第3章第一節(jié)變壓器原理結(jié)構(gòu)及冷卻方式

1、第一節(jié) 變壓器的原理、分類及冷卻方式CONTENTSPart 1Part 1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、變壓器的用途發(fā)電機發(fā)電機11kv升壓變壓器升壓變壓器110kv三繞組三繞組變壓器變壓器230kv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11kv配電變壓器配電變壓器其他負載其他負載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、變壓器的工作原理一、變壓器的工作原理1、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(zhuǎn)換，為電力變壓器。 在控

2、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、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動勢。1u1e2e2u1i2i1U2U1u2uLZdtdNedtdNe2211 1、匝數(shù)相同能否變壓？ 2、直流能否變壓？(1)構(gòu)造示意圖(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)原線圈原線圈(初級線圈初級線圈) 其匝數(shù)用其匝數(shù)用n1表示表示 與交變電源相連

3、與交變電源相連(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n2表示表示 與負載相連與負載相連(4)輸入電壓輸入電壓U1 輸出電壓輸出電壓U2鐵芯鐵芯U1U2 n1n2一、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 電能電能轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化 (U1、I1) (變化的磁場變化的磁場) ( U2、I2)U1U2 n1n2 0tt1t2t3t4一、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：）互感現(xiàn)象：在變壓器原、副線圈中由于有交變電在變壓器原、副線圈中由于有交

4、變電流而發(fā)生互相感應的現(xiàn)象，叫做流而發(fā)生互相感應的現(xiàn)象，叫做互感現(xiàn)象互感現(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(zhuǎn)化場能再到電能的轉(zhuǎn)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原副線圈的內(nèi)阻有若不考慮

5、原副線圈的內(nèi)阻有 U U1=1=E E1 1 U U2=2=E E2 2 2121nnUU tnE11tnE22 I1U2U1n1n2I2R2121nnEE U1U2 n1n2dtdNedtdNe2211一、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(zhuǎn)化的過程中能量損失很小，能夠如果在能量轉(zhuǎn)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，以及各種電磁能量損失，這樣的變壓器我們稱之為這樣的變壓器我們稱之為理想變壓器理想變壓器。 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)

6、生的感應電動勢分別是：電動勢分別是：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壓額定工作電壓隨身聽隨身聽3V機床上的照明燈機床上的照明燈36V掃描儀掃描儀12V防身器防身器3000V手機充電器手機充電器4.2V 4.4V 5.3V黑白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 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1、n2 n1 U2U1升壓變壓器升壓變壓器2、n2 =n1 U2=U1等壓變壓器等壓變壓器3、n2 n1 U2 磁滯、渦流效應磁滯、渦流效應建立空載磁通建立空

7、載磁通一、同步發(fā)電機的工作原理一、同步發(fā)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(zhì)）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(zhì)及幾何尺寸基本無關(guān)。及幾何尺寸基本無關(guān)。（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(guān)，鐵心所用材料的導磁）空載電流大小與主磁通、線圈匝數(shù)及磁路的磁阻有關(guān)，鐵心所用材料的導磁性能越好，空載電流越小。性能越好，空載電流越小。（3 3）電抗是聯(lián)系）電抗是聯(lián)系電氣量（電動勢電氣量（電動勢) )與與磁場量（磁通）磁場量（磁通）的橋梁。感應電動勢可用電抗的橋梁。感應電動勢可用電抗壓降的形式表示。壓降

8、的形式表示。五、結(jié)論五、結(jié)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ZL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(guān)系分析一、電磁關(guān)系分析mE1E11U1U2I1I2變壓器負載運行變壓器負載運行.E2E2.2.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(guān)系變壓器負載運行時的磁動勢、磁通、電動勢之間的關(guān)系磁動勢磁動勢磁通磁通電動勢電動勢1 1N i2 2N i1 mN i12111dieLdt 122dieLdt11d

9、eNdt 22deNdt 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U1.I1.r1E1.變壓器負載時的電路圖變壓器負載時的電路圖r2U2.I2.E2.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。x1x2o1o2二、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11112222UI ZEEI ZU120120mIIIEEI Z 根據(jù)歸算后的基本方程畫出的部分等效電路

10、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型等效電路圖型等效電路圖U1.I1.r1x1E1.rmxmI0.r2x2Uz.I2.E2.I1+.I2.=I0.E1=.E2=.-I0.Zm.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 型等效電路型等效電路ZLU1I1R1 jX1 E1 = E2I0 U2 jX2 R2I2.221.N22NIkII2222LLZk ZZk Z222222rk rxk x.222LUI 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

11、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。I0 很小，很小，I1 I2 ZLU1 I1 I2 Rk jXk U2 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 變壓器的變壓器的外型外型和和器身器身圖圖二、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

12、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，一個為次級繞組繞組 v自耦變壓器，自耦變壓器，初級、次級繞組合為一個初級、次級繞組合為一個 v三繞組變壓器三繞組變壓器，三個繞組連接三種不同電壓的線路三個繞組連接三種不同電壓的線路v多繞組變壓器，如多繞組變壓器，如分裂變壓器分裂變壓器二、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

13、別電力變壓器類別- -調(diào)壓方式調(diào)壓方式有載調(diào)壓變壓器有載調(diào)壓變壓器無載調(diào)壓變壓器無載調(diào)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，可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）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

14、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 Part 3 3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。

15、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，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

16、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(nèi)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

17、，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、變壓器的冷卻方式三、變壓器的冷卻方式4 4、強迫導向油循環(huán)風冷、強迫導向油循環(huán)風冷(ODAF)(ODAF)強迫油循環(huán)導向冷卻：這種冷卻方式基本上還屬于上述強迫油循環(huán)類型的，其主要區(qū)別在于變壓器器身部分的油路不同。普通的油冷卻變壓器油箱內(nèi)油路較亂，油沿著線圈和鐵芯、線圈和線圈間的縱向油道逐漸上升，而線圈段間（或叫餅間）油的流速不大，局部地方還可能沒有冷卻到，線圈的某些線段和線匝局部度很高。采用導向冷卻后，可以改善這些狀況。變壓器中線圈的發(fā)熱比鐵芯發(fā)熱占的比例大，改善線圈的散熱情況還是很有必要的。導向冷卻的變壓器，在結(jié)構(gòu)上采用了一定的措施（如加擋油紙板、紙筒）后使油按一定的路徑流動。采用了導向冷卻，泵口的冷油，在一定壓力下被送入線圈間、線餅間的油道和鐵芯的油道中，能