變壓器的結(jié)構(gòu)及工作原理(整合后)

1、變壓器結(jié)構(gòu)與工作原理 圖形符號(hào)圖形符號(hào) 下圖是我們常見的兩種變壓器：變壓器工作原理干式變壓器油浸式變壓器變壓器工作原理 變壓器的構(gòu)造： 變壓器主要由：鐵芯、繞組、油箱、附件等組成。電壓器的主要部件是一個(gè)鐵心和套在鐵心上的兩個(gè)繞組。 變壓器的主體構(gòu)造： 1、鐵芯 2、繞組變壓器工作原理變壓器工作原理 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)變壓器工作原理變壓器工作原理 鐵芯是變壓器的磁路部分，由鐵芯柱（柱上套裝繞組）、鐵軛（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

2、厚的硅鋼片涂絕緣漆后交錯(cuò)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。 鐵芯變壓器工作原理變壓器工作原理 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。 繞組變壓器工作原理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。變壓器工作原理 變壓器的附件：變壓器工作原理變壓器工作原理變壓器工作原理變壓器工作原理變壓器工作原理變壓器工作原理三、油箱及其他附件三、油箱及其他附件1.1.油

3、箱油箱變壓器油的作用：加強(qiáng)變壓器內(nèi)部絕緣強(qiáng)度和散熱作用變壓器油的作用：加強(qiáng)變壓器內(nèi)部絕緣強(qiáng)度和散熱作用 要求：用質(zhì)量好的鋼板焊接而成，能承受一定壓力。要求：用質(zhì)量好的鋼板焊接而成，能承受一定壓力。形式：大型變壓器油箱均采用了鐘罩式結(jié)構(gòu)；小型變壓器采用吊器身式。形式：大型變壓器油箱均采用了鐘罩式結(jié)構(gòu)；小型變壓器采用吊器身式。2.2.儲(chǔ)油柜儲(chǔ)油柜 作用：減少油與外界空氣的接觸面積，減小變壓器受潮和氧化的概率。作用：減少油與外界空氣的接觸面積，減小變壓器受潮和氧化的概率。在大在大型電力變壓器的儲(chǔ)油柜內(nèi)還安放一個(gè)特殊的空氣膠囊，它通過呼吸器與外界相型電力變壓器的儲(chǔ)油柜內(nèi)還安放一個(gè)特殊的空氣膠囊，它通過

4、呼吸器與外界相通，空氣膠囊阻止了儲(chǔ)油柜中變壓器油與外界空氣接觸通，空氣膠囊阻止了儲(chǔ)油柜中變壓器油與外界空氣接觸。 3.3.呼吸器呼吸器 作用：內(nèi)裝硅膠的干燥器，與油枕連通，為了使潮氣不能作用：內(nèi)裝硅膠的干燥器，與油枕連通，為了使潮氣不能進(jìn)入油枕使油劣化。進(jìn)入油枕使油劣化。 硅膠對(duì)空氣中水份具有很強(qiáng)的吸附作用，干燥狀態(tài)狀態(tài)為硅膠對(duì)空氣中水份具有很強(qiáng)的吸附作用，干燥狀態(tài)狀態(tài)為蘭色，吸潮飽和后變?yōu)榉奂t色。吸潮的硅膠可以再生。蘭色，吸潮飽和后變?yōu)榉奂t色。吸潮的硅膠可以再生。 4. 4.冷卻器冷卻器 作用：加強(qiáng)散熱。作用：加強(qiáng)散熱。 裝配在變壓器油箱壁上，對(duì)于強(qiáng)迫油循裝配在變壓器油箱壁上，對(duì)于強(qiáng)迫油循環(huán)

5、風(fēng)冷變壓器，電動(dòng)泵從油箱頂部抽出熱油送入散熱器管簇環(huán)風(fēng)冷變壓器，電動(dòng)泵從油箱頂部抽出熱油送入散熱器管簇中，這些管簇的外表受到來自風(fēng)扇的冷空氣吹拂，使熱量散中，這些管簇的外表受到來自風(fēng)扇的冷空氣吹拂，使熱量散失到空氣中去，經(jīng)過冷卻后的油從變壓器油箱底部重新回到失到空氣中去，經(jīng)過冷卻后的油從變壓器油箱底部重新回到變壓器油箱內(nèi)。變壓器油箱內(nèi)。 5.5.絕緣套管絕緣套管( (分為高壓絕緣套管和低壓絕緣套管分為高壓絕緣套管和低壓絕緣套管) ) 作用：使繞組引出線與油箱絕緣。作用：使繞組引出線與油箱絕緣。 絕緣套管一般是陶瓷的，其結(jié)構(gòu)取決于電壓等級(jí)絕緣套管一般是陶瓷的，其結(jié)構(gòu)取決于電壓等級(jí)。1kv1kv以

6、下采用實(shí)心磁套管，以下采用實(shí)心磁套管，101035kv35kv采用空心采用空心充氣或充油式套管，充氣或充油式套管，110kv110kv及以上采用電容式套及以上采用電容式套管。為了增大外表面放電距離，套管外形做成多管。為了增大外表面放電距離，套管外形做成多級(jí)傘形裙邊。電壓等級(jí)越高，級(jí)數(shù)越多級(jí)傘形裙邊。電壓等級(jí)越高，級(jí)數(shù)越多。 6.6.分接開關(guān)分接開關(guān) 作用：用改變繞組匝數(shù)的方法來調(diào)壓。作用：用改變繞組匝數(shù)的方法來調(diào)壓。 一般從變壓器的高壓繞組引出若干抽頭，稱為分一般從變壓器的高壓繞組引出若干抽頭，稱為分接頭，用以切換分接頭的裝置叫分接開關(guān)。接頭，用以切換分接頭的裝置叫分接開關(guān)。 分接開關(guān)分為無載

7、調(diào)壓和有載調(diào)壓兩種，前者必分接開關(guān)分為無載調(diào)壓和有載調(diào)壓兩種，前者必須在變壓器停電的情況下切換；后者可以在變壓須在變壓器停電的情況下切換；后者可以在變壓器帶負(fù)載情況下進(jìn)行切換。分接開關(guān)安裝在油箱器帶負(fù)載情況下進(jìn)行切換。分接開關(guān)安裝在油箱內(nèi)，其控制箱在油箱外，有載調(diào)壓分接開關(guān)內(nèi)的內(nèi)，其控制箱在油箱外，有載調(diào)壓分接開關(guān)內(nèi)的變壓器油是完全獨(dú)立的，它也有配套的油箱、瓦變壓器油是完全獨(dú)立的，它也有配套的油箱、瓦斯繼電器、呼吸器。斯繼電器、呼吸器。 7.7.壓力釋放閥壓力釋放閥 作用：為防止變壓器內(nèi)部發(fā)生嚴(yán)重故障而產(chǎn)生作用：為防止變壓器內(nèi)部發(fā)生嚴(yán)重故障而產(chǎn)生大量氣體，引起變壓器發(fā)生爆炸。大量氣體，引起變壓

8、器發(fā)生爆炸。 壓力釋放裝置在變壓器油箱頂蓋上，壓力釋放壓力釋放裝置在變壓器油箱頂蓋上，壓力釋放裝置在保護(hù)電力變壓器方面起重要作用。充有變裝置在保護(hù)電力變壓器方面起重要作用。充有變壓器油的電力變壓器，如果內(nèi)部出現(xiàn)故障或短路壓器油的電力變壓器，如果內(nèi)部出現(xiàn)故障或短路，電弧放電就會(huì)在瞬間使油汽化，導(dǎo)致油箱內(nèi)壓，電弧放電就會(huì)在瞬間使油汽化，導(dǎo)致油箱內(nèi)壓力極快升高。如果不能極快釋放該壓力，油箱就力極快升高。如果不能極快釋放該壓力，油箱就會(huì)破裂，將易燃油噴射到很大的區(qū)域內(nèi)，可能引會(huì)破裂，將易燃油噴射到很大的區(qū)域內(nèi)，可能引起火災(zāi)，造成更大破壞，因而通過壓力釋放裝置起火災(zāi)，造成更大破壞，因而通過壓力釋放裝置使

9、油箱內(nèi)減壓防止上述情況發(fā)生使油箱內(nèi)減壓防止上述情況發(fā)生。 8.8.氣體繼電器（瓦斯繼電器）氣體繼電器（瓦斯繼電器） 作用：作用：變壓器的一種保護(hù)裝置，安裝在油箱與變壓器的一種保護(hù)裝置，安裝在油箱與儲(chǔ)油柜的連接管道中，當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生故障時(shí)儲(chǔ)油柜的連接管道中，當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生故障時(shí)（如絕緣擊穿、匝間短路、鐵芯事故、油箱漏油（如絕緣擊穿、匝間短路、鐵芯事故、油箱漏油使油面下降較多等）產(chǎn)生的氣體和油流，迫使氣使油面下降較多等）產(chǎn)生的氣體和油流，迫使氣體繼電器動(dòng)作。輕者發(fā)出信號(hào)，以便運(yùn)行人員及體繼電器動(dòng)作。輕者發(fā)出信號(hào)，以便運(yùn)行人員及時(shí)處理。重者使斷路器跳閘，以保護(hù)變壓器。時(shí)處理。重者使斷路器跳閘，以

10、保護(hù)變壓器。 電磁鐵：交流電磁鐵通電后，若銜鐵長(zhǎng)時(shí)期被電磁鐵：交流電磁鐵通電后，若銜鐵長(zhǎng)時(shí)期被卡住而不能吸合，會(huì)引起什么后果？卡住而不能吸合，會(huì)引起什么后果？ 答：如果氣隙中有異物卡住，電磁鐵長(zhǎng)時(shí)間吸不上，線圈中的電流一直很大，將會(huì)導(dǎo)致過熱，把線圈燒壞。 思考題思考題交流鐵芯線圈 如下圖所示的交流鐵心線圈電路，在帶鐵心的線圈上加正弦交流電壓u，線圈中的電流便在鐵心中產(chǎn)生主磁通和漏磁通。主磁通是流經(jīng)鐵心的工作磁通，漏磁通是由于空氣隙或其它原因損耗的磁通，它不流經(jīng)鐵心。主磁通和漏磁通都要在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，一個(gè)是主磁電動(dòng)勢(shì)e，另一個(gè)是漏磁電動(dòng)勢(shì)e。與電源相連的線圈，接收交流電能，稱為一次繞組

11、用u1 ，i1，e1，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，i2，e2 ，n2表示;同時(shí)交鏈一次，二次繞組的磁通量的相量為 fm m ,該磁通量稱為主磁通;變壓器工作原理 變壓器原理圖（圖變壓器原理圖（圖3-13-1） 變壓器的工作原理 變壓器的主要部件是鐵心和套在鐵心上的兩個(gè)變壓器的主要部件是鐵心和套在鐵心上的兩個(gè)繞組。繞組。兩繞組只有磁的耦合，沒有電的聯(lián)系兩繞組只有磁的耦合，沒有電的聯(lián)系。 當(dāng)一個(gè)正弦交流電壓u1加在初級(jí)線圈兩端時(shí)，導(dǎo)線中就有交變電流i1并產(chǎn)生交變磁通1，它沿著鐵心穿過初級(jí)線圈和次級(jí)線圈形成閉合的磁路。在次級(jí)線圈中感應(yīng)出互感電勢(shì)u2，同時(shí)1也會(huì)在初

12、級(jí)線圈上感應(yīng)出一個(gè)自感電勢(shì)e1，e1的方向與所加電壓u1方向相反而幅度相近，從而限制了i1的大小。+u2i1e1(a) 變壓器結(jié)構(gòu)示意圖 (b) 變壓器的符號(hào)+u1i2e2z+u1+u21e2e12如果次級(jí)接上負(fù)載，次級(jí)線圈就產(chǎn)生電流i2，并因此而產(chǎn)生磁通2， 2的方向與1相反，起了互相抵消的作用，使鐵心中總的磁通量有所減少，從而使初級(jí)自感電壓e1減少，其結(jié)果使i1增大，可見初級(jí)電流與次級(jí)負(fù)載有密切關(guān)系。當(dāng)次級(jí)負(fù)載電流加大時(shí)i1增加， 1也增加，并且1增加部分正好補(bǔ)充了被2所抵消的那部分磁通，以保持鐵心里總磁通量不變。 如果不考慮變壓器的損耗，可以認(rèn)為一個(gè)理想的變壓器次級(jí)負(fù)載消耗的功率也就是初

13、級(jí)從電源取得的電功率。變壓器能根據(jù)需要通過改變次級(jí)線圈的圈數(shù)而改變次級(jí)電壓，但是不能改變?cè)试S負(fù)載消耗的功率。其電磁關(guān)系如下： 1）性質(zhì)上：）性質(zhì)上： 與與 成非線性關(guān)系；成非線性關(guān)系； 與與 成成線性關(guān)系；線性關(guān)系；2）數(shù)量上：）數(shù)量上： 占占99%以上，以上， 僅占僅占1%以下；以下；3）作用上：）作用上： 起傳遞能量的作用，起傳遞能量的作用， 起漏抗起漏抗壓降作用。壓降作用。主磁通與漏磁通的區(qū)別主磁通與漏磁通的區(qū)別0i0f0i1f0f1f0f1f 若一次、二次繞組的電壓、電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值均按正弦規(guī)律變化，則有 不計(jì)鐵心損失，根據(jù)能量守恒原理可得 由此得出一次、二次繞組電壓和電流有效值的關(guān)系：

14、 令 k=n1/n2，稱為匝比（亦稱電壓比），則 結(jié)論結(jié)論： 只要只要(1)磁通有變化量磁通有變化量;(2)一、二次繞組的匝數(shù)不一、二次繞組的匝數(shù)不同，就能達(dá)到改變電壓的目的。同，就能達(dá)到改變電壓的目的。變壓器工作原理1、變壓器的電壓變換： 設(shè)一次繞組的匝數(shù)是n1，二次繞組的匝數(shù)是n2，穿過它們的磁通是，那么一次、二次繞組中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)分別是 ： e1 = 4.44fn1m e2 = 4.44fn2m 則: u1/u2 e1/e2 = n1/n2 = k: u1/u2 e1/e2 = n1/n2 = k（k k為變壓器的變比）為變壓器的變比） 由上式知：變壓器一次、二次繞組的端電壓之比等于

15、這兩個(gè)繞組的匝數(shù)之比。 如果 n2n1，則u2u1，變壓器使電壓升高，這種變壓器稱為升壓變壓器； 如果n2n1，則u2u1，變壓器使電壓降低，這種變壓器稱為降壓變壓器。 結(jié)論：改變?cè)褦?shù)比，就能改變輸出電壓。：改變?cè)褦?shù)比，就能改變輸出電壓。 2、變壓器的電流變換： 變壓器副邊帶負(fù)載后對(duì)磁路的影響：在副邊感應(yīng)電壓的作用下，副邊線圈中有了電流 i2 。此電流在磁路中也會(huì)產(chǎn)生磁通，從而影響原邊電流 i1。由u1e1=4.44n1fm可知，u1和f不變時(shí)，e1和m也都基本不變。因此，有負(fù)載時(shí)產(chǎn)生主磁通的原、副繞組的合成磁動(dòng)勢(shì)（i1n1+i2n2）和空載時(shí)產(chǎn)生主磁通的原繞組的磁動(dòng)勢(shì)i0n1基本相等，即：因

16、空載電流i0很小，可忽略不計(jì)，則有： 結(jié)論：原、副邊電流與匝數(shù)成反比。102211nininiknnii112213、變壓器的阻抗變換 在電子線路中，常利用變壓器的阻抗變換功能來達(dá)到阻抗匹配的目的。 設(shè)接在變壓器副繞組的負(fù)載阻抗z的模為|z|，則： |z|=u2 2/i2 2 根據(jù)等效原理，z反映到原繞組的阻抗模|z|為： 結(jié)論：變壓器原邊的等效負(fù)載，為副邊所帶負(fù)載乘以變壓器原邊的等效負(fù)載，為副邊所帶負(fù)載乘以變比的平方。變比的平方。 |22222211zkiukkikuiuz變壓器的主要作用是實(shí)現(xiàn)電壓變換、電流變換和阻抗變換。1、電壓變換(降壓變壓器)：如圖，通過變壓器可把網(wǎng)電壓變?yōu)樗璧牡碗?/p>

17、壓。 圖3-12、電流變換：如圖，通過電流互感器可把大電流變?yōu)樾‰娏?，方便測(cè)量。 3、阻抗變換：如圖，通過變壓器能實(shí)現(xiàn)揚(yáng)聲器阻抗與電源內(nèi)阻匹配，獲得最大功率。 變壓器工作原理 變壓器的銘牌參數(shù)： 每臺(tái)變壓器都有一銘牌，上面標(biāo)注著型號(hào)、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(hào) sl7315/10 產(chǎn)品編號(hào) 額定容量 315kva 使用條件 戶外式額定電壓 10000/400v 冷卻條件 onan額定電流 18.2/454.7a 短路電壓 4%額定頻率 50 hz 器身吊重 765kg相 數(shù) 三相 油 重 380kg聯(lián)接組別 y yno 總 重 1525kg制 造 廠 生

18、產(chǎn)日期 圖14電力變壓器銘牌示意圖 電力變壓器按容量大小通常分為電力變壓器按容量大小通常分為小型變壓器（容量為小型變壓器（容量為1010630630kvakva）、）、中型變壓器（容量為中型變壓器（容量為80080063006300kvakva）、）、大型變壓器（容量為大型變壓器（容量為800080006300063000kvakva）特大型變壓器（容量在特大型變壓器（容量在9000090000kvakva及以上）。及以上）。變壓器工作原理 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，是額定視在功率，單位有：伏安（va）或千伏安（kva）或兆伏安（mva）。 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；變壓器工作原理 額定電壓額定電壓u u1n1n/u/u2n2n 均指線值電壓。原邊額定電壓u1n1n是指電源加在原繞組上的額定電壓；副邊額定電壓u2n2n是