第一章 变压器的类型和基本结构
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第一篇 变压器 Transformers
1
Introduction to transformers
• 变压器：
一种静止的电机，它利用电磁感应原理 将一种电压、电流的交流电能转换成同频率的另 一种电压、电流的电能。 换句话说，变压器就是实现电能在不同电压等 级之间的转换。
2
Introduction to transformers
• 电力系统中，变压器是重要的电器设备 • 电能传输过程： 发电机发出电压→升压变压器升压→输电线路 输送→用电端降压变压器降压 • 高压输电的目的： 减小线路损耗，电压降落，节省线路用铜量
3
各种变压器
电源变压器 电力变压器 环形变压器
控制变压器
接触调压器
三相干式变压器
4
三峡电站1号主变
5
第一章变压器的基本作用原理 与理论分析
23
本章内容结束
THANKS
24
电力变压器的基本结构
•1油箱/2储油柜/3气体继电器/4为安全气道
•变压器运行时产生热量，使变压器油膨胀，并流进储油柜中 •储油柜使变压器油与空气接触面变小，减缓了变压器油的氧化和 吸收空气水分的速度。从而减缓了油的变质
•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
•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密 封玻璃，冲出变压器油箱，避免油 箱爆裂
10
电力变压器的基本结构
铁心型式：心式(core-type)，壳式(shell-tape) 心式结构：心柱被绕组包围
心式结构的绕组和绝缘装配比较容易，所以电力变压器常常采 用这种结构
11
电力变压器的基本结构
壳式结构：铁心包围绕组顶面、底面和侧面，机械强 度高，制造复杂，铁心材料较多 常用于低压、大电流的变压器或小容量电讯变压器
19
（3）变压器的额定值
额定值是制造厂对变压器在指定工作条件下运行 时所规定的一些量值。额定值通常标注在变压器 的铭牌上 变压器的额定值主要有： 额定容量SN 额定容量是指额定运行时的视在功率。以 VA、 kVA或MVA表示。由于变压器的效率很高，通常一、 二次侧的额定容量设计成相等 注：单相： S N U1N I1N U2 N I 2 N 三相： S N 3U1 N I1 N 3U 2 N I 2 N
16
电力变压器的基本结构ห้องสมุดไป่ตู้
绕组(windings)
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 从高、低压绕组的相对位置来看，变压器的绕组又 可分为同心式、交迭式 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中
17
电力变压器的基本结构
油/油箱/冷却/安全装置
20
变压器的额定值
额定电压U1N和U2N
• 正常运行时规定加在一次侧的端电压称为变压器 一次侧的额定电压U1N • 二次侧的额定电压U2N 是指变压器一次侧加额定 电压时二次侧的空载电压 • 额定电压以V或kV表示 • 对三相变压器，额定电压是指线电压
21
变压器的额定值
额定电流I1N和I2N
根据额定容量和额定电压计算出的线电流，称为额 定电流，以I 表示 SN SN 对单相变压器: I 1N ; I 2N U 1N U 2N
（1）变压器的主要类型
电力变压器（升压、降压、配电） 特种变压器（电炉、整流） 按用途 仪用互感器（电压、电流互感器、脉冲变压 器，阻抗匹配变压器） 实验用变压器（高压、调压）
也可按线圈数目、铁心结构、相数或变压器冷 却方式划分 6
变压器的主要类型
按绕组数目分：单绕组（自耦）变压器、双绕组变压 器、三绕组变压器和多绕组变压器 按相数分：单相变压器、三相变压器和多相变压器 按铁心结构分：心式变压器和壳式变压器 按调压方式分：无励磁调压变压器和有载调压变压 器 按冷却介质和冷却方式分：干式变压器、油浸式变压 器和充气式变压器
三相 单相 壳式变压器
12
电力变压器的基本结构
铁心材料
为了提高磁路的导磁性能，减少铁心中的磁 滞、涡流损耗，铁心一般用高磁导率的磁性 材料——硅钢片叠成。硅钢片有热轧和冷轧 两种，其厚度为0.35-0.50mm，两面涂以厚 0.02-0.23mm的漆膜，使片与片之间绝缘
13
电力变压器的基本结构
铁心交叠：相邻层按不同方式交错叠放，将接缝 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。
14
电力变压器的基本结构
•铁心柱截面形状：
小型变压器做成方形 或者矩形；大型变压 器做成阶梯形。容量 大则级数多。叠片间 留有间隙作为油道(纵 向/横向)。
15
电力变压器的基本结构
绕组(windings)
变压器的电路部分，由铜或铝绝缘导线绕制而成 一次绕组primary windings（原绕组）：输入电能 二次绕组secondary windings（副绕组）：输出电能 它们通常套装在同一个心柱上，一次和二次绕组 具有不同的匝数，通过电磁感应作用，一次绕组的电 能就可传递到二次绕组，且使一、二次绕组具有不同 的电压和电流
•器身装在油箱内，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在变压器绕组与绕组、绕组与 铁心及油箱之间起绝缘作用。②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
•油箱有许多散热油管，以增大散热面积
•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,这些都是变压器的冷却装置 18
对三相变压器: I1N
SN 3U 1N
; I 2N
SN 3U 2 N
额定频率 fN
除额定值外，变压器的相数、绕组连接方式及联结 组别、短路电压、运行方式和冷却方式等均标注在 铭牌上。额定状态是电机的理想工作状态，具有优 22 良的性能，可长期工作
（4）作业 思考：①变压器由哪些基本部件构 成？各起什么作用？ ②对变压器铁心材料有什么 要求？用什么方法减少铁耗？ P12 习题1-6 1-7
7
（2）电力变压器的基本结构
• 铁芯(core)
• 带绝缘的绕组(windings)
• 变压器油 • 油箱及附件 •变压器主要部件是绕组和铁心(器身)
•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
•除了电磁部分，还有油箱/冷却装置/绝缘套管/ 调压和保护装置等部件
8
1-讯号式温度计 2-吸湿器 3-储油柜 4-油表 5-安全气道 6-气体继电器 7-高压套管 8-低 压套管 9-分接开关 10-油箱 11-铁心 12-线圈及绝缘 13-放油阀门 9
电力变压器的基本结构
铁心
•构成变压器的磁路，同时又是套装绕组的骨架 •由铁心柱和铁轭两部分构成 铁心柱上套绕组，铁轭将铁心柱连接起来形成 闭合磁路
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Introduction to transformers
• 变压器：
一种静止的电机，它利用电磁感应原理 将一种电压、电流的交流电能转换成同频率的另 一种电压、电流的电能。 换句话说，变压器就是实现电能在不同电压等 级之间的转换。
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Introduction to transformers
• 电力系统中，变压器是重要的电器设备 • 电能传输过程： 发电机发出电压→升压变压器升压→输电线路 输送→用电端降压变压器降压 • 高压输电的目的： 减小线路损耗，电压降落，节省线路用铜量
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各种变压器
电源变压器 电力变压器 环形变压器
控制变压器
接触调压器
三相干式变压器
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三峡电站1号主变
5
第一章变压器的基本作用原理 与理论分析
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本章内容结束
THANKS
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电力变压器的基本结构
•1油箱/2储油柜/3气体继电器/4为安全气道
•变压器运行时产生热量，使变压器油膨胀，并流进储油柜中 •储油柜使变压器油与空气接触面变小，减缓了变压器油的氧化和 吸收空气水分的速度。从而减缓了油的变质
•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
•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密 封玻璃，冲出变压器油箱，避免油 箱爆裂
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电力变压器的基本结构
铁心型式：心式(core-type)，壳式(shell-tape) 心式结构：心柱被绕组包围
心式结构的绕组和绝缘装配比较容易，所以电力变压器常常采 用这种结构
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电力变压器的基本结构
壳式结构：铁心包围绕组顶面、底面和侧面，机械强 度高，制造复杂，铁心材料较多 常用于低压、大电流的变压器或小容量电讯变压器
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（3）变压器的额定值
额定值是制造厂对变压器在指定工作条件下运行 时所规定的一些量值。额定值通常标注在变压器 的铭牌上 变压器的额定值主要有： 额定容量SN 额定容量是指额定运行时的视在功率。以 VA、 kVA或MVA表示。由于变压器的效率很高，通常一、 二次侧的额定容量设计成相等 注：单相： S N U1N I1N U2 N I 2 N 三相： S N 3U1 N I1 N 3U 2 N I 2 N
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电力变压器的基本结构ห้องสมุดไป่ตู้
绕组(windings)
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 从高、低压绕组的相对位置来看，变压器的绕组又 可分为同心式、交迭式 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中
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电力变压器的基本结构
油/油箱/冷却/安全装置
20
变压器的额定值
额定电压U1N和U2N
• 正常运行时规定加在一次侧的端电压称为变压器 一次侧的额定电压U1N • 二次侧的额定电压U2N 是指变压器一次侧加额定 电压时二次侧的空载电压 • 额定电压以V或kV表示 • 对三相变压器，额定电压是指线电压
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变压器的额定值
额定电流I1N和I2N
根据额定容量和额定电压计算出的线电流，称为额 定电流，以I 表示 SN SN 对单相变压器: I 1N ; I 2N U 1N U 2N
（1）变压器的主要类型
电力变压器（升压、降压、配电） 特种变压器（电炉、整流） 按用途 仪用互感器（电压、电流互感器、脉冲变压 器，阻抗匹配变压器） 实验用变压器（高压、调压）
也可按线圈数目、铁心结构、相数或变压器冷 却方式划分 6
变压器的主要类型
按绕组数目分：单绕组（自耦）变压器、双绕组变压 器、三绕组变压器和多绕组变压器 按相数分：单相变压器、三相变压器和多相变压器 按铁心结构分：心式变压器和壳式变压器 按调压方式分：无励磁调压变压器和有载调压变压 器 按冷却介质和冷却方式分：干式变压器、油浸式变压 器和充气式变压器
三相 单相 壳式变压器
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电力变压器的基本结构
铁心材料
为了提高磁路的导磁性能，减少铁心中的磁 滞、涡流损耗，铁心一般用高磁导率的磁性 材料——硅钢片叠成。硅钢片有热轧和冷轧 两种，其厚度为0.35-0.50mm，两面涂以厚 0.02-0.23mm的漆膜，使片与片之间绝缘
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电力变压器的基本结构
铁心交叠：相邻层按不同方式交错叠放，将接缝 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。
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电力变压器的基本结构
•铁心柱截面形状：
小型变压器做成方形 或者矩形；大型变压 器做成阶梯形。容量 大则级数多。叠片间 留有间隙作为油道(纵 向/横向)。
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电力变压器的基本结构
绕组(windings)
变压器的电路部分，由铜或铝绝缘导线绕制而成 一次绕组primary windings（原绕组）：输入电能 二次绕组secondary windings（副绕组）：输出电能 它们通常套装在同一个心柱上，一次和二次绕组 具有不同的匝数，通过电磁感应作用，一次绕组的电 能就可传递到二次绕组，且使一、二次绕组具有不同 的电压和电流
•器身装在油箱内，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在变压器绕组与绕组、绕组与 铁心及油箱之间起绝缘作用。②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
•油箱有许多散热油管，以增大散热面积
•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,这些都是变压器的冷却装置 18
对三相变压器: I1N
SN 3U 1N
; I 2N
SN 3U 2 N
额定频率 fN
除额定值外，变压器的相数、绕组连接方式及联结 组别、短路电压、运行方式和冷却方式等均标注在 铭牌上。额定状态是电机的理想工作状态，具有优 22 良的性能，可长期工作
（4）作业 思考：①变压器由哪些基本部件构 成？各起什么作用？ ②对变压器铁心材料有什么 要求？用什么方法减少铁耗？ P12 习题1-6 1-7
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（2）电力变压器的基本结构
• 铁芯(core)
• 带绝缘的绕组(windings)
• 变压器油 • 油箱及附件 •变压器主要部件是绕组和铁心(器身)
•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
•除了电磁部分，还有油箱/冷却装置/绝缘套管/ 调压和保护装置等部件
8
1-讯号式温度计 2-吸湿器 3-储油柜 4-油表 5-安全气道 6-气体继电器 7-高压套管 8-低 压套管 9-分接开关 10-油箱 11-铁心 12-线圈及绝缘 13-放油阀门 9
电力变压器的基本结构
铁心
•构成变压器的磁路，同时又是套装绕组的骨架 •由铁心柱和铁轭两部分构成 铁心柱上套绕组，铁轭将铁心柱连接起来形成 闭合磁路