变压器的基本原理和结构

辽宁省电力有限公司电力变压器基本工作原理和结构国家电网国家电网辽宁省电力有限公司LAONINGELECTRICPOWERCOMPANY变压器是利用电磁感应原理传输电能或电信号的器件，它具有变压、变流和变阻抗的作用。变压器的种类很多,应用十分广泛。比如在电力系统中用电力变压器把发电机发出的电压升高后进行远距离输电，到达目的地后再用变压器把电压降低以便用户使用，以此减少传输过程中电能的损耗；在电子设备和仪器中常用小功率电源变压器改变市电电压，再通过整流和滤波，得到电路所需要的直流电压；在放大电路中用耦合变压器传递信号或进行阻抗的匹配等等。变压器虽然大小悬殊，用途各异，但其基本结构和工作原理却是相同的。国家电网国家电网辽宁省电力有限公司变压器是根据电磁感应原理工作的。崖崖?单相变压器的原理图国家电网国家电网辽宁省电力有限公司图中在闭合的铁芯上，绕有两个互相绝缘的绕组，其中，接入电源的一侧叫一次侧绕组，输出电能的一侧为二次侧绕组。当交流电源电压U1加到一次侧绕组后，就有交流电流I₁通过该绕组，在铁芯中产生交变磁通φ,这个交变磁通不仅穿过一次侧绕组，同时也穿过二次侧绕组，两个绕组分别产生感应电势E₁和E₂,。这时，如果二次侧绕组与外电路的负荷接通，便有电流I₂,流入负荷，即二次侧绕组有电能变压器基本工作原理主磁通和漏磁通在性质上的不同：1)由于铁磁材料有饱和现象，所以主磁路的磁阻不是常数，主磁通与建立它的电流之间呈非线性关系。而漏磁通的磁路大部分是非铁磁材料组成，所以漏磁路的磁阻基本上是常数，漏磁通与产生它的电流呈线性关系。2)主磁通在原、副绕组中均感应电动势，当副方接上负载时便有电功率向负载输出，故主磁通起传递能量的作用。而漏磁通仅在原绕组中感应电动势，不能传递能量，仅起压降作用。因此，在分析变压器时常将主磁通和漏磁通分开处理。国家电网国家电网辽宁省电力有限公司根据电磁感应定律可以导出：一次侧绕组感应电势为：E1=4.44fN1φm二次侧绕组感应电势为：E2=4.44fN2φmN1-----一次侧绕组匝数；N2-----二次侧绕组匝数；φm---铁芯中主磁通幅值。由上两式得出：由此可见，变压器一、二次侧感应电势之比等于一、二次侧绕组匝数之比由于变压器一、二次侧的漏电抗和电阻都比较小，可以忽略不计，因此可近似地认为一次电压有效值U₁≈E₁,二次电压有效值U₂≈E₂。于是变压器一、二次侧绕组因匝数不同将导致一、二次侧绕组的电压高低不等，匝数多的一边电压高，匝数少的一边电压低，这就是变压器能够改变电压的道理。国家电网国家电网辽宁省电力有限公司如果忽略变压器的内损耗，可认为变压器二次输出功率等于变压器一次输入功率，即：U₁I₁=U₂I₂式中I₁、I₂分别为变压器一次、二次电流的有效值。由此可得出：由此可见，变压器一、二次电流之比与一、二次绕组的匝数比成反比。即变压器匝数多的一侧电流小，匝数少的一侧电流大，也就是电压高的一侧电流小，电压低的一侧电流大。国家电网国家电网辽宁省电力有限公司●按用途分类：升压变压器、降压变压器；●按铁心结构分类：心式变压器和壳式变●按铁心结构分类：心式变压器和壳式变压器；●按调压方式分类：无载调压变压器、有载调压变压器；·按冷却介质和冷却方式分类：油浸式变压器和干式变压器小型变压器、中型变压器、大型变压器和特大型变压器。国家电网国家电网辽宁省电力有限公司下图是我们常见的两种变压器：干式变压器油浸式变压器国家电网国家电网辽宁省电力有限公司·变压器的构造：变压器主要由：铁心、绕组、油箱、附件等组成。国家电网国家电网辽宁省电力有限公司1、铁心国家电网辽宁省电力有限公司LAONINGELECTRICPOWERCOMPA国家电网辽宁省电力有限公司LAONINGELECTRICPOWERCOMPA国家电网国家电网铁心在变压器中构成一个闭合的磁路.又是安装线圈的骨架.对变压器电磁性能和机械强度是极为重要的部件。路国家电网辽宁省电力有限公司LAONINGELECTRICPOWERCOMPA国家电网国家电网辽宁省电力有限公司LAONINGELECTRICPOWERCOMPANY·铁心是变压器的磁路部分，由铁心柱(柱上套装绕组)、铁轭(连接铁心以形成闭合磁路)组成，为了减小涡流和磁滞损耗，提高磁路的导磁性，铁心采0.35mm0.5mm厚的冷轧硅钢片涂绝缘漆后交错叠成。·小型变压器铁心截面为矩形或方形，大型变压器铁心截面为阶梯形，这是为了充分利用空间。常用的铁心叠积图如图。图中(a)为单相双拄铁心，(b)单相双柱双框铁心，(c)为三相三柱铁心，其铁轭片为一个总共8个接缝中有四个是直接缝，这种大改善，这种接缝方式材料利用率较高，应用价值，(e)为三相三柱全斜接缝铁心；(f)为三相五柱式(有两个旁扼),降低铁心高度的铁心：(g)为三相双框式铁心，国家电网国家电网辽宁省电力有限公司铁心的构成：铁心由铁心叠片、绝缘件和铁心结构件等组成。而铁心结构件又由夹件垫脚、撑板、拉板、压钉等组成。结构件保证叠片的充分夹紧，形成完整而牢固的铁心结构。叠片与夹件、垫脚、撑板、拉带和拉板之间均有绝缘件。国家电网辽宁省电力有限公司LAONINGELECTRICPOWERCOMPA1-拉带2-接地片3-拉带4-夹紧螺杆5-上夹件6-拉螺杆7-下夹件8、9-垫脚辽宁省电力有限公司辽宁省电力有限公司LAONINGELECTRICPOWERCOMPA1一夹件2一方铁3-方铁绝缘4一枕木变压器基本结构铁心接地为避免结构件电位悬浮引起放电，铁心必须接地，且一点接地。一点接地：避免产生环流，增加铁损。接地片为0.3mm厚的紫铜片，宽度为20、30mm或40mm,铜带表面要搪锡，以减少接触电阻。粗底高线组低展组高绕组粗底高线组低展组高绕组国家电网国家电网辽宁省电力有限公司LAONINGELECTRICPOWERCOMPANY变压器铁芯多点接地的故障特征>过热造成的温升，使变压器油分解，产生的气体溶解>油中气体不断增加并析出(电弧放电故障时，气体析出量国家电网国家电网辽宁省电力有限公司·绕组是变压器最基本的组成部分,它与铁心合称电力变压器本体,是建立磁场和传输电能的电路部分。电力变压器绕组由高压绕组，低压绕组，对地绝缘层(主绝缘),高、低压绕组之间绝缘件及由燕尾垫块，撑条构成的油道，高压引线，低压引线等构成o·一般用绝缘扁铜线或圆铜线包绕绝缘纸在绕线模上绕制而成。国家电网国家电网辽宁省电力有限公司LIAONINGELECTRICPOWERCOMPANYLIN导线并联：当变压器容量较大时，电流较大，导线并联。导线换位：确保并联导线间电流分布均匀，长度相等且与漏磁场相交链的漏磁链相同，则导线在幅向上就必须换位。基本上分为组合导线和换位导线组合导线：由2~4跟绝缘导线组合在一起，外包公共绝缘，达到规定的导线绝缘厚度。换位导线：由多根漆包铜扁线，经换位后，外包绝缘纸制成。变压器基本结构2、绕组的形式基本上分为层式和饼式层式线圈：绕组的线匝沿其轴向依次排列连续绕制而成的称为层式线饼式线圈：绕组的线匝沿其辐向连续绕制而成一饼(段),再由许多饼沿轴向排列组成的绕组称为饼式线圈国家电网国家电网辽宁省电力有限公司不同容量、不同电压等级的电力变压器，绕组形式也不一样。一般电力变压器中常采用同心式和交叠式两种结构形压压同心式绕组是把高压绕组与低压绕组套在同一个铁心上，一般是将低压绕组放在里边，高压绕组套在外边，以便绝缘处理。但大容量输出电流很大的电力变压器，低压绕组引出线的工艺复杂，往往把低压绕组放在高压绕组的外面。同心式绕组结构简单、绕制方便，故被广泛采用。按照绕制方法的不同，同心式绕组又可分为圆筒式、螺旋式、连续式、纠结式等几压压国家电网国家电网辽宁省电力有限公司LAONINGELECTRICPOWERCOMPANY交叠式绕组又叫交错式绕组，在同一铁心上，高压绕组、低压绕组交替排列、间隙聚焦国、绝缘较复杂、包扎工作量较大。它的优点是力学性能较好，引出线的布置和焊接比较方便、漏电抗较小，一般用于电压为35KV及以下的电炉变压器中。国家电网国家电网辽宁省电力有限公司LAONINGELECTRICPOWERCOMPANY变压器高低压绕组的排列方式，是由多种因素决定的。但就大多数变压器来讲，是把低压绕级布置在高压绕组的里边。这主要是从绝缘方面考虑的。理论上，不管高压绕组或低压绕组怎样布置，都能起变压作用。但因为变压器的铁芯是接地的，由于低压绕组靠近铁芯，从绝缘角度容易做到。如果将高压绕组靠近铁芯，则由于高压绕组电压很高，要达到绝缘要求，就需要很多多的绝缘材料和较大的绝缘距离。这样不但增大了绕组的体积，而且浪费了绝缘材料。再者，由于变压器的电压调节是靠改变高压绕组的抽头，即改变其匝数来实现的，因此把高压绕组安置在低压绕组的外边，引线也较容易。国家电网国家电网辽宁省电力有限公司LAONINGELECTRICPOWERCOMPANY油箱作用：作为盛油容器，充满油，放置变压器器身；作为外壳和骨架；作为散热元件材料：钢板焊接。国家电网国家电网辽宁省电力有限公司油箱分类◆钟罩式、桶式◆波纹式、折弯加强铁式、板式加强铁式◆箱沿焊死、不焊死变压器基本结构油箱电屏蔽和磁屏蔽大容量的变压器的油箱壁的损耗是相当大的，为减少这部分损耗，消除油箱壁的局部过热，在油箱的内部常采用磁屏蔽和电屏蔽。磁屏蔽的原理是利用硅钢片的高导磁性能构成具有较低磁阻的磁分路，使变压器漏磁通的绝大部分不再经油箱而闭合，可以说是基于“疏”的原理。电屏蔽是利用屏蔽材料(一般为铜板)的高电导率所产生的涡流反磁场来阻止变压器漏磁通进入油箱壁，它的立足点是基于“堵”。变压器基本结构(1)变压器应装有气体继电器和速动油压继电器；(3)带有套管式电流互感器的变压器应供给信号测量和保护装置辅助回路用端子箱；(4)有载调压变压器的有载分接开关应有自己的保护装置；(5)变压器所有管道最高处或容易窝气处应设有放气塞；(6)在油箱上中下部应有油样活门，位置依容量定。变压器底部均有排油装置；(7)变压器铁芯和金属结构零件均应通过油箱可靠接地，变压器油箱应保证两点接地(分别位于油箱长轴或短轴两侧)接地处应有明显的接地标志或字样；(8)变压器上下部应装有滤油阀(成对角线放置),下部还应装有放油阀；国家电网国家电网辽宁省电力有限公司LAONINGELECTRICPOWERCOMPANY分接开关调压方式有无励磁调压和有载调压两种。无励磁调压时，不是变压器二次不带负载，而是把变压器各侧都与电网断开，在变压器无励磁情况下变换绕组的分接头；有载调压时，变压器时在不中断负载的情况下进行变换绕组的分接头。变压器基本结构%或±2×2.5%。根据使用要求，在调压范围和级数不变的压变压器在额定电压±5%范围内改变分接位置运行时，其额定容量不变。如为-7%和+10%分接时，其容量按制造厂的规定；如无制造厂规定，则容量应相应降低2.5%和5%。国家电网辽宁省电力有限公司国家电网国家电网辽宁省电力有限公司LAONINGELECTRICPOWERCOMPANY当变压器油的体积随着油的温度膨胀或减小时，油枕起着调节油量，保证变压器油箱内经常充满油的作用。如没有油枕，油箱内的油面波动就会带来一下不利因素：一是油面降低时露出铁芯和线圈部分会影响散热和绝缘；二是随着油面波动空气从箱盖缝里排出和吸进，而由于上层油温很高，使油很快地氧化和受潮。油枕的油面比油箱的油面要小，这样，可以减少油和空气的接触面，防止油被过速地氧化和受潮。三是油枕的油在平时几乎不参加油箱内的循环，它的温度要比油箱内的上层油温的低的多，油的氧化过程也慢的多，因此有了油枕，可以防止油的过速氧化。国家电网国家电网辽宁省电力有限公司LAONINGELECTRICPOWERCOMPANY气体继电器>故障时，热量会使变压器油汽化，触动气体继电器发出报警信号或切断电源。国家电网国家电网辽宁省电力有限公司LIAONINGELECTRICPOWERCOMPANYLIN吸湿器又名呼吸器，常用吸湿器为吊式吸湿器结构。吸湿器内装有吸附剂硅胶，油枕内的绝缘油通过吸湿器与大气连通，内部吸附剂吸收空气中的水分和杂质，以保持绝缘油的良好性能。国家电网国家电网辽宁省电力有限公司净油器净油器又名热吸虹器，是用钢板焊接成圆筒形的小油罐，罐内也装有硅胶或活性氧化铝吸附剂。当油温变化而上下流动时，经过净油器达到吸取油中水分、渣滓、酸、氧化物的净油器安装再变压器上部时净化效率高，装在下部时易于更换，安装位置视情况而定。国家电网国家电网辽宁省电力有限公司LAONINGELECT