第3章第一節(jié)變壓器原理結構及冷卻方式

1、第第3 3章第一節(jié)變壓器原理結構及冷卻方式章第一節(jié)變壓器原理結構及冷卻方式 第一節(jié)第一節(jié) 變壓器的原理、變壓器的原理、 分類及冷卻方式分類及冷卻方式 CONTENTS Part 1Part 1 變壓器的工作原理變壓器的工作原理 一、變壓器的工作原理一、變壓器的工作原理 1 1、變壓器的用途、變壓器的用途 發(fā)電機發(fā)電機 11kv11kv 升壓變壓器升壓變壓器 110kv110kv 三繞組三繞組 變壓器變壓器 230kv230kv 去系統(tǒng)另一部分去系統(tǒng)另一部分 降壓變壓器降壓變壓器 11kv11kv 配電變壓器配電變壓器 其他負載其他負載 D D 電力系統(tǒng)中變壓器的使用電力系統(tǒng)中變壓器的使用 一、

2、變壓器的工作原理一、變壓器的工作原理 1 1、變壓器的用途、變壓器的用途 在自動控制系統(tǒng)中常用的變壓器有小功率電源變壓器和 作為信號傳遞的信號變壓器：脈沖變壓器、輸入輸出變壓 器等。 在電力系統(tǒng)中用的變壓器是作為電能之間的轉換， 為電力變壓器。 在控制系統(tǒng)中用的變壓器的容量小，多為不超過幾 千伏安的單相變壓器；電力變壓器的容量大，為幾千伏 安以上。 一、變壓器的工作原理一、變壓器的工作原理 2 2、變壓器的基本工作原理、變壓器的基本工作原理 變壓器的主要部件是鐵心和套在鐵心上的兩個繞組。兩繞組只有磁耦 合沒電聯(lián)系。在一次繞組中加上交變電壓，產(chǎn)生交鏈一、二次繞組的交 變磁通，在兩繞組中分別感應電

3、動勢。 1 u 1 e 2 e 2 u 1 i 2 i 1U 2U 1u 2u L Z dt d Ne dt d Ne 22 11 1、匝數(shù)相同能否變壓？ 2、直流能否變壓？ (1)構造示意圖 (1)(1)閉合鐵芯閉合鐵芯 ( (絕緣硅鋼片疊合而成絕緣硅鋼片疊合而成) ) (2)(2)原線圈原線圈( (初級線圈初級線圈) ) 其匝數(shù)用其匝數(shù)用n n1 1表示表示 與交變電源相連與交變電源相連 (3)(3)副線圈副線圈( (次級線圈次級線圈) ) 其匝數(shù)用其匝數(shù)用n n2 2表示表示 與負載相連與負載相連 (4)(4)輸入電壓輸入電壓U U1 1 輸出電壓輸出電壓U U2 2 鐵芯鐵芯 U U1

4、 1 U U2 2 n n1 1 n n2 2 一、變壓器的工作原理一、變壓器的工作原理 變壓器通過閉合鐵芯，利用互感現(xiàn)象實現(xiàn)了：變壓器通過閉合鐵芯，利用互感現(xiàn)象實現(xiàn)了： 電能電能 磁場能磁場能 電能轉化電能轉化 ( (U U1 1、I I1) (1) (變化的磁場變化的磁場) ( ) ( U U2 2、I I2) 2) U U1 1 U U2 2 n n1 1 n n2 2 0 0 t t t1 t1 t2 t2 t3 t3 t4 t4 一、變壓器的工作原理一、變壓器的工作原理 (2)互感現(xiàn)象 理解：理解： （1 1）互感現(xiàn)象：在變壓器原、副線圈中由于有交變電流）互感現(xiàn)象：在變壓器原、副線圈

5、中由于有交變電流 而發(fā)生互相感應的現(xiàn)象，叫做互感現(xiàn)象而發(fā)生互相感應的現(xiàn)象，叫做互感現(xiàn)象 （2 2）互感現(xiàn)象是變壓器工作的基礎）互感現(xiàn)象是變壓器工作的基礎 變壓器通過閉合鐵芯，利用互感現(xiàn)象實現(xiàn)了電能到磁變壓器通過閉合鐵芯，利用互感現(xiàn)象實現(xiàn)了電能到磁 場能再到電能的轉化場能再到電能的轉化 （3 3）變壓器只能工作在交流電路）變壓器只能工作在交流電路 如果變壓器接入直流電路，在鐵芯中不會產(chǎn)生交變的如果變壓器接入直流電路，在鐵芯中不會產(chǎn)生交變的 磁通量，沒有互感現(xiàn)象出現(xiàn)，所以變壓器僅工作于交磁通量，沒有互感現(xiàn)象出現(xiàn)，所以變壓器僅工作于交 流電路流電路 一、變壓器的工作原理一、變壓器的工作原理 若不考慮

6、原副線圈的內阻有若不考慮原副線圈的內阻有 U U1=1=E E1 1 U U2=2=E E2 2 2 1 2 1 n n U U t nE 11 t nE 22 I I1 1 U U2 2 U U1 1 n n1 1 n n2 2 I I2 2 R R 2 1 2 1 n n E E U U1 1 U U2 2 n n1 1 n n2 2 dt d Ne dt d Ne 22 11 一、變壓器的工作原理一、變壓器的工作原理 (3)理想變壓器 如果在能量轉化的過程中能量損失很小，能夠如果在能量轉化的過程中能量損失很小，能夠 略去原、副線圈的電阻，以及各種電磁能量損失，略去原、副線圈的電阻，以及各

7、種電磁能量損失， 這樣的變壓器我們稱之為理想變壓器。這樣的變壓器我們稱之為理想變壓器。 原、副線圈原、副線圈 中通過的磁通量始終相同中通過的磁通量始終相同( (無漏磁無漏磁), ),因此產(chǎn)生的感應因此產(chǎn)生的感應 電動勢分別是：電動勢分別是： 第第3 3章第一節(jié)變壓器原理結章第一節(jié)變壓器原理結 構及冷卻方式構及冷卻方式 用電器用電器 額定工作電壓額定工作電壓用電器用電器 額定工作電額定工作電 壓壓 隨身聽隨身聽3V3V機床上的照明燈機床上的照明燈36V36V 掃描儀掃描儀12V12V防身器防身器3000V3000V 手機充電器手機充電器4.2V 4.4V 5.3V4.2V 4.4V 5.3V黑白

8、電視機顯像管黑白電視機顯像管幾萬伏幾萬伏 錄音機錄音機6V 9V 12V6V 9V 12V彩色電視機顯像管彩色電視機顯像管十幾萬伏十幾萬伏 一、變壓器的工作原理一、變壓器的工作原理 (4)生活中各種直流或者交流電壓 第第3 3章第一節(jié)變壓器原理結章第一節(jié)變壓器原理結 構及冷卻方式構及冷卻方式 1 1、n n2 2 n n1 1 U U22U U11升壓變壓器升壓變壓器 2 2、n n2 2 = =n n1 1 U U2=2=U U11等壓變壓器等壓變壓器 3 3、n n2 2 n n1 1 U U2 2 磁滯、渦流效應磁滯、渦流效應 建立空載磁通建立空載磁通 一、同步發(fā)電機的工作原理一、同步發(fā)

9、電機的工作原理 （1 1）主磁通大小由電源電壓、電源頻率和一次線圈匝數(shù)決定，與磁路所用的材質）主磁通大小由電源電壓、電源頻率和一次線圈匝數(shù)決定，與磁路所用的材質 及幾何尺寸基本無關。及幾何尺寸基本無關。 （2 2）空載電流大小與主磁通、線圈匝數(shù)及磁路的磁阻有關，鐵心所用材料的導磁性）空載電流大小與主磁通、線圈匝數(shù)及磁路的磁阻有關，鐵心所用材料的導磁性 能越好，空載電流越小。能越好，空載電流越小。 （3 3）電抗是聯(lián)系電氣量（電動勢）電抗是聯(lián)系電氣量（電動勢) )與磁場量（磁通）的橋梁。感應電動勢可用電抗與磁場量（磁通）的橋梁。感應電動勢可用電抗 壓降的形式表示。壓降的形式表示。 五、結論五、結

10、論 一、同步發(fā)電機的工作原理一、同步發(fā)電機的工作原理 原邊接入電源、副邊接負載阻抗原邊接入電源、副邊接負載阻抗ZLZL時的運行情況，稱為變壓器的負載運行時的運行情況，稱為變壓器的負載運行。 一、電磁關系分析一、電磁關系分析m m E E1 1 E E11 11 U U1 1U U2 2 I I1 1I I2 2 變壓器負載運行變壓器負載運行 . . . . . . . . . . . E E2 2 E E22 . . . . 22 . . . . ZLZL (1)變壓器的負載運行 一、同步發(fā)電機的工作原理一、同步發(fā)電機的工作原理 變壓器負載運行時的磁動勢、磁通、電動勢之間的關系變壓器負載運行時

11、的磁動勢、磁通、電動勢之間的關系 磁動勢磁動勢 磁通磁通電動勢電動勢 1 1 N i 2 2 N i 1 m N i 1 2 1 11 di eL dt 1 22 di eL dt 11 d eN dt 22 d eN dt 一次繞組一次繞組 二次繞組二次繞組 一、同步發(fā)電機的工作原理一、同步發(fā)電機的工作原理 U U1 1 . . I I1 1 . . r r1 1 E E1 1 . . 變壓器負載時的電路圖變壓器負載時的電路圖 r r2 2 U U2 2 . . I2I2 . . E E2 2 . . 由圖可見：變壓器一、二次繞組的電路是獨立的，只有磁的聯(lián)系，沒有電的聯(lián)由圖可見：變壓器一、二

12、次繞組的電路是獨立的，只有磁的聯(lián)系，沒有電的聯(lián) 系，不便于計算。系，不便于計算。 x x 1 1 x x2 2 o o1 1o o2 2 二、變壓器等效電路二、變壓器等效電路 一、同步發(fā)電機的工作原理一、同步發(fā)電機的工作原理 歸算后的基本方程式歸算后的基本方程式 1111 2222 UI ZE EI ZU 120 120m III EEI Z 根據(jù)歸算后的基本方程畫出的部分等效電路根據(jù)歸算后的基本方程畫出的部分等效電路 得到變壓器得到變壓器T T型等效電路圖型等效電路圖 U U1 1 . . I I1 1 . . r r1 1x x1 1 E E1 1 . . rmrm xmxm I0I0 .

13、 . rr2 2xx2 2 UUz z . . I2I2 . . EE2 2 . . I I1+1+ . . II2 2 . . =I=I0 0 . . E E1=1= . . EE2=2= . . -I -I0 0 . . Z Zm m . . 一、同步發(fā)電機的工作原理一、同步發(fā)電機的工作原理 三、變壓器帶負載三、變壓器帶負載T T 型等效電路型等效電路 Z ZL L U U1 1 I I1 1 R R1 j1 jX X1 1 E E1 1 = = E E2 2 I I0 0 U U2 2 j jX X2 2 R R2 2 I I2 2 . 22 1 . . N 22 N I k II 2

14、22 2 LL Zk Z Zk Z 2 22 2 22 rk r xk x . . 22 2L UI ZkU . . 221EkEE 一、同步發(fā)電機的工作原理一、同步發(fā)電機的工作原理 四、四、 簡化等效電路簡化等效電路 該電路用于滿載 該電路用于滿載 或接近滿載運行或接近滿載運行 時的分析、計算。時的分析、計算。 I I0 0 很小，很小，I I1 1 I I2 2 Z ZL L U U1 1 I I1 1 I I2 2 R Rk jk jX Xk k U U2 2 一、同步發(fā)電機的工作原理一、同步發(fā)電機的工作原理 Part Part 2 2 變壓器的分類變壓器的分類 變壓器的外型和器身圖變壓

15、器的外型和器身圖 二、變壓器的分類二、變壓器的分類 電力變壓器的類別電力變壓器的類別用途分用途分 配電變壓器配電變壓器 升壓變壓器升壓變壓器降壓變壓器降壓變壓器 （一）電力變壓器（一）電力變壓器 二、變壓器的分類二、變壓器的分類 試驗、儀用等變壓器試驗、儀用等變壓器 ( (二二) ) 特種變壓器特種變壓器 電爐、整流變壓器電爐、整流變壓器 二、變壓器的分類二、變壓器的分類 電力變壓器的類別電力變壓器的類別用途分用途分 電力變壓器類別電力變壓器類別- -線圈數(shù)目分線圈數(shù)目分 v 雙繞組變壓器，雙繞組變壓器，在鐵芯中有兩個繞組，一個為初級繞組，一個為次級在鐵芯中有兩個繞組，一個為初級繞組，一個為次

16、級 繞組繞組 v 自耦變壓器，初級、次級繞組合為一個自耦變壓器，初級、次級繞組合為一個 v 三繞組變壓器，三個繞組連接三種不同電壓的線路三繞組變壓器，三個繞組連接三種不同電壓的線路 v 多繞組變壓器，如分裂變壓器多繞組變壓器，如分裂變壓器 二、變壓器的分類二、變壓器的分類 電力變壓器類別電力變壓器類別- -相數(shù)相數(shù) 單相變壓器單相變壓器三相變壓器三相變壓器 二、變壓器的分類二、變壓器的分類 電力變壓器類別電力變壓器類別- -調壓方式調壓方式 有載調壓變壓器有載調壓變壓器 無載調壓變壓器無載調壓變壓器 二、變壓器的分類二、變壓器的分類 電力變壓器類別電力變壓器類別- -冷卻方式冷卻方式 l 油浸

17、式變壓器油浸式變壓器鐵芯和繞組都一起浸入灌滿了變壓器油的油箱中，鐵芯和繞組都一起浸入灌滿了變壓器油的油箱中， 可以加強絕緣和改善冷卻散熱條件（大容量）可以加強絕緣和改善冷卻散熱條件（大容量） l 干式變壓器干式變壓器 能滿足特殊要求，如安全（小容量變壓器）能滿足特殊要求，如安全（小容量變壓器） l 充氣式變壓器充氣式變壓器絕緣性能優(yōu)于油浸式（大容量）絕緣性能優(yōu)于油浸式（大容量） 二、變壓器的分類二、變壓器的分類 干式變壓器干式變壓器油浸式變壓器油浸式變壓器 電力變壓器類別電力變壓器類別- -冷卻方式冷卻方式 強迫油循環(huán)電力變壓器強迫油循環(huán)電力變壓器 二、變壓器的分類二、變壓器的分類 Part

18、Part 3 3 變壓器的冷卻方式變壓器的冷卻方式 三、變壓器的冷卻方式三、變壓器的冷卻方式 1 1、油浸自冷、油浸自冷(ONAN)(ONAN) 油浸變壓器的散熱過程是這樣的，鐵芯和線圈把熱量首先傳給在其附近的油， 使油的溫度升高。溫度高的油體積增加，比重減小，就向油箱的上部運動。冷 油將自然運動補充到熱油原來的位置。而熱油沿箱壁或散熱器管將熱量放出， 經(jīng)箱壁或管壁被周圍的空氣帶走，溫度降低后又回到油箱下部參加循環(huán)。這樣， 因油溫的差別，產(chǎn)生了油的自然循環(huán)流動。 油浸自冷式的變壓器依靠油箱壁（或散熱器管壁）的輻射，和變壓器周圍空 氣的自然對流，把熱量從油箱表面帶走。這種變壓器為了增加散熱表面，

19、有的 箱壁做成波狀,有的焊上管子，有的裝散熱器，以促進油的對流。 三、變壓器的冷卻方式三、變壓器的冷卻方式 2 2、油浸風冷、油浸風冷(ONAF)(ONAF) 在散熱器上裝風扇，用吹風扇的方法使空氣加快流動，借此來增大散熱能力 的就屬風冷式。吹風可使對流散熱增加8.5倍。同一臺變壓器，用了吹風以后， 容量可提高30%以上。 3 3、強迫油循環(huán)水冷、強迫油循環(huán)水冷(OFWF)(OFWF) 用變壓器油泵強迫油循環(huán)，使油流經(jīng)水冷卻器進行散熱的冷卻方法。 三、變壓器的冷卻方式三、變壓器的冷卻方式 4 4、強迫油循環(huán)風冷、強迫油循環(huán)風冷(OFAF)(OFAF) 如果單純想法降低油的溫度而不增加油流的速度，那是達不到所希望的冷卻效 果的。因油溫降到一定程度時，其粘度增加，粘度大會使散熱效果變差。而人 為地加快油流速度，就會使散熱加快。強迫油循環(huán)冷卻方式就是在油路中加入 了使油的流速加快的動力油泵。 強迫油循環(huán)風冷的變壓器則是將風冷卻器裝于變壓器油箱壁上或獨立的支架上。 經(jīng)冷卻器內的油采用風扇冷卻。為了防止油泵的漏油和漏氣，目前廣泛采用潛 油泵和潛油電動機。潛油泵安裝在冷卻器的下面，泵的吸入端直接裝在第一個 油回路（冷卻器為多回路的）上，吐出端通過裝有流動繼電器的聯(lián)管接至第二 回路。流動繼電器的作用是，當潛油泵發(fā)生故障，油流停止時，發(fā)出信號和投 入備用冷卻器。 三、變壓器