第5章 变压器的结构、原理和额定值

1、电电 机机 学学主讲教师：阎治安 12008-08- Email地址：时间：电电 机机 学学主讲教师：阎治安 2 第二篇 变变 压压 器器 Transformerv变压器变压器是一种静止电机，它可以将是一种静止电机，它可以将一种电压形式一种电压形式的电能转换为另一种电压形式的电能的电能转换为另一种电压形式的电能。 电电 机机 学学主讲教师：阎治安 3第第 5 章章 变压器的变压器的结构结构、原理原理和和额定值额定值5-1 变压器的变压器的用途和工作原理 一、变压器分类及用途一、变压器分类及用途 （1）电力变压器）电力变压器：电力系统传输电：电力系统传输电能能的升、降压变压器和配电变压器等。的升

2、、降压变压器和配电变压器等。变压器在电力系统中具有极其重要的变压器在电力系统中具有极其重要的地位。地位。v问题问题5-1 远距离输电为什么必须采远距离输电为什么必须采用用高压高压输电？输电？ 原动机原动机用电户用电户发电站发电站发电机组发电机组降压变压器降压变压器配电变压器配电变压器升压变压器升压变压器电电 机机 学学主讲教师：阎治安 4（2）专用变压器：）专用变压器：如如电炉变压器电炉变压器(专用专用)，给电炉给电炉(如炼钢炉如炼钢炉)供电。供电。整流变整流变压器压器(专用专用)： 给直流电力机车供电。给直流电力机车供电。 HSSP-7200/6电炉变压器电炉变压器整流整流变压器变压器（3）

3、测量变压器）测量变压器：用在测量设备中：用在测量设备中 。 仪仪用用变变压压器器电电 机机 学学主讲教师：阎治安 5（4）控制变压器）控制变压器： 用用 在电子线路中。在电子线路中。 二、变压器的工作原理二、变压器的工作原理 AXax1u1i1e2e2u2i1N2N变压器的工作原理图变压器的工作原理图 （1）原理图）原理图 v一个一个铁心铁心：提供磁通的闭合路径。：提供磁通的闭合路径。 v两个两个绕组绕组：v一一次侧绕组次侧绕组 (原边原边) N1， 二次侧绕组二次侧绕组(副边副边)N2。 控制变压器控制变压器电电 机机 学学主讲教师：阎治安 6(2) 工作原理工作原理 v当当一次一次绕组接绕

4、组接交流交流电压后，就有激磁电流电压后，就有激磁电流 i0 存在，该电流在铁心中可存在，该电流在铁心中可产生一个交变的主磁通产生一个交变的主磁通。v 在两个绕组中分别产生感应电势在两个绕组中分别产生感应电势e1和和e2 若略去绕组电阻和漏抗压降，则两侧电压之比为：若略去绕组电阻和漏抗压降，则两侧电压之比为： 定义为变压器的定义为变压器的变比变比。 从此式可以看出，若固定 u1，只要改变匝数比即可达到改变电压的目的了，即若使若使 N2N1，则为则为升压变压器升压变压器；若使；若使 N2N1，则为则为降压变压器。降压变压器。 11112222 NUNuekeUu1122ddeNeNdtdt电电 机

5、机 学学主讲教师：阎治安 75-2 变压器的变压器的类型类型和和结构结构 一、类型一、类型 v除了按除了按用途用途分类外，变压器还可以按分类外，变压器还可以按相数、绕组数目相数、绕组数目、铁心形式铁心形式、冷却冷却方式方式等特征分类。等特征分类。v按按相数相数分：分：单单相、相、三三相相、多、多相相变压器变压器等。等。v按按绕组绕组分：分：双双绕组绕组、自耦、自耦、三三绕组绕组变压器变压器 v铁心铁心形式：形式：芯芯式式、壳、壳式式变压器变压器 v冷却冷却方式：方式：干干式、式、油油浸式浸式变压器变压器等等 单相变压器三相变压器干式变压器单相变压器单相自耦变压器电电 机机 学学主讲教师：阎治安

6、 8单相芯式三相芯式单相壳式三相壳式电电 机机 学学主讲教师：阎治安 9二、结构二、结构 ( 电力变压器电力变压器 ) v绕组是变压器的绕组是变压器的电路电路，铁心是变压器的，铁心是变压器的磁路磁路。二者构成变压器的。二者构成变压器的核心核心即即电磁电磁部分。部分。 还有还有油箱油箱、冷却装置冷却装置、绝缘套管、调压绝缘套管、调压和和保护装置保护装置等部件。等部件。 (1)铁心铁心 v型式：型式：芯式芯式变压器变压器(结构简单工艺简单应用广泛结构简单工艺简单应用广泛)； 壳式壳式变压器变压器(用在小容量变压器用在小容量变压器和电炉变压器和电炉变压器)。 v材料：一般由材料：一般由0.35mm或

7、或0.5mm冷轧冷轧(也用热轧也用热轧)硅钢片叠成。硅钢片叠成。 v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。 v铁心柱截面形状：铁心柱截面形状：小型变压器做成小型变压器做成方形方形或者或者矩形矩形；大型变压器做成；大型变压器做成阶梯形阶梯形。容量大则。容量大则级数多。叠片间留有间隙作为油道级数多。叠片间留有间隙作为油道(纵向或横向纵向或横向)。（纵向油道见课本图。（纵向油道见课本图5.13） 单相四片式铁心交叠方法单相四片式

8、铁心交叠方法三相六片式铁心交叠方法三相六片式铁心交叠方法电电 机机 学学主讲教师：阎治安 10v铁心柱截面形状：铁心柱截面形状：小型变压器做成小型变压器做成方形方形或者或者矩形矩形；大型变压器做成；大型变压器做成阶梯形阶梯形。容量大则。容量大则级数多。叠片间留有间隙作为油道级数多。叠片间留有间隙作为油道(纵向或横向纵向或横向)。（纵向油道见课本图。（纵向油道见课本图5.13） 方铁心方铁心长方形铁心长方形铁心十字形铁心十字形铁心无油道多级铁心无油道多级铁心有油道多级铁心有油道多级铁心(2) 绕组绕组 v一般用一般用绝缘扁铜线绝缘扁铜线或或圆铜线圆铜线在绕线模在绕线模上绕制而成。上绕制而成。 v

9、绕组套装在变压器铁心柱上，一般绕组套装在变压器铁心柱上，一般低低压压绕组在绕组在内内层，层，高压高压绕组套装在低压绕绕组套装在低压绕组组外外层，以便于提高绝缘性能。层，以便于提高绝缘性能。 (3) 油、油箱、冷却油、油箱、冷却及及安全安全装置装置 v器身装在器身装在油箱油箱内，油箱内充满内，油箱内充满变变压器油。压器油。油箱有许多油箱有许多散热油管散热油管，以，以增大散热面积。增大散热面积。 v变压器油变压器油是一种矿物油，具有很好的是一种矿物油，具有很好的绝绝v缘缘性能。变压器油起两个作用：性能。变压器油起两个作用：在变压器绕组与绕组、绕组与铁心及油箱之间起在变压器绕组与绕组、绕组与铁心及油

10、箱之间起绝缘作用绝缘作用。变压器油受热后产生对流，对变压器铁心和绕组起变压器油受热后产生对流，对变压器铁心和绕组起散热作用散热作用。 v为了加快散热，有的大型变压器采用内部油泵强迫油循环，外部用变压器风扇吹为了加快散热，有的大型变压器采用内部油泵强迫油循环，外部用变压器风扇吹风或用自来水冲淋变压器油箱。这些都是变压器的风或用自来水冲淋变压器油箱。这些都是变压器的冷却装置冷却装置。 电电 机机 学学主讲教师：阎治安 11v变压器运行时产生热量，使变压器油膨胀，并流变压器运行时产生热量，使变压器油膨胀，并流进进储油柜储油柜中。中。 v储油柜储油柜使变压器油与空气接触面变小，减缓了使变压器油与空气接

11、触面变小，减缓了变压器油的变压器油的氧化氧化和吸收空气水分的速度。从而减和吸收空气水分的速度。从而减缓了油的变质。缓了油的变质。 v故障时故障时,热量会使变压器油热量会使变压器油汽化汽化，触动气体，触动气体继电器发出报警信号或切断电源。继电器发出报警信号或切断电源。 v如果是严重事故，变压器油如果是严重事故，变压器油大量汽化大量汽化，油气冲破，油气冲破安全气道安全气道管口的管口的密封密封玻璃玻璃，冲出变压器油箱，避免油箱爆裂。，冲出变压器油箱，避免油箱爆裂。 电电 机机 学学主讲教师：阎治安 12电电 机机 学学主讲教师：阎治安 135-3 变压器的变压器的额定值额定值 ( Rating )一

12、、额定电压一、额定电压 U U1N1N/ /U U2N2Nv单位为单位为V或者或者kV。U1N为为正常正常运行时运行时一一次侧应加的电压。次侧应加的电压。U2N为为一一次侧加次侧加额定额定电电压、二次侧处于压、二次侧处于空载空载状态时的电压。状态时的电压。 三相变压器中，额定电压指的是三相变压器中，额定电压指的是线线电压。电压。 二、额定容量二、额定容量 S SN Nv单位为单位为VA、kVA、MVA，SN为变压器为变压器额定运行额定运行时时的的视在视在功率。通常把变压器一功率。通常把变压器一、二次侧绕组的额定容量设计为相同。、二次侧绕组的额定容量设计为相同。 三、额定电流三、额定电流 I I1N1N/ /I I2N2Nv单位为单位为A、kA。是变压器。是变压器额定运行额定运行时所能承担的电流，在三相变压器中均时所能承担的电流，在三相变压器中均代表代表线线电流。电流。 单相的： 三相的：11221221 / / 3 3NNNNNNNNNNNNISUISUSSIIUU112211221122 3333NNNNNNNNNNNpNpNpNpSUIUIS