第一章变压器的基本知识和结构.ppt

1、电机技术,变压器篇,变压器,第 一 篇,第一章 变压器的基本知识和结构,第一章 变压器的基本知识和结构,本章节基本要求：,(1)理解变压器变压不变频的基本工作原理；,(2)了解电力变压器的类别；,(3)了解电力变压器的主要结构部件及其作用；,(4)理解电力变压器的型号及额定值。,本章节重点和难点：,重点:,(1)变压器的主要结构、类别、基本工作原理。,(2)额定值的意义和计算。,难点:,(1) 变压器的工作原理;,(2) 变压器额定值的计算。,引言,变压器除了在电力系统中应用外，还应用于一些工业部门中。例如，在电炉、整流设备、电焊设备、矿山设备、交通运输的电车等设备中，都要采用专门的变压器。此

2、外，在实验设备、无线电装置、无线电设备、测量设备和控制设备（一般有叫控制变压器，容量都很小）中，也应用着各种各样的变压器。,变压器是根据电磁感应原理制成的一种静止的电气设备，是将某一种电压、电流、相数的交流电能转变成同频率的另一种电压、电流、相数的交流电能。它具有电压变换、电流变换、阻抗变换和电气隔离的功能，在工程的各个领域获得广泛的应用。,在电力系统中变压器的地位是非常重要的，不仅需要变压器的数量多，而且要求性能好、技术指标先进，还要保证运行时安全可靠。,我国大型变压器的发展,已有实验自用样机； 申请了蒸发冷却保护变压器的专利； 10KV样机已挂网运行； 探讨高压变压器冷却结构。,第一节 变

3、压器的基本工作原理,变压器是利用电磁感应定律把一种电压等级的交流电能转换成同频率的另一种电压等级的交流电能。,变压器的主要部件是铁芯和套在铁芯上的两个绕组。两绕组只有磁耦合没电联系。在一次侧绕组中加上交变电压，产生交链一、二次侧绕组的交变磁通，在两绕组中分别感应电动势。,注:只要一、二次侧绕组的匝数不同，就能达到改变压的目的。,简单地说:变压器就是按照“动电生磁，动磁生电”的电磁感应原理制成的。,变压器在传递电能的过程中，一、二次侧的电功率基本相等。当两侧电压不等时，两侧电流势必不等，高压侧的电流小，低压侧的电流大，故变压器在改变电压的同时，也改变电流。,思考题:,1.变压器是怎样变压的,为什

4、么能变电压,而不能变频?,答:变压器一、二次绕组套在同一铁芯上，当一次绕组接上交流电源后，绕组中流过励磁电流，产生励磁磁动势，在铁芯中产生交变主磁通，主磁通频率与电源电压频率相同。由电磁感应定律，一、二次绕组因交链该主磁通分别产生同频率的感应电动势。但由于一、二次绕组匝数不等，所以一、二次绕组感应电动势不等，若不考虑绕组阻抗压降时绕组的电压近似等于绕组电动势，因此一、二次绕组电压不等，变压器从而实现变压。但一、二次绕组感应电动势由同一个交变主磁通感应产生，所以频率相等，即变压器不能改变频率。,2.变压器一次绕组若接在直流电源上,二次侧会有稳定的直流电压吗?为什么?,第二节 变压器的分类,为了适

5、应不同的使用目的和工作条件，变压器有许多类型，且各种类型的变压器在结构上、性能上差异也很大。变压器有许多分类方法。,1.按用途分：,(1)电力变压器：用于输、配电系统的升、降电压及配电变压器。,(2)特种变压器：如电炉变压器、整流变压器等。,(3)仪用变压器：如电压互感器、电流互感器、用于测量仪表和继电保护装置。,(4)试验变压器：能产生高压，对电气设备进行高压试验。,2.按相数分：,(1)单相变压器：用于单相负荷和三相变压器组。,(2)三相变压器：用于三相系统的升、降电压。,(3)多相变压器：用于多相系统的升、降电压。,3.按绕组形式分：,(1)双绕组变压器：用于连接电力系统中的两个电压等级

6、。,(2)三绕组变压器：一般用于电力系统区域变电站中，连接三个电压等级。,(4)自耦变电器：用于连接不同电压的电力系统。也可做为普通的升压或降后变压器用。,(3)多绕组变压器：用于电力系统中一种电压等级输入变换得到多种不同电压等级。如分裂变压器。,4.按冷却方式分：,(1)干式变压器：依靠空气对流进行冷却，一般用于局部照明、电子线路等小容量变压器。,(2)油浸式变压器：依靠油作冷却介质、如油浸自冷、油浸风冷、油浸水冷、强迫油循环等。,5.按铁芯形式分：,(1)芯式变压器：用于高压的电力变压器。,(2)壳式变压器：用于大电流的特殊变压器，如电炉变压器、电焊变压器；或用于电子仪器及电视、收音机等的

7、电源变压器。,6.按容量分：,按电力部门的相关规定: 630KVA以下为小型变压器；800-6300KVA为中小型变压器； 8000-63000KVA为大型变压器；90000KVA及以上为特大型变压器；,7.按中性点绝缘水平分为：全绝缘和半绝缘变压器。,8.按绕组导线材料分为：铜线和铝线变压器。,9.按结构分为:全密封、非晶合金、调容、防雷、预装箱式、组合式、柱上单相、地下、超导变压器等。,10.按调压方式分为：有载调压和无励磁调压变压器。,变压器的最主要部件由铁芯与绕组两部分构成。铁芯和绕组装配在一起称为器身。如图所示:,油浸式电力变压器结构,第三节 变压器的基本结构,一、铁芯变压器的磁路,

8、铁芯是变压器的主磁路，又作为绕组的支撑骨架。变压器的一次绕组和二次绕组都绕在铁芯上。它主要由铁芯柱、铁轭和紧固件组成。如图所示:,铁芯柱,铁轭,紧固件,作用是:固定绕组。,作用是:使磁路闭合。,作用是:使铁芯不松动。,为了提高导磁性能和减少铁损，铁芯多采用含硅量约为5%，厚度为0.230.35mm或0.5mm，两面涂绝缘漆或氧化处理的冷轧硅钢片叠装而成。,1.铁芯简介,2.铁芯的分类,按绕组套入铁芯柱的形式、结构型式和工艺特点，变压器的铁芯主要分为芯式、壳式、渐开线式和成型卷片式等。,(1)芯式变压器,芯式变压器的一、二次绕组套装在铁芯的两个铁芯柱上，如图所示。,芯式变压器的特点:结构和工艺比

9、较简单，有较多的空间装设绝缘，装配较容易，广泛应用于容量大、电压高的变压器，电力变压器均采用芯式结构。,2.壳式变压器,壳式变压器的铁芯包围绕组的上下和侧面，如图所示。,壳式变压器的特点:这种结构机械强度好，铁芯容易散热，但制造工艺复杂，高压绕组与铁芯柱的距离较近，绝缘也比较困难，用铜量较多。小型干式变压器多采用，此外，还通常应用于电压很低而电流很大的特殊场合。例如，电炉用变压器，由于这时巨大的电流流过绕组将使绕组上受到巨大的电磁力，铁壳式结构可以加强对绕组的机械支撑，使能承受较大的电磁力。,3.铁芯的装配,根据铁芯柱与铁轭在装配方面的不同，铁芯可分为对接式和叠接式两种。,(1)对接式,对接式

10、是先将铁芯柱和铁轭分别叠装和夹紧，然后再将它们对接在一起，用特殊的紧固件夹紧。,(2)叠接式,叠接式是将铁芯柱和铁轭的硅钢片一层一层叠装，各层硅钢片的排列互不相同，叠装之后，各层的接缝不在同一点，如图所示。,奇数层,偶数层,奇数层,偶数层,单相四片铁芯交叠方法,三相六片铁芯交叠方法,铁芯的叠片偶数层刚好压着奇数层的接缝，使接缝错开，减少了接缝处的气隙，从而减少了磁路和磁阻，使磁路便于流通，提高了导磁性能，减少了励磁电流； 可以避免涡流在钢片之间流通； 这种夹紧装置结构简单、经济、可靠性高，故国产变压器普遍采用叠接式的铁芯结构。,叠接式铁芯的特点:,4.变压器铁芯柱横截面,(1)小型变压器做成方

11、形或者矩形； (2)大型变压器做成阶梯形，容量大(即铁芯柱直径大于380mm时)则级数多，叠片间留有间隙作为油道(纵向或横向)。,此外，铁轭截面有矩形和阶梯形。为减少励磁电流和铁芯损耗，铁轭面积通常要比铁芯柱面积大510。,5.变压器铁芯材料的发展,铁芯是电机、变压器的重要部件。电机、变压器铁芯对材料的基本要求是，在一定频率及磁通密度下具有低的铁芯损耗，和在一定磁场强度下具有高的磁通密度。在电机、变压器的发展过程中，曾经采用和目前应用的铁芯材料有：1.纯铁、软钢和无硅钢；2.硅钢片；3.铁镍合金（坡莫合金）；4.铁铝合金；5.非晶态合金；6.微晶合金;7.电工钢片绝缘层；8.高温超导体。高温超

12、导体的发现和应用具有划时代的意义，将大步进入强电领域，必将给整个电工产业，乃至全社会产生巨大的影响。,6.成型卷片式铁芯,7.渐开线式铁芯,近年来，出现一种渐开线形铁芯。 它的优点：节省硅钢片，便于机械化生产，节省工时。,二、绕组-变压器的电路,1.绕组简介,绕组是变压器传递交流电能的电路部分，一般用绝缘扁铜(铝)线或绝缘圆铜(铝)线在绕线模上绕制而成。变压器中，工作电压高的绕组称为高压绕组，工作电压低的绕组称为低压绕组。,2.绕组的分类,根据高、低压绕组的相对位置、形状不同，以及在绕组铁芯柱上排列方式不同，可分为同心式和交叠式两种。,(1)同心式绕组,高压绕组和低压绕组均做成圆筒形，然后同心

13、地套在铁芯柱上。为减少绕组与铁芯间绝缘距离，通常低压绕组在里面，高压绕组在外面，两绕组中间加绝缘纸筒绝缘，如图所示。,同心式绕组的几种基本形式,同心式绕组的特点:,同心式绕组具有结构简单，制造方便的优点，常用于芯式变压器，国产电力变压器均采用这种结构。但它存在低压绕组引出线布置和焊接的工艺困难问题。,(1)圆筒式绕组:一般用于三相容量在630KVA以下，电压不超过15KV的变压器的高、低压绕组。,(2)螺旋式绕组:一般用于容量在800KVA以上，电压在35KV以下的三相变压器的大电流绕组。,(3)连续式绕组:应用范围较大，它的机械强度高，散热条件好，一般用于三相容量在630KVA以上，电压为3

14、110KV的变压器绕组。,(4)纠结式绕组:焊头多，绕制费时，一般用于三相容量在6300KVA以上，电压在110KV以上的变压器的绕组。,(2)交叠式绕组饼式绕组,高压绕组和低压绕组均作成若干个圆饼状，沿着铁芯柱的高度交叠地排列放置，为了减少绝缘距离，通常低压绕组靠近铁轭(最下层和最上层)，如图所示。,交叠式绕组的特点:,交叠式绕组具有漏抗小、机械强度高，引出线的布置和焊接都比较方便，多用在低电压，大电流的电焊、电炉变压器以及壳式变压器中。,三、油箱及变压器油,油箱是变压器的外壳。箱内装有变压器油、铁芯和绕组，油箱侧壁有冷却用的管子（散热器或冷却器）。油箱主要作用是保护铁芯和绕组不受外力作用而

15、损坏及避免受潮，同时通过变压器油把铁芯和绕组产生的热量散发出去，如图所示。,变压器油箱主要有两种形式:平顶油箱和拱顶油箱。,平板式 小容量 排管式 较大容量 散热气式大容量 强迫油循环大容量,1.平顶油箱的箱沿在上部，箱盖是平的，这种油箱多用于6300KVA及以下的变压器。,2.拱顶油箱的箱沿在下部，箱盖做成钟罩形，又称为钟罩式油箱，用于8000KVA及以上的变压器。,1.油箱-机械支撑、冷却散热,2.变压器油-冷却、绝缘、散热,电力变压器绕组与铁芯装配完后用夹件紧固，形成变压器的器芯。变压器器芯装在油箱内，油箱内充满变压器油。变压器油是一种矿物油，具有很好的绝缘性能。变压器油起两个作用：,1

16、.绝缘：绕组与绕组、绕组与铁芯及油箱之间,2.散热：热量通过油箱壳散发，油箱有许多散热油管，以增大散热面积。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,3.有关变压器油的要求: 高的介质强度和低的黏度，高的发火点和低的凝固点，且不含酸、碱、硫、灰尘等杂质及水分。,四、变压器其它附件,电力变压器的附件有:储油柜(又称油枕)、安全气道(又称防爆管)、气体继电器、绝缘套管、分接开关、调压装置、冷却装置等。它们作用是保证变压器的安全和可靠运行。,(1)储油柜（油枕）,装在油箱上，使油箱内部与外界隔绝。它使油面升降限制在储油柜中，减少油受潮和氧化的程度。此外，通过储油柜注入变压

17、器油，还可防止气泡进入变压器内，从而减缓了绝缘材料的老化速度。,变压器运行时产生热量，使变压器油膨胀，储油柜中变压器油上升，温度低时下降。 储油柜使变压器油与空气接触面较少， 减缓了变压器油的氧化过程及吸收空气中的水分的速度。呼吸,(2)安全气道（防爆管）,安全气道,安全气道是一根钢质圆管，顶端出口封有一块玻璃或酚醛薄膜片，下部与油箱连通。它装在油箱顶盖上是保护设备，防止出现故障时损坏油箱。当变压器发生故障而产生大量气体时，油箱内的压强增大，气体和油将冲破防爆膜向外喷出，避免油箱爆裂。,(3)气体继电器（瓦斯继电器）,气体继电器,当变压器出现故障时，产生的热量使变压器油汽化，气体继电器动作，发

18、出报警信号或切断电源。 如果事故严重，变压器油大量汽化，油气冲破安全气道管口的密封玻璃，冲出变压器油箱，避免油箱爆裂。,(4)绝缘套管,绝缘套管装在变压器的油箱盖上，作用是把线圈引线端头从油箱中引出，并使引线与接地的油箱绝缘。,1.绝缘套管由中心导电杆与瓷套组成。导电杆穿过变压器油箱、在油箱内的一端与线圈的端点联接，在外面的一端与外线路联接。,2.在瓷套和导电杆间留有一道充油层-充油套管。,3.当电压等级更高时，在瓷套内腔中常环绕着导电杆包上几层绝缘纸简，在每个绝缘纸简上贴附有一层铝箔，则沿着套管的径向距离，绝缘层和铝箔层构成串联电容器，使资套与导电杆间的电场分布均匀。,4.套管外形常做成伞形

19、，电压愈高、级数愈多。电压低于1KV采用瓷质绝缘套管，电压在10-35KV采用充气或充油套管，电压高于110KV采用电容式套管。,(5)调压装置(分接开关),在电力系统，为了使变压器的输出电压控制在允许变化的范围内，变压器的原边绕组匝数要求在一定范围内调节，因而原绕组一般备有抽头，称为分接头。利用开关与不同接头连接，可改变原绕组的匝数，达到调节电压的目的。,分接开关分为:有载调压分接开关和无载调压分接开关。,怎样调变压器分接开关?,调整变压器分接开关不会烧损变压器，但分接开关调整不到位很容易烧变压器；这是因为变压器分接开关位置相对较小，若调整不到位，很容量造成相间短路。,分接开关是否调整到位，不能听声音，要靠仪器测量。在调整分接开关后应用直流电桥测量变压器的直流电阻，看其三相净值和三相是否平衡，若三相直阻平衡，且和出厂值无大的变化，就说明是调整到位了。,“高往高调,低往低调”是针对配电变压器的、三个档位，它标在变压器的分接开关上，只要停电后打开变压器分