所能承受的工作电压。 4.额定电流：变压器在额定容量下，允许长期通过的工作电流。 5.空载损耗：变压器在二次开路、一次侧施加额定电压时，变压器铁芯所产 生的有功损耗。 6.负载损耗：将变压器的二次绕组短路，流经一次绕组的电流为额定电流时， 变压器绕组所消耗的有功功率。 7.阻抗电压：将变压器二次绕组短路，使一次绕组电压慢慢加大，党二次绕 组的短路电流达到额定电流时，一次绕组所施加的电压与额定电压的比 值百分

8、数，就是阻抗电压。 变压器的基本结构 变压器的基本结构（外部） 变压器的基本结构（内部） 变压器的基本结构 1.铁芯：电力变压器的铁芯结构普遍采用芯式铁芯。 2.绕组：芯式变压器的绕组采用同心绕组。 3.绝缘:变压器的绝缘分为内绝缘（是油箱内各部分的绝缘，包括绝 缘油以及浸在油里的绝缘纸）和外绝缘（是变压器油箱外套管部对 地和彼此之间的绝缘）。 4.分接开关：是用来改变线圈匝数以调整电压的装置。 5.出线装置：为将变压器的绕组引出线从箱体中引到油箱外，必须采 用绝缘套管将带电的引线与接地的油箱隔离，包括高低压套管。 6.其他设备：包括油箱、油枕、吸湿器、保护装置等。 外部结构 内部结构 油浸式

9、配变 干式变压器干式变压器 二者对比分析二者对比分析 -体积小，占地少，运行安全可靠，维护简单；体积小，占地少，运行安全可靠，维护简单； -干式变压器避免了由于运行中发生故障导致的变压器干式变压器避免了由于运行中发生故障导致的变压器 油发生火灾和爆炸的危险；油发生火灾和爆炸的危险；多用于防火、防爆要求高的多用于防火、防爆要求高的 场所，如商业中心。场所，如商业中心。 - 干式变压器的特点干式变压器的特点 引线形式多采用瓷套管；引线形式多采用瓷套管； 绝缘介质是变压器油；绝缘介质是变压器油； 相同容量时油变体积大；相同容量时油变体积大； 引线形式多采用硅橡胶管；引线形式多采用硅橡胶管； 绝缘介质

10、是空气、环氧树绝缘介质是空气、环氧树 脂相同容量较油变体积小；脂相同容量较油变体积小； 相同容量时，油浸式相同容量时，油浸式 配变价格低，经济性配变价格低，经济性 高高 相同容量时，干式变相同容量时，干式变 压器价格高压器价格高 结构特点 经济性 油浸式配变 干式变压器 适用场所 可应用于室外、也可用可应用于室外、也可用 于室内，例如，居民小于室内，例如，居民小 区区 用于室内，例如居民小用于室内，例如居民小 区、商业中心等场所，区、商业中心等场所， 特别是在防火、防爆要特别是在防火、防爆要 求高的场所求高的场所 疑惑 通过观察变压器的结构，我们往往会有很多疑问，例如： 1）我们发现变压器的线

11、圈外侧 是高压线圈，内侧是低压线圈 ，为什么不能反过来呢？ 2）我们观察到铁芯会用 接地片接地，并且只有 一点接地，为什么呢？ 疑惑 3）观察变压器铭牌，变压器型号的含义是什么？ 例如图片中的型号：S11-400/10表示什么意思？ 为什么电力变压器的高压绕组都在低压绕组的外面？ n高压绕组布置在低压绕组外面，主要是从绝缘方面考虑的，低压 绕组靠近铁芯，这样对变压器的低压绕组与铁芯之间的绝缘，从 绝缘角度容易做到，结果使得变压器体积小，不但节省了绝缘材 料，而且造价较低。另外变压器调节是靠改变高压绕组的匝数来 实现，分接头放在高压侧，因高压侧额定电流小，分解开关的体 积及接触器的引线和接头容易

12、解决。因此，基于以上两点，电力 变压器的高压绕组都布置在低压绕组的外面。 答疑解惑 为什么变压器的铁芯要接地，且只能一点接地？ n 因为运行中变压器的铁芯和其他附件都处于绕组周围很强的电磁 场内，如果不接地，必然由于电磁场的作用使铁芯和其他附件产 生一定的悬浮电位，由于变压器铁芯和其它金属附件各自所处的 位置不同，因而电位也不同，在外加电压的作用下，当两点间或 某点对地电位差大于两者间的绝缘耐压强度，即超过放电电压时 ，就会出现火花放电，使绝缘油分解或固体绝缘损坏，发生事故 。因此为了避免变压器的放电，变压器铁芯一定要接地。 n如变压器铁芯多点接地，则会通过接地点形成涡流通路，造成铁 芯局部发

13、热，这是不允许的，因此变压器铁芯只允许一点接地。 事实上，硅钢片之间虽然涂有绝缘漆，但其绝缘电阻较小，只能 隔断涡流而不能阻止高压感应电流，因而只要将一片硅钢片接地 ，就相当于整个铁芯都接地了。 答疑解惑 变压器型号的含义答疑解惑 特殊使用环境代号（一般不特殊使用环境代号（一般不 标；标；TH-TH-湿热；湿热；TA-TA-干热）干热） 额定容量（额定容量（kVAkVA） 设计序号设计序号 调压方式（无励磁调压不标；调压方式（无励磁调压不标； Z-Z-有载调压）有载调压） 导线材质（铜线不标；导线材质（铜线不标；L-L-铝线）铝线） 绕组数（双绕组不标；绕组数（双绕组不标；S-S-三绕三绕 组

14、；组；F-F-双分裂绕组）双分裂绕组） 循环方式（自然循环不标；循环方式（自然循环不标；P-P- 强迫循环）强迫循环） 冷却方式（冷却方式（J-J-油浸自冷，亦可油浸自冷，亦可 不标；不标；G-G-干式空气自冷；干式空气自冷；G-G-干干 式浇注绝缘；式浇注绝缘；F-F-油浸风冷；油浸风冷；S-S- 油浸水冷）油浸水冷） 相数（相数（D-D- 单相；单相；S-S- 三相）三相） 绕组绕组 耦合耦合 方式方式 （一（一 般不般不 标；标； O-O-自自 耦）耦） 高压绕组的额定电压等级（高压绕组的额定电压等级（kVkV） 答疑解惑 n S - 三“ 相 n F - 风“ 冷 n S - 三“ 线

15、圈 n Z - 有 载“ 调压 n 7 - 7型 （变压器性能水平代号） n40000 - 变压器额定容量40000千伏安（KVA） n110 - 变压器高压侧额定电压110千伏（KV） 例：SFSZ7-40000/110的含义如下 变压器的常见故障 变压器的常见故障可分为 了解变压器的常见故障有哪些 内部故障 外部故障 变压器的常见故障 n内部故障是指变压器油箱里面发生的故障，大致可分为以下两类： 1）在变压器各绕组上发生的相间短路、单相接地短路、匝间短路等 电气故障，这类故障对变压器及电网可能造成较大的损伤和影响，可 通过检测不平衡电压和电流来分析。 2）由于导体之间电气连接接触不良或铁芯故障，在变压器油中可能 产生间歇性电弧；以