变压器基本知识

作用：主磁路+机械骨架 材料：(冷/热轧)硅钢片，
0.35~0.5mm+0.01~0.13mm漆膜。
型式：心式（绕组包铁心）、壳式（铁心包绕组的
顶、底和侧面）
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一 变压器的基本结构、分类及铭牌
壳式变压器: 结构 铁心包围绕 组的顶面、底面和 侧面，如图（b） 所示。 特点 壳式变压器 的机械强度较好， 常用于低电压、大 电流的变压器或小 容量电讯变压器。
变压器
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变压器的基本知识
一 变压器的基本结构、分类及铭牌 二 变压器的工作原理及运行分析 三 单相变压器的连接组别 四 其他用途变压器
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一 变压器的基本结构、分类及铭牌
作业：
1.变压器有哪些部件？各部件的作用是什么？
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一 变压器的基本结构、分类及铭牌
变压器是一种常见的电气设备，在电力系统和电子线路中应用广泛。
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一 变压器的基本结构、分类及铭牌
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。 按容量分：小型、中型、大型和特大型变压器。 我国变压器的主要系列：SJL1（三相油浸铝线电力变压器）、SEL1（三相强 油风冷铝线电力变压器）、SFPSL1（三相强油风冷三线圈铝线电力变压器）、 SWPO（三相强油水冷自耦电力变压器）等。
i0

i2 0
+ +
1
– – N2
e2 u20
u1
i0 ( i0N1)

1
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dΦ e1 N 1 dt dΦ e2 N 2 dt
di 0 eσ1 Lσ1 dt
空载时， 铁心中主 磁通是 由一次绕 组磁通势 产生的。
二 变压器的工作原理及运行分析 i1 – e – 1+ u1 e (2) 带负载运行情况 – +σ 1 一次侧接交流电源， N 1 二次侧接负载。 +
变压器的主要功能有：
变电压：电力系统 变电流：电流互感器 变阻抗：电子线路中的阻抗匹配 在能量传输过程中，当输送功率P =UI cos 及 负载功率因数cos 一定时： U I P = I² Rl 电能损耗小
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I S
节省金属材料（经济）
一 变压器的基本结构、分类及铭牌
发电 厂 工厂 6 .3 ～ 1 0.5 k V 3 5 ～ 5 00 k V 6～10 kV 3 80 V / 2 20 V
分析步骤：电磁关系→基本方程→等效电路→相量图
空载运行相关问题 空载运行：一次绕组接交流电源，二次绕组开路，负载电流为零。
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二 变压器的工作原理及运行分析

i10
u1
i2 0
N1
N2
e1
e2
u 20
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变压器的空载运行
二 变压器的工作原理及运行分析
正方向规定：
1) 一次绕组按电动机惯例定向
1）变压器的型号
S J L
1000/10
高压绕组的额定电压(KV) 变压器额定容量(KVA) 铝线圈 J:油浸自冷式 冷却方式 相数 F:风冷式 S:三相 D:单相
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一 变压器的基本结构、分类及铭牌
产品型号 额定容量 额定电压
S7-500／10 500kV.A 10kV
电力变压器 标准代号XXXX 产品代号XXXX 出厂序号XXXX 高压 电压/V 10500 电流/A 27．5 低压 电压/V 电流/A
按结构分
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壳式 心式
变压器符号
一 变压器的基本结构、分类及铭牌
线圈 小容量变压器多用高强度漆包线绕制。 大容量变压器可用绝缘铜或铝线绕制。 心式结构：变压器的铁心被绕组包围。多用于电力变压器。 壳式结构：变压器的铁心包围绕组。常用于小容量变压器。
自然冷却—小容量变压器
变压器的冷却方式
油冷式—大容量变压器

效率
一 变压器的基本结构、分类及铭牌
联结组标号 指三相变压器一、二次绕组的连接方式。 Y（高压绕组作星形联结）、y（低压绕组作星形联结）； D（高压绕组作三角形联结）、d（低压绕组作三角形联结）； N（高压绕组作星形联结时的中性线）、n（低压绕组作星形联 结时的中性线）。
阻抗电压 阻抗电压又称为短路电压。它标志在额定电流时变压器阻 抗压降的大小。通常用它与额定电压U1N的百分比来表示。
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一 变压器的基本结构、分类及铭牌
额定容量实际上是变压器长期运行时允许输出的最大有功功率， 它反映了变压器所能传送电功率的能力， 但变压器实际使用时 的输出功率则取决于负载的大小和性质。 即使副边正好是额定电压和额定电流， 也只有在功率因数为1时 输出功率等于额定容量。 一般情况下，变压器的实际输出有功功率小于额定容量。
G
~
发电 机 发电 厂 升压 变压器
输电 线 降压 变压 器 区域 变电所 高压 配电线 降压 变压 器 低压 配电 线 工 厂 (用 户 )
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输配电系统示意图
一 变压器的基本结构、分类及铭牌
电力工业中常采用高压输电低压配电，实现节能并保证用电安全。 发电厂 10.5kV 输电线 220kV 变电站 10kV 降压 降压
性能，结构设计特殊。
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一 变压器的基本结构、分类及铭牌
叠铁心变压器的特点
铁心制造工艺简单，制造工时短， 降低了制造成本变压器制造厂具有 成熟的叠铁心工艺，成熟的质量控 制管理体系不需要卷制铁心和线圈 的专用设备，降低了产产品的制造 平面卷铁心变压器的特点 铁心和线圈需在专用设备上卷制，减少 了由人工制造造成的质量波动，质量稳 定可靠；卷铁心在经过退火处理后，空 载损耗和空载电流可大幅度下降；卷铁 心与叠铁心相比可减少工序，生产效率
单位：A
指在额定容量下，变压器在连续运行时允许通过的最大电流有效值。 在三相变压器中指的是线电流。 王金花
一 变压器的基本结构、分类及铭牌
三者关系：
单相： SN
三相： SN
U 1NI 1N U 2 NI 2 N 3U 1NI 1N 3U 2 NI 2 N
额定频率fN
指电源频率，我国规定标准工频为50Hz。 此外，额定值还有效率、温升等。除额定值外，铭牌上还标 有变压器的相数、联结组和接线图、短路电压（或短路阻抗）的 标么值、变压器的运行方式及冷却方式等。 为考虑运输，有时铭牌上还标有变压器的总重、 油重、器身重量和外形尺寸等附属数据。
额定频率 50Hz 3相 联结组标号 Y，yn0 开关 阻抗电压 4％ 位置 冷却方式 油冷 Ⅰ 使用条件 户外
Ⅱ
Ⅲ
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10000
9500
28．9
30．4
400
721．7
XX变压器厂
XX年XX月
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2）额定值
额定容量 SN(kVA)
单位：V· A、KV· A、MV· A
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一 变压器的基本结构、分类及铭牌
连接发电机与电网的升压变压器 连接发电机的 王金花 封闭母线 与电网相连的 高压出线端
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三相干式变压器
接触调压器
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一 变压器的基本结构、分类及铭牌
电源变压器
环形变压器
控制变压器
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一 变压器的基本结构、分类及铭牌
（三） 变压器的铭牌和额定值
3.其他部件 器身：高、低压绕组套装在铁芯上的总称 油箱：放入器身，充入变压器油。 变压器油：提高绝缘/便于散热/受热膨胀
典型的油浸 电力变压器
散热器 绝缘套管 分接开关 继电保护 装置等部件
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一 变压器的基本结构、分类及铭牌
（二） 变压器的分类
电力变压器 (输配电用) 电压互感器 按用途分 仪用变压器 电流互感器 整流变压器 三相变压器 按相数分 单相变压器
1. 电磁关系
2 1
i2 + e2 + Z + u2 –e –2 – N2 有载时，铁心 中主磁通是 由一次、二次 绕组磁通势共 同产生的合成 磁通。 d i eσ2 Lσ2 2 dt
i10
1
m
2) 二次绕组按发电机惯例定向
N2 e 2 u2
e1
u1
N1
e1
3) 磁通正方向与产生它的电流
的正方向符合右手关系
4) 感应电动势与产生它的磁通 的正方向符合右手关系
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二 变压器的工作原理及运行分析
1. 电磁关系
– e (1) 空载运行情况 – 1+ u1 e – +σ 1 一次侧接交流电源， N 1 二次侧开路。 +
指铭牌规定的额定使用条件下所能 其实际输出功率取决于负载的 大小和性质，即P=Scosφ。 输出的视在功率。是输出能力保证 值。 指长期运行时所能承受的工作电压，单位：V、 额定电压 U1N/U2N(kV) KV。在三相变压器中额定电压为线电压。 U1N是指根据绝缘强度和允许发热 U2N是指一次侧加额定电压 所规定的应加在一次绕组上的正常 时二次侧的开路电压。 电压有效值。 额定电流 I1N/I2N(A)
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二 变压器的工作原理及运行分析
（一）变压器的工作原理
铁心
+ –
i1
Φ
u2
– +
i2
ZL
二次 绕组
u1
N1 单相变压器
一次 绕组
N2
一次、二次绕组互不相连，能量的传递靠磁耦合。 工作过程： 王金花
u 1 i 1 Φ u 2 i 2
二 变压器的工作原理及运行分析
（二） 变压器的运行
成本铁心材料较 “R型” 卷铁心
较高，自动化程度较高；卷铁心是连续
利用率高，能降低产品的制造成本。 绕制而成，可使噪声降低。
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一 变压器的基本结构、分类及铭牌
2.绕组 定义 电路部分，完成能量转换。用纸包或纱包的绝缘扁线或圆线 （铜或铝）绕成。
一次绕组 : 输入电能的绕组。
二次绕组: 输出电能的绕组。 高压绕组的匝数多,导线细； 低压绕组的匝数少，导线粗。 从高,低压绕组的相对位置来看,变压器的绕组可分为同心式和交迭式。
电流下降80%，节能效果显著。 非晶合金片厚度极薄，填充系 数较低，采用磁密低，产品的 设计受材料限限制程度较高， 靠;卷铁心与叠铁心相比可减少工序，生产 效率高，自动化程度高；立体卷铁心的退 火效果更好，能更有效降低空载损耗和空 载电流。铁轭的截面积为心柱截面积的一
非晶合金对机械应力非常敏感， 半，即节能又省材。卷铁心是连续绕制而 成，可使噪声降低。 张引力和弯曲应力都会影响磁
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一 变压器的基本结构、分类及铭牌
同心式
结构 特点
同心式绕组的高、低压绕组 同心地套装在心柱上。 同心式绕组结构简单、制 造方便，国产电力变压器 均采用这种结构。
交迭式 结构 特点
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交迭式绕组的高、低压绕组 沿心柱高度方向互相交迭地 放置。 交迭式绕组用于特种变压器 中。
一 变压器的基本结构、分类及铭牌
心式变压器: 结构 心柱被绕组所包围，如图（a）所示。 特点 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。
铁心 绕组 绕组 铁心
(I) (I)
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高压绕组 低压绕组 (a) 心式
低压绕组 (b) 壳式
高压绕组
一 变压器的基本结构、分类及铭牌
非晶合金铁心变压器的特点 立体卷铁心变压器的特点 非晶合金与硅钢片变压器相比， 铁心和线圈需在专用设备上卷制，减少了 由人工制造造成的质量波动，质量稳定可 空载损耗下降70%至80%，空载
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一 变压器的基本结构、分类及铭牌
注意：变压器几个功率的关系（单相）
容量：SN U1N I1N 输出功率： P2 U 2 I 2 cos 一次侧输入功率：P1 容量 SN 输出功率 P2 一次侧输入功率 P1 输出功率 P2
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P2
变压器运行时 的功率取决于 负载的性质
升压
实验室 380 / 220V
…
仪器 36V 降压
降压
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一 变压器的基本结构、分类及铭牌
（一） 变压器的基本结构
变压器由铁芯、绕组、油箱及附件等三大部分组成。
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一 变压器的基本结构、分类及铭牌
1.铁心
组成：铁心由心柱和铁轭两部分组成。心柱用来套
装绕组，铁轭将心柱连接起来，使之形成闭合磁路。
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二 变压器的工作原理及运行分析
生活中有很多电器从单相电源取电，如计算机、收音机、充 电器等。计算机工作时，内部需要的电源有的很低如DC5V、 DC12V等，其内部的单相变压器就是将220V交流电源变为较 低等级电压的一种设备，然后再经整流设备将交流整流为直 流供给各部件如CPU、CPU风扇等使用。 单相变压器是指接在单相交流电源上用来改变单相交流电压 的变压器，其容量一般都比较小，主要用作控制及照明。它 主要由铁心和绕组（又称线圈）两部分组成。铁心和绕组也 是三相电力变压器和其他变压器的主要组成部分。