第一章變壓器的基本知識(shí)和結(jié)構(gòu)

第一章變壓器的基本知識(shí)和結(jié)構(gòu)第一頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期四變壓器第一篇第一章變壓器的基本知識(shí)和結(jié)構(gòu)第二頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期四第一章變壓器的基本知識(shí)和結(jié)構(gòu)本章節(jié)基本要求：(1)理解變壓器變壓不變頻的基本工作原理；(2)了解電力變壓器的類別；(3)了解電力變壓器的主要結(jié)構(gòu)部件及其作用；(4)理解電力變壓器的型號(hào)及額定值。本章節(jié)重點(diǎn)和難點(diǎn)：重點(diǎn):(1)變壓器的主要結(jié)構(gòu)、類別、基本工作原理。(2)額定值的意義和計(jì)算。難點(diǎn):(1)變壓器的工作原理;(2)變壓器額定值的計(jì)算。第三頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期四引言電力變壓器自耦調(diào)壓器三相干式變壓器電源變壓器控制變壓器變壓器除了在電力系統(tǒng)中應(yīng)用外，還應(yīng)用于一些工業(yè)部門中。例如，在電爐、整流設(shè)備、電焊設(shè)備、礦山設(shè)備、交通運(yùn)輸?shù)碾娷嚨仍O(shè)備中，都要采用專門的變壓器。此外，在實(shí)驗(yàn)設(shè)備、無線電裝置、無線電設(shè)備、測(cè)量設(shè)備和控制設(shè)備（一般有叫控制變壓器，容量都很小）中，也應(yīng)用著各種各樣的變壓器。

第四頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期四變壓器是根據(jù)電磁感應(yīng)原理制成的一種靜止的電氣設(shè)備，是將某一種電壓、電流、相數(shù)的交流電能轉(zhuǎn)變成同頻率的另一種電壓、電流、相數(shù)的交流電能。它具有電壓變換、電流變換、阻抗變換和電氣隔離的功能，在工程的各個(gè)領(lǐng)域獲得廣泛的應(yīng)用。在電力系統(tǒng)中變壓器的地位是非常重要的，不僅需要變壓器的數(shù)量多，而且要求性能好、技術(shù)指標(biāo)先進(jìn)，還要保證運(yùn)行時(shí)安全可靠。

我國大型變壓器的發(fā)展已有實(shí)驗(yàn)自用樣機(jī)；申請(qǐng)了蒸發(fā)冷卻保護(hù)變壓器的專利；10KV樣機(jī)已掛網(wǎng)運(yùn)行；探討高壓變壓器冷卻結(jié)構(gòu)。第五頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期四第一節(jié)變壓器的基本工作原理變壓器是利用電磁感應(yīng)定律把一種電壓等級(jí)的交流電能轉(zhuǎn)換成同頻率的另一種電壓等級(jí)的交流電能。變壓器的主要部件是鐵芯和套在鐵芯上的兩個(gè)繞組。兩繞組只有磁耦合沒電聯(lián)系。在一次側(cè)繞組中加上交變電壓，產(chǎn)生交鏈一、二次側(cè)繞組的交變磁通，在兩繞組中分別感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。注:只要一、二次側(cè)繞組的匝數(shù)不同，就能達(dá)到改變壓的目的。第六頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期四簡單地說:變壓器就是按照“動(dòng)電生磁，動(dòng)磁生電”的電磁感應(yīng)原理制成的。變壓器在傳遞電能的過程中，一、二次側(cè)的電功率基本相等。當(dāng)兩側(cè)電壓不等時(shí)，兩側(cè)電流勢(shì)必不等，高壓側(cè)的電流小，低壓側(cè)的電流大，故變壓器在改變電壓的同時(shí)，也改變電流。思考題:1.變壓器是怎樣變壓的,為什么能變電壓,而不能變頻?答:變壓器一、二次繞組套在同一鐵芯上，當(dāng)一次繞組接上交流電源后，繞組中流過勵(lì)磁電流，產(chǎn)生勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)，在鐵芯中產(chǎn)生交變主磁通，主磁通頻率與電源電壓頻率相同。由電磁感應(yīng)定律，一、二次繞組因交鏈該主磁通分別產(chǎn)生同頻率的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。但由于一、二次繞組匝數(shù)不等，所以一、二次繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)不等，若不考慮繞組阻抗壓降時(shí)繞組的電壓近似等于繞組電動(dòng)勢(shì)，因此一、二次繞組電壓不等，變壓器從而實(shí)現(xiàn)變壓。但一、二次繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)由同一個(gè)交變主磁通感應(yīng)產(chǎn)生，所以頻率相等，即變壓器不能改變頻率。2.變壓器一次繞組若接在直流電源上,二次側(cè)會(huì)有穩(wěn)定的直流電壓嗎?為什么?第七頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期四第二節(jié)變壓器的分類為了適應(yīng)不同的使用目的和工作條件，變壓器有許多類型，且各種類型的變壓器在結(jié)構(gòu)上、性能上差異也很大。變壓器有許多分類方法。1.按用途分：(1)電力變壓器：用于輸、配電系統(tǒng)的升、降電壓及配電變壓器。配電變壓器升壓變壓器降壓變壓器第八頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期四(2)特種變壓器：如電爐變壓器、整流變壓器等。

(3)儀用變壓器：如電壓互感器、電流互感器、用于測(cè)量儀表和繼電保護(hù)裝置。電壓互感器電流互感器電爐變壓器12脈整流變壓器第九頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期四(4)試驗(yàn)變壓器：能產(chǎn)生高壓，對(duì)電氣設(shè)備進(jìn)行高壓試驗(yàn)。

2.按相數(shù)分：干式試驗(yàn)變壓器

高壓試驗(yàn)變壓器

串聯(lián)諧振試驗(yàn)變壓器

(1)單相變壓器：用于單相負(fù)荷和三相變壓器組。(2)三相變壓器：用于三相系統(tǒng)的升、降電壓。(3)多相變壓器：用于多相系統(tǒng)的升、降電壓。第十頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期四3.按繞組形式分：

(1)雙繞組變壓器：用于連接電力系統(tǒng)中的兩個(gè)電壓等級(jí)。

(2)三繞組變壓器：一般用于電力系統(tǒng)區(qū)域變電站中，連接三個(gè)電壓等級(jí)。

(4)自耦變電器：用于連接不同電壓的電力系統(tǒng)。也可做為普通的升壓或降后變壓器用。

(3)多繞組變壓器：用于電力系統(tǒng)中一種電壓等級(jí)輸入變換得到多種不同電壓等級(jí)。如分裂變壓器。

第十一頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期四4.按冷卻方式分：(1)干式變壓器：依靠空氣對(duì)流進(jìn)行冷卻，一般用于局部照明、電子線路等小容量變壓器。(2)油浸式變壓器：依靠油作冷卻介質(zhì)、如油浸自冷、油浸風(fēng)冷、油浸水冷、強(qiáng)迫油循環(huán)等。第十二頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期四5.按鐵芯形式分：(1)芯式變壓器：用于高壓的電力變壓器。

(2)殼式變壓器：用于大電流的特殊變壓器，如電爐變壓器、電焊變壓器；或用于電子儀器及電視、收音機(jī)等的電源變壓器。

6.按容量分：按電力部門的相關(guān)規(guī)定:630KVA以下為小型變壓器；800--6300KVA為中小型變壓器；8000--63000KVA為大型變壓器；90000KVA及以上為特大型變壓器；7.按中性點(diǎn)絕緣水平分為：全絕緣和半絕緣變壓器。第十三頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期四8.按繞組導(dǎo)線材料分為：銅線和鋁線變壓器。9.按結(jié)構(gòu)分為:全密封、非晶合金、調(diào)容、防雷、預(yù)裝箱式、組合式、柱上單相、地下、超導(dǎo)變壓器等。10.按調(diào)壓方式分為：有載調(diào)壓和無勵(lì)磁調(diào)壓變壓器。有載調(diào)壓變壓器無勵(lì)磁調(diào)壓變壓器第十四頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期四變壓器的最主要部件由鐵芯與繞組兩部分構(gòu)成。鐵芯和繞組裝配在一起稱為器身。如圖所示:油浸式電力變壓器結(jié)構(gòu)第三節(jié)變壓器的基本結(jié)構(gòu)第十五頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期四第十六頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期四一、鐵芯—變壓器的磁路鐵芯是變壓器的主磁路，又作為繞組的支撐骨架。變壓器的一次繞組和二次繞組都繞在鐵芯上。它主要由鐵芯柱、鐵軛和緊固件組成。如圖所示:鐵芯柱鐵軛緊固件作用是:固定繞組。作用是:使磁路閉合。作用是:使鐵芯不松動(dòng)。為了提高導(dǎo)磁性能和減少鐵損，鐵芯多采用含硅量約為5%，厚度為0.23～0.35mm或0.5mm，兩面涂絕緣漆或氧化處理的冷軋硅鋼片疊裝而成。1.鐵芯簡介第十七頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期四2.鐵芯的分類按繞組套入鐵芯柱的形式、結(jié)構(gòu)型式和工藝特點(diǎn)，變壓器的鐵芯主要分為芯式、殼式、漸開線式和成型卷片式等。(1)芯式變壓器芯式變壓器的一、二次繞組套裝在鐵芯的兩個(gè)鐵芯柱上，如圖所示。芯式變壓器的特點(diǎn):結(jié)構(gòu)和工藝比較簡單，有較多的空間裝設(shè)絕緣，裝配較容易，廣泛應(yīng)用于容量大、電壓高的變壓器，電力變壓器均采用芯式結(jié)構(gòu)。第十八頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期四2.殼式變壓器殼式變壓器的鐵芯包圍繞組的上下和側(cè)面，如圖所示。殼式變壓器的特點(diǎn):這種結(jié)構(gòu)機(jī)械強(qiáng)度好，鐵芯容易散熱，但制造工藝復(fù)雜，高壓繞組與鐵芯柱的距離較近，絕緣也比較困難，用銅量較多。小型干式變壓器多采用，此外，還通常應(yīng)用于電壓很低而電流很大的特殊場(chǎng)合。例如，電爐用變壓器，由于這時(shí)巨大的電流流過繞組將使繞組上受到巨大的電磁力，鐵殼式結(jié)構(gòu)可以加強(qiáng)對(duì)繞組的機(jī)械支撐，使能承受較大的電磁力。第十九頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期四3.鐵芯的裝配根據(jù)鐵芯柱與鐵軛在裝配方面的不同，鐵芯可分為對(duì)接式和疊接式兩種。(1)對(duì)接式

對(duì)接式是先將鐵芯柱和鐵軛分別疊裝和夾緊，然后再將它們對(duì)接在一起，用特殊的緊固件夾緊。(2)疊接式

疊接式是將鐵芯柱和鐵軛的硅鋼片一層一層疊裝，各層硅鋼片的排列互不相同，疊裝之后，各層的接縫不在同一點(diǎn)，如圖所示。奇數(shù)層偶數(shù)層奇數(shù)層偶數(shù)層單相四片鐵芯交疊方法三相六片鐵芯交疊方法第二十頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期四鐵芯的疊片偶數(shù)層剛好壓著奇數(shù)層的接縫，使接縫錯(cuò)開，減少了接縫處的氣隙，從而減少了磁路和磁阻，使磁路便于流通，提高了導(dǎo)磁性能，減少了勵(lì)磁電流；可以避免渦流在鋼片之間流通；這種夾緊裝置結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟(jì)、可靠性高，故國產(chǎn)變壓器普遍采用疊接式的鐵芯結(jié)構(gòu)。疊接式鐵芯的特點(diǎn):4.變壓器鐵芯柱橫截面(1)小型變壓器做成方形或者矩形；(2)大型變壓器做成階梯形，容量大(即鐵芯柱直徑大于380mm時(shí))則級(jí)數(shù)多，疊片間留有間隙作為油道(縱向或橫向)。此外，鐵軛截面有矩形和階梯形。為減少勵(lì)磁電流和鐵芯損耗，鐵軛面積通常要比鐵芯柱面積大5﹪～10﹪。第二十一頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期四5.變壓器鐵芯材料的發(fā)展

鐵芯是電機(jī)、變壓器的重要部件。電機(jī)、變壓器鐵芯對(duì)材料的基本要求是，在一定頻率及磁通密度下具有低的鐵芯損耗，和在一定磁場(chǎng)強(qiáng)度下具有高的磁通密度。在電機(jī)、變壓器的發(fā)展過程中，曾經(jīng)采用和目前應(yīng)用的鐵芯材料有：1.純鐵、軟鋼和無硅鋼；2.硅鋼片；3.鐵鎳合金（坡莫合金）；4.鐵鋁合金；5.非晶態(tài)合金；6.微晶合金;7.電工鋼片絕緣層；8.高溫超導(dǎo)體。高溫超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用具有劃時(shí)代的意義，將大步進(jìn)入強(qiáng)電領(lǐng)域，必將給整個(gè)電工產(chǎn)業(yè)，乃至全社會(huì)產(chǎn)生巨大的影響。6.成型卷片式鐵芯

7.漸開線式鐵芯

近年來，出現(xiàn)一種漸開線形鐵芯。

它的優(yōu)點(diǎn)：節(jié)省硅鋼片，便于機(jī)械化生產(chǎn)，節(jié)省工時(shí)。第二十二頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期四二、繞組--變壓器的電路1.繞組簡介繞組是變壓器傳遞交流電能的電路部分，一般用絕緣扁銅(鋁)線或絕緣圓銅(鋁)線在繞線模上繞制而成。變壓器中，工作電壓高的繞組稱為高壓繞組，工作電壓低的繞組稱為低壓繞組。2.繞組的分類根據(jù)高、低壓繞組的相對(duì)位置、形狀不同，以及在繞組鐵芯柱上排列方式不同，可分為同心式和交疊式兩種。(1)同心式繞組高壓繞組和低壓繞組均做成圓筒形，然后同心地套在鐵芯柱上。為減少繞組與鐵芯間絕緣距離，通常低壓繞組在里面，高壓繞組在外面，兩繞組中間加絕緣紙筒絕緣，如圖所示。第二十三頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期四同心式繞組的幾種基本形式同心式繞組的特點(diǎn):同心式繞組具有結(jié)構(gòu)簡單，制造方便的優(yōu)點(diǎn)，常用于芯式變壓器，國產(chǎn)電力變壓器均采用這種結(jié)構(gòu)。但它存在低壓繞組引出線布置和焊接的工藝?yán)щy問題。(1)圓筒式繞組:一般用于三相容量在630KVA以下，電壓不超過15KV的變壓器的高、低壓繞組。(2)螺旋式繞組:一般用于容量在800KVA以上，電壓在35KV以下的三相變壓器的大電流繞組。(3)連續(xù)式繞組:應(yīng)用范圍較大，它的機(jī)械強(qiáng)度高，散熱條件好，一般用于三相容量在630KVA以上，電壓為3～110KV的變壓器繞組。(4)糾結(jié)式繞組:焊頭多，繞制費(fèi)時(shí)，一般用于三相容量在6300KVA以上，電壓在110KV以上的變壓器的繞組。第二十四頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期四(2)交疊式繞組—餅式繞組高壓繞組和低壓繞組均作成若干個(gè)圓餅狀，沿著鐵芯柱的高度交疊地排列放置，為了減少絕緣距離，通常低壓繞組靠近鐵軛(最下層和最上層)，如圖所示。交疊式繞組的特點(diǎn):交疊式繞組具有漏抗小、機(jī)械強(qiáng)度高，引出線的布置和焊接都比較方便，多用在低電壓，大電流的電焊、電爐變壓器以及殼式變壓器中。第二十五頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期四三、油箱及變壓器油油箱是變壓器的外殼。箱內(nèi)裝有變壓器油、鐵芯和繞組，油箱側(cè)壁有冷卻用的管子（散熱器或冷卻器）。油箱主要作用是保護(hù)鐵芯和繞組不受外力作用而損壞及避免受潮，同時(shí)通過變壓器油把鐵芯和繞組產(chǎn)生的熱量散發(fā)出去，如圖所示。變壓器油箱主要有兩種形式:平頂油箱和拱頂油箱。平板式——小容量排管式——較大容量散熱氣式——大容量強(qiáng)迫油循環(huán)—大容量1.平頂油箱的箱沿在上部，箱蓋是平的，這種油箱多用于6300KVA及以下的變壓器。2.拱頂油箱的箱沿在下部，箱蓋做成鐘罩形，又稱為鐘罩式油箱，用于8000KVA及以上的變壓器。1.油箱--機(jī)械支撐、冷卻散熱第二十六頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期四2.變壓器油--冷卻、絕緣、散熱電力變壓器繞組與鐵芯裝配完后用夾件緊固，形成變壓器的器芯。變壓器器芯裝在油箱內(nèi)，油箱內(nèi)充滿變壓器油。變壓器油是一種礦物油，具有很好的絕緣性能。變壓器油起兩個(gè)作用：1.絕緣：繞組與繞組、繞組與鐵芯及油箱之間2.散熱：熱量通過油箱殼散發(fā)，油箱有許多散熱油管，以增大散熱面積。采用內(nèi)部油泵強(qiáng)迫油循環(huán)，外部用變壓器風(fēng)扇吹風(fēng)或用自來水沖淋變壓器油箱3.有關(guān)變壓器油的要求:高的介質(zhì)強(qiáng)度和低的黏度，高的發(fā)火點(diǎn)和低的凝固點(diǎn)，且不含酸、堿、硫、灰塵等雜質(zhì)及水分。第二十七頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期四四、變壓器其它附件電力變壓器的附件有:儲(chǔ)油柜(又稱油枕)、安全氣道(又稱防爆管)、氣體繼電器、絕緣套管、分接開關(guān)、調(diào)壓裝置、冷卻裝置等。它們作用是保證變壓器的安全和可靠運(yùn)行。(1)儲(chǔ)油柜（油枕）裝在油箱上，使油箱內(nèi)部與外界隔絕。它使油面升降限制在儲(chǔ)油柜中，減少油受潮和氧化的程度。此外，通過儲(chǔ)油柜注入變壓器油，還可防止氣泡進(jìn)入變壓器內(nèi)，從而減緩了絕緣材料的老化速度。變壓器運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生熱量，使變壓器油膨脹，儲(chǔ)油柜中變壓器油上升，溫度低時(shí)下降。儲(chǔ)油柜使變壓器油與空氣接觸面較少，減緩了變壓器油的氧化過程及吸收空氣中的水分的速度。——呼吸第二十八頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期四(2)安全氣道（防爆管）安全氣道安全氣道是一根鋼質(zhì)圓管，頂端出口封有一塊玻璃或酚醛薄膜片，下部與油箱連通。它裝在油箱頂蓋上是保護(hù)設(shè)備，防止出現(xiàn)故障時(shí)損壞油箱。當(dāng)變壓器發(fā)生故障而產(chǎn)生大量氣體時(shí)，油箱內(nèi)的壓強(qiáng)增大，氣體和油將沖破防爆膜向外噴出，避免油箱爆裂。(3)氣體繼電器（瓦斯繼電器）氣體繼電器當(dāng)變壓器出現(xiàn)故障時(shí)，產(chǎn)生的熱量使變壓器油汽化，氣體繼電器動(dòng)作，發(fā)出報(bào)警信號(hào)或切斷電源。如果事故嚴(yán)重，變壓器油大量汽化，油氣沖破安全氣道管口的密封玻璃，沖出變壓器油箱，避免油箱爆裂。第二十九頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期四(4)絕緣套管絕緣套管裝在變壓器的油箱蓋上，作用是把線圈引線端頭從油箱中引出，并使引線與接地的油箱絕緣。1.絕緣套管由中心導(dǎo)電桿與瓷套組成。導(dǎo)電桿穿過變壓器油箱、在油箱內(nèi)的一端與線圈的端點(diǎn)聯(lián)接，在外面的一端與外線路聯(lián)接。2.在瓷套和導(dǎo)電桿間留有一道充油層--充油套管。3.當(dāng)電壓等級(jí)更高時(shí)，在瓷套內(nèi)腔中常環(huán)繞著導(dǎo)電桿包上幾層絕緣紙簡，在每個(gè)絕緣紙簡上貼附有一層鋁箔，則沿著套管的徑向距離，絕緣層和鋁箔層構(gòu)成串聯(lián)電容器，使資套與導(dǎo)電桿間的電場(chǎng)分布均勻。4.套管外形常做成傘形，電壓愈高、級(jí)數(shù)愈多。電壓低于1KV采用瓷質(zhì)絕緣套管，電壓在10-35KV采用充氣或充油套管，電壓高于110KV采用電容式套管。第三十頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期四(5)調(diào)壓裝置(分接開關(guān))2U12U21U21U1S導(dǎo)電桿分接開關(guān)無勵(lì)磁分接開關(guān)KY1系列有載分接開關(guān)S-03有載分接開關(guān)在線濾油裝置

在電力系統(tǒng)，為了使變壓器的輸出電壓控制在允許變化的范圍內(nèi)，變壓器的原邊繞組匝數(shù)要求在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，因而原繞組一般備有抽頭，稱為分接頭。利用開關(guān)與不同接頭連接，可改變?cè)@組的匝數(shù)，達(dá)到調(diào)節(jié)電壓的目的。分接開關(guān)分為:有載調(diào)壓分接開關(guān)和無載調(diào)壓分接開關(guān)。第三十一頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期四怎樣調(diào)變壓器分接開關(guān)?調(diào)整變壓器分接開關(guān)不會(huì)燒損變壓器，但分接開關(guān)調(diào)整不到位很容易燒變壓器；這是因?yàn)樽儔浩鞣纸娱_關(guān)位置相對(duì)較小，若調(diào)整不到位，很容量造成相間短路。分接開關(guān)是否調(diào)整到位，不能聽聲音，要靠儀器測(cè)量。在調(diào)整分接開關(guān)后應(yīng)用直流電橋測(cè)量變壓器的直流電阻，看其三相凈值和三相是否平衡，若三相直阻平衡，且和出廠值無大的變化，就說明是調(diào)整到位了。

“高往高調(diào),低往低調(diào)”是針對(duì)配電變壓器的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三個(gè)檔位，它標(biāo)在變壓器的分接開關(guān)上，只要停電后打開變壓器分接開關(guān)罩，就能看到刻在分接開關(guān)外殼上的這三個(gè)字。如果調(diào)整前變壓器的分接開關(guān)在Ⅱ上，這時(shí)負(fù)荷端電壓低了，就將分接開關(guān)從Ⅱ調(diào)到Ⅲ上，就是“低往低調(diào)”。反之亦然。

第三十二頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期四(6)冷卻裝置(包括散熱器