變壓器的結(jié)構(gòu)及工作原理

1、變壓器的結(jié)構(gòu)及工作原理變壓器及其工作原理變壓器是利用電磁感應(yīng)原理傳輸電能或電信號的器件,它具有變壓、 變流和變阻抗的作用。變壓器的種類很多，應(yīng)用十分廣泛。比如在電 力系統(tǒng)中用電力變壓器把發(fā)電機(jī)發(fā)出的電壓升高后進(jìn)行遠(yuǎn)距離輸電,到達(dá)目的地后再用變壓器把電壓降低以便用戶使用，以此減少傳輸過 程中電能的損耗;在電子設(shè)備和儀器中常用小功率電源變壓器改變市電電壓，再通過整流和濾波，得到電路所需要的直流電壓;在放大電路 中用耦合變壓器傳遞信號或進(jìn)行阻抗的匹配等等。變壓器雖然大小懸 殊，用途各異，但其基本結(jié)構(gòu)和工作原理卻是相同的。：:升壓變壓器-次高壓變電所二次高壓變電所遠(yuǎn)距離輸電線路發(fā)電站工廠一般用尸低壓變

2、電所變壓器的分類:按用途分類：升壓變壓器、降壓變壓器；按相數(shù)分類：單相變壓器和三相變壓器；按線圈數(shù)分類：雙線圈變壓器、三線圈變壓器和自耦變壓器;按鐵心結(jié)構(gòu)分類：心式變壓器和殼式變壓器；按調(diào)壓方式分類：無載調(diào)壓變壓器、有載調(diào)壓變壓器；按冷卻介質(zhì)和冷卻方式分類：油浸式變壓器和干式變壓器等;按容量大小分類：小型變壓器、中型變壓器、大型變壓器和特大 型變壓器。變壓器的工作原理:變壓器可將一種電壓的交流電能變換為同頻率的另一種電壓的交流電能 變壓器的主要部件是一個鐵心和套在鐵心上的兩個繞組。下圖是我們常見的兩種變壓器:干式變壓器油浸式變壓器變壓器的構(gòu)造:變壓器主要由：鐵芯、繞組、油箱、附件等組成。變壓器

3、的主體構(gòu)造:1 鐵芯2、繞組鐵芯鐵心的作用是變壓器的 主磁路鐵心的材料0.350.5mm厚的硅鋼片鐵心形式電力變壓器主 要采用心式結(jié)構(gòu)鐵芯是變壓器的磁路部分，由鐵芯柱（柱上套裝*）、 鐵覘（連接鐵芯以形成閉合磁路）組成，為了減小渦流和 磁滯損耗，提高磁路的導(dǎo)磁性，鐵芯采0.35mm0.5mm 厚的硅鋼片涂絕緣漆后交錯疊成。小型變壓器鐵芯截面為矩形或方形，大型變壓器鐵芯截面為階梯形，這是為了充分利用空間。SC2XXX11!100699222222XXXXXX6S90909999單相芯式變壓器的鐵心和繞組三相三芯柱變壓器的鐵心和繞組繞組：繞組是變壓器的電路 部分銅或鋁導(dǎo)線包繞絕緣 紙以后繞制而成。

4、繞組是變壓器的電路部分，采 用銅線或鋁線繞制而成，原、 副繞組同心套在鐵芯柱上。為便于絕緣，一般低壓繞組在 里，高壓繞組在外，但大容量 的低壓大電流變壓器，考慮到 引出線工藝?yán)щy，往往把低壓 繞組套在高壓繞組的外面。變壓器的附件：2 信號式溫度計(jì)1-銘牌；3 吸濕器；5 儲油柜；7 氣體繼電器;9 低壓套管；11 油箱；13-器身；15-小車4 油標(biāo)；6-安全氣道8-高壓套管；10 分接開關(guān);12 放油閥門;14 接地板；1513油箱是裝器身和變壓器油的，為了便于散廉有的箱壁上焊有散熱管。變壓器油的作用是絕緣和冷卻。變壓器的銘牌參數(shù):額定電流 額定頻率 相 數(shù) 聯(lián)接組別 制造廠戶外式ONAN

5、4% 765kg 380kg 1525kg每臺變壓器都有一銘牌，上面標(biāo)注著型號、額定值及其它數(shù)據(jù)，便于用戶了解變壓器的運(yùn)行性能。電力變壓器產(chǎn)品型號SL7-315/10產(chǎn)品編號 額定容量315kVA 使用條件 額定電壓10000/400V冷卻條件18.2/454.7A 短路電壓50 Hz器身吊重三相油重Y yno總重生產(chǎn)日期圖1-4電力變壓器銘牌示意圖.OSL鋁銅不表示S 三相一-相數(shù)代號一1D 單相一C成型固體G空氣一線緣代號油浸式不表示一1-高壓繞組電壓等級(kV)額定容量(kg)一設(shè)計(jì)序號(亦可寫作下標(biāo))調(diào)壓代號Z有載調(diào)壓 一無載調(diào)壓不表不F風(fēng)冷一P-強(qiáng)迫油循環(huán)-冷卻代號自然冷卻不表示一圖

6、235電力變壓器銘牌與電源相連的線圈，接收交流 電能，稱為一次繞組用U1 ,11, El, N1 表示；與負(fù)載相連的線圈，送出交流 電能，稱為二次繞組用U2,12, E2 , N2表示；同時交鏈一次，二次繞組的磁 通量的相量為皿，該磁通量稱 為主磁通；變壓器原理圖（圖3-1）若一次、二次繞組的電壓、電動勢的瞬時值均按 正弦規(guī)律變化，則有UJU廠EJERJN?不計(jì)鐵心損失，根據(jù)能量守恒原理可得u、h=u止由此得出一次、二次繞組電壓和電流有效值的關(guān)系: 令k=n1/n2,稱為匝比（亦稱電壓比），則q / U2 = k 厶/厶= l/k額定容量SN：它是變壓器額定工作條件下輸出能力的保證值，是額定視

7、在功率，單位有：伏安（V*A）或千伏安（kVA）或兆 伏安（MVA） o一般容量在630kVA以下的為小型電力變壓器；8006300kVA的為中型電力變壓器；800063000kVA為 大型電力變壓器；90000kVA及以上的為特大型電力變壓器；額定電壓U】n/U2N均指線值電壓。原邊額定電壓UN是指電源加在原繞組上的額定電壓；副邊額定電壓U2N是指原邊加額定電壓副邊空載時副繞組的端電壓，單位有：伏（V）或千伏(kV) o額定電流In/2N.均指線值電流。原、副邊額定電流是指在額定容量和額定電壓時所長期允許通過的電流，單位有：安（A）額定頻率fN指工業(yè)用電頻率，我國規(guī)定為50Hz。的變壓器的額

8、定容量、額定電壓、額定電流戈 關(guān)系為：單相變壓器：N INS N = Un【N = UzI三相變壓器:SN = ylUlNIlN = J3U2N【2N三相變壓器繞組的聯(lián)接法和聯(lián)接組1、三相變壓器連接法高壓繞組首端由A、B、C表示，末端由X、Y、Z表示；低壓繞組首端由a、b、c表示，末端由x、y、z表示。末端連在一起，首端引出，為星形連接Y”，中點(diǎn)引出Y。；一相繞組末端與另一相繞組首端相連，依次得到_閉合回 路,為三角形連接”妙,有順、逆之分。星形連接三角形連接2、連接組（1）高、低壓繞組中電動勢相位關(guān)系（單相繞組）單相變壓器中，高壓繞組首端為“A”、末端為“X”； 低壓繞組首端為“a”、末端為

9、“x。原、副繞組被同一主磁通）交鏈，感應(yīng)電動勢在任一瞬 間原邊繞組一端點(diǎn)為高電位，副邊繞組也有一端點(diǎn)為高 電位。這兩個端點(diǎn)為“同名端”時鐘表示法對于任意標(biāo)定的a、x,感應(yīng)電勢E ax和E俶的相位關(guān) 系有兩種結(jié)果，即E惑與Eu同相或反相。時鐘表示法：標(biāo)志變壓器高、低壓繞組的相位關(guān)系。時鐘表示法：高壓繞組電勢疋惑從A到X,記為Ea，作為 時鐘的長針，指向12點(diǎn)；低壓繞組電勢Ea從a到x,記 為忘，作為時鐘的短針，根據(jù)相位關(guān)系，指向針面上哪個 數(shù)字，改數(shù)字為變壓器的聯(lián)接組別的標(biāo)號。蘭相變壓器繞組的聯(lián)接纟匸聯(lián)機(jī)組的幾點(diǎn)認(rèn)識：(1) 當(dāng)變壓器的繞組標(biāo)志(同名端或首末端)改變時，變 壓器的聯(lián)接組號也隨著改

10、變。(2) Y/Y聯(lián)接的三相變壓器，其聯(lián)接組號都是偶數(shù)；(3) Y/A聯(lián)接的三相變壓器，其聯(lián)接組號都是奇數(shù)；(4) 0/A聯(lián)接可以得到與Y/Y聯(lián)接相同的組號；/Y 聯(lián)接也可以得到與Y/區(qū)聯(lián)接相同的組號；(5)最常用的聯(lián)接組是Y/Y-12和Y/區(qū)11；允許溫度和溫升若變壓器的溫度長時間超過允許值， 則變壓器的絕緣容易損壞。變壓器溫度與周圍空氣溫度的的差值 叫變壓器的溫升變壓器的過負(fù)荷能力是指在較短時間內(nèi)所能輸出的最大容量。額定容量三相變壓器運(yùn)行變壓器允許運(yùn)行方式，對Y,ynO接線的變壓器，還要控制二 次側(cè)三相負(fù)荷對稱。允許電壓波動 變壓器的電源電壓一般不得超過額定值的5%空載電流：當(dāng)變壓器二次繞

11、組開路，一次繞組施加額定頻率的額定 電壓時，一次繞組中所流通的電流稱空載電流I。通常I。以 額定電流百分?jǐn)?shù)表示，一般3%,變壓器容量越大，I。越小。空載合I閘電流：當(dāng)變壓器空載合閘到線路時，由于鐵芯飽和而產(chǎn)生很大的 勵磁電流，所以又稱勵磁涌流。空載合閘電流大大超過穩(wěn)態(tài)的空載電流I。， 甚至達(dá)到額定電流的57倍。阻抗電壓：雙繞組變壓器當(dāng)二次繞組短接，一次繞組流通額定電流而施加的 電壓稱阻抗電壓負(fù)載損耗：最大一對繞組的電阻損耗+附加損耗；附加損耗包括繞組渦流損 耗、并繞導(dǎo)線的環(huán)流損耗、結(jié)構(gòu)損耗、引線損耗變壓器的效率輸出功率 輸入功率X100%輸出的有功功率與輸入的有功功率之比的百分?jǐn)?shù)，效率n為xl

12、OO%輸出功率+空載損耗+負(fù)載損耗輸出功率中小變壓器口一般在96%以上，大型變壓器口一般在99%以上。將兩臺或多臺變壓器的一次側(cè)以及二次側(cè)同極性的端子之間， 通過同一母線分別互相連接，這種方式叫變壓器的并列運(yùn)行。并列運(yùn)行的目的 提高變壓器運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性提高供電可靠性并列運(yùn)行條件 變壓器的接線組別相同；變壓器的變比相同（允許有 0.5%的差值）；變壓器的短路電壓相等（允許有10%）； 并列運(yùn)行變壓器的容量比不宜超過3:1(8U20 =Ulk Ui/ki* *Z k + Z k2 Z m + Z R*2短路阻抗很小，即使變比差值很小，也能產(chǎn)生較大的環(huán)流。(2)聯(lián)接組號不同聯(lián)接組號不同的變壓器，副邊電

13、壓相量之間的相位至 少相差3Oo,3Oo2聯(lián)接組號不同的變壓器并聯(lián)，將產(chǎn)生很大的空載環(huán) 流，數(shù)值會超過額定電流很多倍，嚴(yán)禁并聯(lián)。(1)變比不相等：并聯(lián)后，在副邊繞組中產(chǎn)生的環(huán)流為:（3）短路阻抗相對值不等：環(huán)流不存在但短路阻抗不同時，各變壓器的負(fù)載電流為:h= Zk2 僅 I&=Z k + Z k2/；Z k + Z k2如果不等負(fù)荷不能按變壓器的容量成比例地分配，阻抗小的 變壓器帶的負(fù)荷相對較大，也將影響變壓器的總出力。變壓器的短路阻抗標(biāo)么值隨者容量的大小而變化，故并聯(lián)運(yùn)行的變壓器容量之比不超過3:1。變壓齋經(jīng)濟(jì)運(yùn)彳丁運(yùn)行中的內(nèi)部損耗：變壓器鐵損和銅損兩部分鐵損：當(dāng)一次側(cè)有交變電壓時，鐵芯中

14、產(chǎn)生交變磁通，從 而在鐵芯中產(chǎn)生的磁滯與渦流損耗銅損：由于變壓器一、二次繞組都有一定的電阻，當(dāng)電流 流過時，就要產(chǎn)生一定的功率和電能損耗變壓器效率變壓器輸出功率P2和輸入功率P1的百分比變壓器油的作用：將空氣排除，避免各部件與空氣接觸受潮引 起絕緣降低增加變壓器絕緣強(qiáng)度變壓器油使木質(zhì)及紙絕緣保持 良好的性能，并使金屬得到防腐作用，使絕緣保持良好油循環(huán)使 繞組和鐵芯得到冷卻，改善了運(yùn)行條件變壓器油的主要性能指標(biāo)：比重粘度閃點(diǎn)凝固點(diǎn)酸價酸、堿、 硫及機(jī)械混合物安定度變壓器油試驗(yàn)：耐壓介質(zhì)損耗簡化試驗(yàn)取油樣注意事項(xiàng)變壓器油質(zhì)量的簡易鑒別：油的顏色透明度氣味35KV及以上變壓器應(yīng)補(bǔ)充相同牌號的油, 并

15、應(yīng)作耐壓試驗(yàn)10KV及以下的變壓器可補(bǔ)不同牌號油，但應(yīng)做混油耐壓 試驗(yàn)補(bǔ)油后，檢查瓦斯繼電器，并及時放出氣體。若24小時無 問題，可重新將瓦斯繼電器接入跳閘回路干式電力變壓器特點(diǎn)干式電力變壓器承受熱沖擊能 力強(qiáng)，過負(fù)載能力大、難燃、 防火性能高、低損耗、局部放 龜量小、噪聲低、不產(chǎn)生有害氣體、不 污染環(huán)境、對濕度、灰塵不敏 感、體積小、不開裂、維護(hù)簡 便。因止匕，最適宜甬于話火要 求高，負(fù)荷波動大以及污穢潮 濕的惡劣環(huán)境中。如：機(jī)場、 發(fā)電廠、冶金作業(yè)、醫(yī)院、高 層建筑、購物中心、居民密集 區(qū)以及石油化工、核電站、核 潛艇等特殊環(huán)境中。變壓器日常巡視檢查應(yīng)包括以下內(nèi)容:1）油溫應(yīng)正常，應(yīng)無滲油、漏油，儲油柜油位應(yīng)與溫度相對應(yīng)。2）套管油位應(yīng)正常，套管外部應(yīng)無破損裂紋、無嚴(yán)重油污、無放電痕跡及其它異 常現(xiàn)象。3）變壓器音響應(yīng)正常。4）散熱器各部位手感溫度應(yīng)相近，散熱附件工作應(yīng)正常。5）吸濕器應(yīng)完好，吸附劑應(yīng)干燥。6）引線接頭、電纜、母線應(yīng)無發(fā)熱跡象。7）壓力釋放器、安全氣道及防爆膜應(yīng)完好無損。8）分接開關(guān)的分接位置及電源指示應(yīng)正常。9）氣體繼電器內(nèi)應(yīng)無氣體。10）各控制箱和二次端子箱應(yīng)關(guān)嚴(yán)，無受潮。11 ）干式變壓器的外表應(yīng)無積污。12）變壓器室不漏水，門、窗、照明應(yīng)完好，通風(fēng)良好，溫度正常。13）變壓器外殼及各部件應(yīng)保持清潔。變壓器