第7 章 变压器

上一页 下一页
返回
７.１
变压器的基本工作原理和结构
• 储油柜上装有吸湿器,如图7.11所示。使储油柜上部的空气通过吸湿 器与外部的空气相通。吸湿器内装有吸湿剂,用来过滤吸入柜内空气 中的杂质和水分。储油柜侧面装有玻璃油表,用来观察油面的高低。 新型全密封变压器就省去了储油柜装置,可以15年免维护,目前多应用 于城市供电。 • (3)散热器。 • 由于变压器在运行的过程中,内部会有铁损耗和铜损耗产生,并且各种 损耗都以热的形式散发出来,从而变压器的温度就会随之升高。为了 不让变压器内部的温度升得很高,变压器上都装有散热器,如图7.12所 示。容量在10000kVA 以上的变压器,一般采用油箱外装设带风扇冷 却的散热器;对于容量更大的变压器则采用强迫油循环冷却油箱。
上一页 下一页
返回
７.１
变压器的基本工作原理和结构
• 7.1.2 变压器的基本结构与额定值
• 1. 变压器的基本结构 • 如图7.4所示为三相油浸式电力变压器的外形图。图7.4中剖有一个小 缺口,可以窥视其内部结构。变压器的种类繁多,结构各有特点,但铁芯 和绕组是组成变压器的两个主要部分,如图7.5所示。本节以油浸式电 力变压器为例,简要介绍变压器的结构及各主要部分功能。 • 1)铁芯 • 为了减少交变磁通在铁芯中引起的磁滞损耗和涡流损耗(合称铁损耗), 变压器铁芯是由厚0.3~0.35mm 的硅钢片叠压而成的。铁芯结构的基 本形式有芯式和壳式两种。芯式变压器是在两侧的铁芯柱上放置绕组 ,形成绕组包围铁芯的形式,如图7.6 (a)所示。
上一页 下一页
返回
７.１
变压器的基本工作原理和结构
• (5)安全气道。 • 安全气道又称防爆管,由圆形钢管制成,顶部出口处有玻璃片或酚醛薄 膜片封口,下端与油箱相通,其结构如图7.10所示。当变压器内部发生 故障时会使油箱内压力升高,油和气体会冲破玻璃片或薄膜片向外喷 出,以防止油箱爆炸引起更大危害。目前电力变压器的防爆管已被压 力释放阀替代,并广泛应用于全密封变压器。 • 2. 变压器的型号与额定值 • 每台变压器上都装有铭牌,上面标注着该变压器的型号及各种额定数 据,铭牌数据是使用变压器的依据。 • 1)变压器型号 • 变压器的型号表示一台变压器的结构、额定容量、电压等级、冷却方 式等内容,其表示方法如下。
上一页 下一页
返回
７.１
变压器的基本工作原理和结构
• (3)额定电流I1N和I2N。 • 额定电流I1N和I2N指变压器在额定负载情况下,各绕组长期允许通过 的电流,单位为A。I1N是指一次绕组的额定电流;I2N是指二次绕组的 额定电流。对三相变压器而言,额定电流是指线电流。 • (4)额定频率fN。 • 我国规定标准工业用电的频率即工频为50Hz。 • (5)连接组标号。 • 连接组标号指三相变压器一、二次绕组的连接方式,Y 表示高压绕组 做星形连接;y表示低压绕组做星形连接;D表示高压绕组做三角形连接 ;d表示低压绕组做三角形连接;n表示低压绕组做星形连接时的中性线 。
上一页 下一页
返回
７.１
变压器的基本工作原理和结构
• 在电力系统中用来传输和分配电能的一大类变压器,统称为电力变压 器。电力变压器根据其使用特点可分为升压变压器、降压变压器、配 电变压器、联络变压器等。 • 特种变压器是工业生产中有特殊要求的电源,如整流变压器、电炉变 压器、电焊变压器、阻抗匹配变压器、脉冲变压器等。 • 变压器还可按相数分成单相、三相、多相,按绕组数分为双绕组、三 绕组、多绕组,按绝缘方式分为油浸式、干式,还可按冷却方式分为自 然冷却、风冷、水冷、强迫油循环冷却等多种形式。
上一页 下一页
返回
wk.baidu.com
7.2 单相变压器的运行原理及特性
• 7.2.2 单相变压器负载运行
• 变压器的一次侧接在额定频率、额定电压的交流电源上,二次侧接上 负载的运行状态,称为变压器的负载运行。此时,二次绕组有电流流向 负载,电能就从变压器的一次侧传递到二次侧,如图7.15所示。 • 1. 负载运行时的电磁关系 • 变压器负载运行时,除了铁芯内的主磁通ϕ 外,还分别有原、副绕组漏 磁通ϕ1σ与ϕ2σ。单独与一、二次绕组相交链产生的磁通称为漏磁通 。主磁通ϕ 将在原、副绕组内分别感应出电势E· 1 与E· 2;而漏磁通 ϕ1σ与ϕ2σ也将分别感应出原绕组漏感电势E·1σ及副绕组漏感电势 E·2σ。由于绕组有电阻,一、二次绕组电流I· 1 和I· 2 分别产生电阻压 降。它们之间的关系如下表所示。
上一页
返回
7.2 单相变压器的运行原理及特性
• 7.2.1 单相变压器空载运行
• 变压器的一次绕组接在额定电压的交流电源上,二次绕组开路,这种运 行称为变压器的空载运行,如图7.14所示。 • 由于变压器接在交流电源上工作,因此通过变压器中的电压、电流、 磁通及电动势的大小及方向均随时间在不断地变化,为了正确地表示 它们之间的相位关系,首先必须规定它们的参考方向。 • 原则上可以任意规定参考方向,但是如果规定的方法不同,则同一电磁 过程所列出的方程式,其正、负号也将不同。为了统一起见,习惯上都 按照“电工惯例”来规定参考方向。
上一页 下一页
返回
７.１
变压器的基本工作原理和结构
• 4)油箱及其他附件 • (1)油箱及变压器油。 • 除了干式变压器以外,电力变压器的器身都放在油箱中,箱内充满变压 器油,如图7.4所示,油箱是用钢板焊接而成的,它是整个变压器的框架, 它将变压器所有的零部件组合成一个整体。油箱的另一个很重要的作 用是使变压器油得到冷却。铁芯和绕组中的热量通过油箱壁依靠油的 对流作用散发到空气中去。 • (2)储油柜。 • 油箱顶部装有储油柜,又称油枕,其体积一般为油箱体积的8%~10%,如 图7.10所示。在油箱和储油柜之间有管道相通。设置储油柜,不仅可 以减少油面与空气的接触面积,减缓变压器油受潮变质速度,同时可使 油箱中的油在热胀冷缩时,有一个缓冲的余地。
上一页 下一页
返回
７.１
变压器的基本工作原理和结构
• 2)变压器的额定值 • 额定值是对变压器正常工作状态所做的使用规定,它是正确使用变压 器的依据。 • (1)额定容量SN。 • 额定容量SN 指变压器在额定工作条件下所能输出的视在功率,单位为 V· A 或kV· A。由于变压器效率高,通常一次侧、二次测的额定容量设 计相等。对三相变压器而言,额定容量指三相容量之和。 • (2)额定电压U1N和U2N。 • U1N是指加在变压器一次绕组上的额定电源电压值,U2N 是指变压器 一次绕组加额定电压,二次绕组开路时的空载电压值。单位为V 或kV 。对三相变压器而言,额定电压是指线电压。
上一页 下一页
返回
７.１
变压器的基本工作原理和结构
• 芯式变压器结构较为简单,绕组的装配及绝缘也较容易,绝大部分国产 变压器均采用芯式结构。壳式变压器是在中间的铁芯柱上放置绕组, 形成铁芯包围绕组的形状,如图7.6 (b)所示。壳式变压器制造工艺复 杂,使用材料较多。目前只有容量很小的电源变压器使用这种结构。 • 2)绕组 • 变压器的线圈通常称为绕组,它是变压器中的电路部分,小型变压器一 般用具有绝缘的漆包圆铜线绕制而成,对容量稍大的变压器则用扁铜 线或扁铝线绕制。 • 在变压器中,接到高压电网的绕组称高压绕组,接到低压电网的绕组称 低压绕组。按高压绕组和低压绕组的相互位置和形状不同,绕组可分 为同心式和交叠式两种。
下一页
返回
７.１
变压器的基本工作原理和结构
• 由于变压器一、二次侧感应电动势e1、e2 与一、二次侧电压u1、u2 的大小非常接近,因此K =N1/N2≈u1/u2。可见,当电源电压u1 确定时, 若改变匝数比N1/N2,则可以获得不同数值的二次侧电压,就能达到改 变电压的目的,这就是变压器的变压原理。 • 国家标准规定了电气图用的图形符号,变压器的图形符号如图7.3所示 。 • 2. 变压器的分类 • 变压器的分类方法很多,通常可按用途、绕组数目、相数、铁芯结构 、调压方式和冷却方式等划分类别。 • 按照用途对变压器进行分类,一般分为电力变压器和特种变压器两大 类。
上一页 下一页
返回
７.１
变压器的基本工作原理和结构
• (4)气体继电器。 • 气体继电器又称瓦斯继电器,它是变压器内部故障的保护装置。当变 压器内部发生故障时,故障点会局部产生高温,使得其油温升高,当油内 含有的空气被排出时,或当故障点产生电弧,使得绝缘物和油分解从而 产生大量的气体时,为了保护油箱不致爆炸,在变压器上装置了气体继 电器的安全气道。 • 如图7.13所示为气体继电器的内部结构。气体继电器安装在储油柜和 油箱连接的管道上。当有气体进入气体继电器并使得开口杯降到某一 限定位置时,磁铁使干簧触点闭合,接通信号回路,发出信号。若故障严 重,连接管中的油流就将冲动挡板,当挡板运动到某一限定位置时,磁铁 使干簧触点闭合,接通跳闸回路,切断变压器的电源,从而起到保护变压 器的作用。
上一页 下一页
返回
７.１
变压器的基本工作原理和结构
• 3)绝缘套管 • 变压器的绝缘可分为外部绝缘和内部绝缘。外部绝缘是指油箱盖外的 绝缘,主要是指变压器的高、低压绕组引线从油箱内穿过油箱盖时,必 须经过绝缘套管,以使高压引线和接地的油箱绝缘。绝缘套管一般是 瓷质的,为了增加爬电距离,套管外形做成多级伞形,10~35kV 套管采用 充油结构,如图7.9所示。内部绝缘是指油箱盖内部的绝缘,主要是绕组 绝缘、内部引线绝缘等。
下一页
返回
7.2 单相变压器的运行原理及特性
• (1)电压的参考方向:在同一支路中,电压的参考方向与电流的参考方向 一致。 • (2)磁通的参考方向:磁通的参考方向与电流的参考方向之间符合右手 螺旋定则。 • (3)感应电动势的参考方向:由交变磁通产生的感应电动势,其参考方向 与产生该磁通的电流参考方向一致(即感应电动势与产生它的磁通之 间符合右手螺旋定则),如图7.14所示。
上一页 下一页
返回
７.１
变压器的基本工作原理和结构
• 同心式绕组是将高、低压绕组同心地套装在铁芯柱上,如图7.7 (a)所示 。为了便于与铁芯绝缘,把低压绕组套装在里面,高压绕组套装在外面 。对低压大电流大容量的变压器,由于低压绕组引出线很粗,也可以把 它放在外面。高、低压绕组之间留有空隙,可作为油浸式变压器的油 道,既利于绕组散热,又作为两绕组之间的绝缘。同心式绕组的结构简 单、制造容易,常用于芯式变压器中,这是一种最常见的绕组结构形式, 国产电力变压器基本上均采用这种结构。常用同心式绕组的结构按其 绕制方法不同又可分为圆筒式、纠结式、连续式和螺旋式等基本形式 ,如图7.8所示。
第７ 章
• ７.１
• ７.２
变压器
变压器的基本工作原理和结构
单相变压器的运行原理及特性
• ７.３
• ７.４
三相变压器
其他常用变压器
• ７.５
技能训练
返回
７.１
变压器的基本工作原理和结构
• 7.1.1 变压器的基本工作原理及分类
• 1. 变压器的基本工作原理 • 图7.1是一台单相双绕组变压器的示意图。它由叠片组成的闭合铁芯 和环绕在铁芯上的两个(或多个)绕组(线圈)组成,两个绕组匝数不同。 其中,一个绕组与电源相接,其电压由电源电压决定,接受电源电能,称为 一次绕组(又称原边绕组或初级绕组),其匝数用N1 表示;另一个绕组与 负载相接,其电压由变压器绕组匝数决定,并向负载提供电能,称为二次 绕组(又称副边绕组或次级绕组),其匝数用N2 表示。 • 图7.2所示为变压器工作原理示意图。当交流电压u1 加到一次绕组上, 一次绕组中便有交流电流i1 流过,在铁芯中产生与外加电压相同频率 的交变磁通ϕ,磁通ϕ 被限制在铁芯所提供的磁路之中,并沿磁路闭合, 磁通ϕ 同时交链了一次绕组和二次绕组,根据电磁感应原理,分别在一 、二次绕组中感应出同频率的电动势e1 和e2。
上一页 下一页
返回
７.１
变压器的基本工作原理和结构
• (6)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的百分比来表示。 • 此外,额定运行时变压器的效率、温升等数据均属于额定值。除额定 值外,铭牌上还标有变压器的相数、变压器的运行方式及冷却方式等 。为考虑运输,有时铭牌上还标出变压器的总重、油重、器身重量和 外形尺寸等附属数据。