变压器的结构及工作原理

变压器工作原理
• 干式电力变压器特点
• 干式电力变压器承受热冲击能 力强，过负载能力大、难燃、 防火性能高、低损耗、局部放 电量小、 • 噪声低、不产生有害气体、不 污染环境、对湿度、灰尘不敏 感、体积小、不开裂、维护简 便。因此，最适宜用于防火要 求高，负荷波动大以及污秽潮 湿的恶劣环境中。如：机场、 发电厂、冶金作业、医院、高 层建筑、购物中心、居民密集 区以及石油化工、核电站、核 潜艇等特殊环境中。
• 按线圈数分类：双线圈变压器、三线圈变压器和自耦变压器；
• 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等；
• 按容量大小分类：小型变压器、中型变压器、大型变压器和特大 型变压器。
变压器工作原理

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变压器油及油的运行
• 变压器油的作用：①将空气排除，避免各部件与空气接触受潮引 起绝缘降低②增加变压器绝缘强度③变压器油使木质及纸绝缘保持 良好的性能，并使金属得到防腐作用，使绝缘保持良好④油循环使 绕组和铁芯得到冷却，改善了运行条件
•
变压器油的主要性能指标：①比重②粘度 ③闪点 ④凝固点⑤酸价⑥酸、碱、 硫及机械混合物⑦安定度
变压器工作原理 • 油箱是装器身和变压器油的，为了便于散热，有
的箱壁上焊有散热管。
• 变压器油的作用是绝缘和冷却。
变压器工作原理 • 变压器的铭牌参数：
• 每台变压器都有一铭牌，上面标注着型号、额定值及其它 数据，便于用户了解变压器的运行性能。
电力变压器 SL7－315/10 产品编号 315kV· A 使用条件 户外式 10000/400V 冷却条件 ONAN 18.2/454.7A 短路电压 4% 50 Hz 器身吊重 765kg 三相 油 重 380kg Y yno 总 重 1525kg 生产日期
A
E AX EBX
B
ECX
C
A E AX EBX
B
ECX
C
X
Y
Z
X
Y
Z
星形连接
三角形连接
2、连接组
（1）高、低压绕组中电动势相位关系（单相绕组） •单相变压器中， 高压绕组首端为“A”、末端为“X”； 低压绕组首端为“a”、末端为“x”。
•原、副绕组被同一主磁通交链， 感应电动势在任一瞬 间原边绕组一端点为高电位，副边绕组也有一端点为高 电位。 这两个端点为“同名端”
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。
变压器工作原理
• 变压器的分类：
• 按用途分类：升压变压器、降压变压器； • 按相数分类：单相变压器和三相变压器；
大型电力变压器；
90000kVA及以上的为特大型电力变压器；
变压器工作原理
• 额定电压U1N/U2N
• 均指线值电压。原边额定电压U1N是指电源加在原绕组 上的额定电压；副边额定电压U2N是指原边加额定电压 副边空载时副绕组的端电压，单位有：伏（V）或千伏 （kV）。
变压器工作原理
• 额定电流I1N/I2N
均指线值电流。原、副边额定电流是指在额定容量和额定 电压时所长期允许通过的电流，单位有：安（A）
额定频率fN
指工业用电频率，我国规定为50Hz。
变压器工作原理
• 变压器的额定容量、额定电压、额定电流之间的 关系为： • 单相变压器：
S N U 1N I 1N U 2 N I 2 N
• 三相变压器：
S N 3U1N I1N 3U 2 N I 2 N
三相变压器绕组的联接法和联接组
1、三相变压器连接法
高压绕组首端由A、B、C表示， 末端由X、Y、Z表示； 低压绕组首端由a、b、c表示，末端由x、y、z表示。
•末端连在一起， 首端引出， 为星形连接“Y”， 中点引出Yo； •一相绕组末端与另一相绕组首端相连， 依次得到一闭合回 路， 为三角形连接“”， 有顺、逆之分。
• 变压器的工作原理：
• 变压器可将一种电压的交流电能变换为同频率的另一种电压的交 流电能
• 变压器的主要部件是一个铁心和套在铁心上的两个绕组。
变压器工作原理
下图是我们常见的两种变压器：
干式变压器
油浸式变压器
变压器工作原理
• 变压器的构造： 变压器主要由：铁芯、绕组、油箱、附件等组成。
变压器工作原理
变压器并列运行
（3）短路阻抗相对值不等： 环流不存在但 短路阻抗不同时， 各变压器的负载电流为：
I1
Z k2 & & Z k 1 I; I I2 Z k 1 Z k 2 Z k1 Z k 2
如果不等负荷不能按变压器的容量成比例地分配，阻抗小的 变压器带的负荷相对较大，也将影响变压器的总出力。 变压器的短路阻抗标么值随者容量的大小而变化， 故 并联运行的变压器容量之比不超过3:1。
U20 U1 / k1 U1 / k 2 Z *k 1 Z *k 2 Z k*1 Z k*2
短路阻抗很小， 即使变比差值很小， 也能产生较大的环流。
（2）联接组号不同
联接组号不同的变压器， 副边电压相量之间的相位至 少相差300， 300 2 联接组号不同的变压器并联， 将产生很大的空载环 流， 数值会超过额定电流很多倍， 严禁并联。
A
A
X a x
X a x
时钟表示法
对于任意标定的a、x， 感应电势 E AX 和 Eax 的相位关 系有两种结果， 即 E AX 与 Eax 同相或反相。
时钟表示法：标志变压器高、低压绕组的相位关系。 时钟表示法：高压绕组电势E AX 从A到X， 记为E
A
, 作为
时钟的长针，指向12点；低压绕组电势 Ea 从a到x， 记 为 Eax，作为时钟的短针， 根据相位关系， 指向针面上哪个 数字， 改数字为变压器的联接组别的标号。
• 变压器的主体构造： 1、铁芯
2、绕组
变压器工作原理 • 铁芯
• 铁心的作用 主磁路 是变压器的
• 铁心的材料 0.35～ 0.5mm厚的硅钢片
• 铁心形式 电力变压器主 要采用心式结构
变压器工作原理
• 铁芯是变压器的磁路部分，由铁芯柱（柱上套装绕组）、 铁轭（连接铁芯以形成闭合磁路）组成，为了减小涡流和 磁滞损耗，提高磁路的导磁性，铁芯采0.35mm~0.5mm 厚的硅钢片涂绝缘漆后交错叠成。 • 小型变压器铁芯截面为矩形或方形，大型变压器铁芯截面 为阶梯形，这是为了充分利用空间。
变压器的运行
• 允许温度和温升 若变压器的温度长时间超过允许值， 则变压器的绝缘容易损坏。变压器温度与周围空气温度的的差值 叫变压器的温升
•
变压器的过负荷能力 是指在较短时间内所能输出的最大容量。额定容量
•
三相变压器运行 变压器允许运行方式，对Y,yn0接线的变压器，还要控制二 次侧三相负荷对称。
三相变压器绕组的联接组
联机组的几点认识：
（1）当变压器的绕组标志（同名端或首末端）改变时， 变 压器的联接组号也随着改变。 （2）Y/Y联接的三相变压器， 其联接组号都是偶数； （3） Y/Δ联接的三相变压器，其联接组号都是奇数； （4） /Δ联接可以得到与Y/Y联接相同的组号； /Y 联接也可以得到与Y/联接相同的组号； （5）最常用的联接组是Y/Y－12 和 Y/－11；
变压器工作原理 • 铁芯
三相三芯柱变压器的铁心和绕组
单相芯式变压器的铁心和绕组
变压器工作原理
• 绕组： • 绕组是变压器的电路 部分 • 铜或铝导线包绕绝缘 纸以后绕制而成。
变压器工作原理
• 绕组是变压器的电路部分，采
用铜线或铝线绕制而成，原、 副Fra Baidu bibliotek组同心套在铁芯柱上。
• 为便于绝缘，一般低压绕组在
励磁电流，所以又称励磁涌流。空载合闸电流大大超过稳态的空载电流I0， 甚至达到额定电流的5~7倍。
阻抗电压：双绕组变压器当二次绕组短接，一次绕组流通额定电流而施加的
电压称阻抗电压
负载损耗：最大一对绕组的电阻损耗+附加损耗；附加损耗包括绕组涡流损
耗、并绕导线的环流损耗、结构损耗、引线损耗
变压器的运行
变压器经济运行
• 运行中的内部损耗：变压器铁损和铜损两部分 • 铁损：当一次侧有交变电压时，铁芯中产生交变磁通，从 而在铁芯中产生的磁滞与涡流损耗 • 铜损：由于变压器一、二次绕组都有一定的电阻，当电流 流过时，就要产生一定的功率和电能损耗 • 变压器效率 变压器输出功率P2和输入功率P1的百分比 ，就称为变压器的效率 p
变压器工作原理
变压器日常巡视检查应包括以下内容：
1)油温应正常，应无渗油、漏油，储油柜油位应与温度相对应。 2)套管油位应正常，套管外部应无破损裂纹、无严重油污、无放电痕迹及其它异 常现象。 3)变压器音响应正常。 4)散热器各部位手感温度应相近，散热附件工作应正常。 5)吸湿器应完好，吸附剂应干燥。 6)引线接头、电缆、母线应无发热迹象。 7)压力释放器、安全气道及防爆膜应完好无损。 8)分接开关的分接位置及电源指示应正常。 9)气体继电器内应无气体。 10)各控制箱和二次端子箱应关严，无受潮。 11)干式变压器的外表应无积污。 12)变压器室不漏水，门、窗、照明应完好，通风良好，温度正常。 13)变压器外壳及各部件应保持清洁。
•
允许电压波动 变压器的电源电压一般不得超过额定值的±5%
变压器的运行
空载电流：当变压器二次绕组开路，一次绕组施加额定频率的额定
电压时，一次绕组中所流通的电流称空载电流I0。通常I0以 额定电流百分数表示，一般1~3%，变压器容量越大，I0越小。
空载合闸电流：当变压器空载合闸到线路时，由于铁芯饱和而产生很大的
里，高压绕组在外，但大容量 的低压大电流变压器，考虑到 引出线工艺困难，往往把低压 绕组套在高压绕组的外面。
变压器工作原理
• 变压器的附件：
• • • • • • • • 1-铭牌； 3-吸湿器； 5-储油柜； 2-信号式温度计； 4-油标； 6-安全气道
7-气体继电器； 8-高压套管； 9-低压套管； 11-油箱； 13-器身； 15-小车 10-分接开关； 12-放油阀门； 14-接地板；
• 并列运行的目的 提高变压器运行的经济性 提高供电可靠性
• 并列运行条件 变压器的接线组别相同；变压器的变比相同（允许有 ±0.5%的差值）；变压器的短路电压相等（允许有±10% ）； 并列运行变压器的容量比不宜超过3:1
变压器并列运行
（1）变比不相等：
并联后， 在副边绕组中产生的环流为：
* I& loop
•
变压器油试验： ①耐压 ②介质损耗 ③简化试验 ④取油样注意事项
•
变压器油质量的简易鉴别： ①油的颜色 ②透明度 ③气味
变压器油运行管理
• 35KV及以上变压器应补充相同牌号的油， 并应作耐压试验 • 10KV及以下的变压器可补不同牌号油，但应做混油耐压 试验 • 补油后，检查瓦斯继电器，并及时放出气体。若24小时无 问题，可重新将瓦斯继电器接入跳闸回路
产品型号 额定容量 额定电压 额定电流 额定频率 相 数 联接组别 制造厂
图1－4电力变压器铭牌示意图
变压器工作原理
变压器工作原理
• 与电源相连的线圈，接收交流 电能，称为一次绕组 用U1 ， I1，E1，N1表示; • 与负载相连的线圈，送出交流 电能，称为二次绕组 用U2， I2，E2 ，N2表示; • 同时交链一次，二次绕组的磁 通量的相量为 Fm ,该磁通量称 为主磁通;
变压器原理图（图3-1）
变压器工作原理
• 若一次、二次绕组的电压、电动势的瞬时值均按 正弦规律变化，则有 • 不计铁心损失，根据能量守恒原理可得 • 由此得出一次、二次绕组电压和电流有效值的关系： • 令 K=N1/N2，称为匝比（亦称电压比），则
•
变压器工作原理
• 额定容量SN：
• 它是变压器额定工作条件下输出能力的保证值，是额定视 在功率，单位有：伏安（V•A）或千伏安（kV•A）或兆 伏安（MV•A）。 • 一般容量在630kVA以下的为小型电力变压器； 800~6300kVA的为中型电力变压器；8000~63000kVA为
• 变压器的效率
输出的有功功率与输入的有功功率之比的百分数，效率η为
效率η=
输出功率 100% 输入功率
输出功率 = 输出功率 空载损耗 负载损耗 100%
中小变压器η一般在96%以上，大型变压器η一般在99%以上。
变压器并列运行
• 将两台或多台变压器的一次侧以及二次侧同极性的端子之间， 通过同一母线分别互相连接，这种方式叫变压器的并列运行。
变压器工作原理
变压器工作原理
变压器及其工作原理
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