變壓器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)

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變壓器基礎(chǔ)知識(shí)

第一章變壓器的概述

一.變壓器的用途

在各種電氣設(shè)備中，往往需要不同的電壓電源。如我們?nèi)粘Ｉ畹恼彰饔秒?，家用電器的電壓一般都?20V，而各種動(dòng)力的電壓是380V，而線路的電壓一般為：6、10、35、110、220、500KV的電壓。這些稱為供電系統(tǒng)。3KV以上的稱為高壓系統(tǒng)?，F(xiàn)代化的工業(yè)，廣泛采用了電力為能源。電能是由水電站、發(fā)電廠的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化來(lái)的，發(fā)電機(jī)所發(fā)送來(lái)的電力根據(jù)輸電距離將依照不同的電壓等級(jí)傳輸出去，這種傳輸需一種特別的專(zhuān)門(mén)設(shè)備。這種設(shè)備就是我們熟悉的電力變壓器。

變壓器在輸配電系統(tǒng)中有著很重要的地位，要求它能安全可靠的運(yùn)行。當(dāng)變壓器出現(xiàn)故障或損壞，將造成大面積的停電。隨著技術(shù)的發(fā)展，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需要，變壓器在好多的領(lǐng)域也廣泛的應(yīng)用。如，根據(jù)需要配套的冶煉用的電爐變壓器、電解化工用的整流電壓器、鐵路電力機(jī)車(chē)用的牽引變壓器……等好多。二.變壓器的分類(lèi)

按用途分類(lèi)：

2.1電力變壓器：這是目前工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上廣泛使用的變壓器，它主要用途是為了輸配電系統(tǒng)上使用的變壓器。目前電力變壓器形成了系列，已經(jīng)大批量生產(chǎn)。按容量和電壓等級(jí)分成以下類(lèi)別：Ⅰ、Ⅱ類(lèi)10~630KVAⅢ類(lèi)800~6300KVAⅣ類(lèi)8000~63000KVAⅤ類(lèi)63000KVA以上

按電壓所用和發(fā)電廠的用途不同可分為：

1.降壓變壓器；2.升壓變壓器；

3.其中低壓為400伏的降壓變壓器稱為配電變壓器。

電能的輸配電過(guò)程

首先發(fā)電廠發(fā)電機(jī)發(fā)出電能，電壓一般是6.3或10.5KV，這樣低的電壓要輸送幾百公里以外的

地區(qū)是不可能的。所以要將電壓升高到38.5、121、242、500KV以后再輸出去。這樣高的電壓到供電區(qū)域后還要經(jīng)過(guò)一次變電所，（把電壓降為38.5或110KV）和二次變電所（降為10.5或6.3KV）變壓，再把電能直接送到用戶區(qū)，經(jīng)過(guò)附近的配電變壓器降壓為（一般為400V）以供工廠或住戶使用。2.2電爐變壓器：

工業(yè)生產(chǎn)中使用的金屬材料和化工材料都是用電爐冶煉出來(lái)的，而電爐使用的電源就是電爐變壓器二次供給的。電爐變壓器的特點(diǎn)是二次電壓很低（一般是幾十伏~幾百伏），但是電流卻很大，有的可達(dá)到幾萬(wàn)安。

電爐變壓器的一次側(cè)電壓一般為10KV，35KV級(jí)有個(gè)別特大容量的為110KV。2.3整流變壓器：

在工業(yè)生產(chǎn)中由于生產(chǎn)的工藝要求，需要直流供電，如，軋鋼廠的軋機(jī)電機(jī)，及電解化學(xué)工業(yè)等使用的直流電源。把交流電變成直流電需要經(jīng)過(guò)整流器進(jìn)行。供整流使用的變壓器稱為整流變壓器。整流變壓器與電爐變壓器的共同之處是二次電壓很低，電流較大；不同之處是整流變壓器的二次側(cè)有6相、12相、36相、48相等，以提高整流效率。2.4工頻試驗(yàn)變壓器：

在進(jìn)行高電壓設(shè)備的耐壓試驗(yàn)時(shí)需要一種電壓很高的（一般10-25萬(wàn)V）變壓器，這種變壓器叫做試驗(yàn)變壓器。一般狀況下二次電壓都很高。而電流一般為1A。試驗(yàn)電纜使用的為4A以上的電纜，運(yùn)行時(shí)間一般小于1小時(shí)。2.5調(diào)壓器

有的用電設(shè)備使用的電流要能夠經(jīng)常改變電壓的電源，這就需要使用調(diào)壓器來(lái)實(shí)現(xiàn)。調(diào)壓器的特點(diǎn)：二次電壓變化的范圍很大，一般可以從0調(diào)整到額定電壓。調(diào)壓器因結(jié)構(gòu)形式不同可分為：自耦式調(diào)壓器、移卷式調(diào)壓器、感應(yīng)調(diào)壓器、磁飽和調(diào)壓器。大容量的調(diào)壓器一般同試驗(yàn)變壓器、整流變壓器配套使用。2.6礦用變壓器：

專(zhuān)為礦坑下變電所使用的變壓器稱為礦用變壓器，其特點(diǎn)為：（1）能防止礦石打碎的套管（2）防潮密封式結(jié)構(gòu)。另一種式伸入到礦井深處工作面的變壓器稱為防爆變壓器，這種變壓器一般為干式，箱體機(jī)械強(qiáng)度很高，能防止氣體爆炸，進(jìn)出線為電纜式結(jié)構(gòu)。

其他的變壓器種類(lèi)還好多，如沖擊變壓器、隔離變壓器、電焊變壓器、X光變壓器、換相器、電抗器、互感器……等。

變壓器按結(jié)構(gòu)形式分類(lèi)時(shí)，又可以分為單相和三相變壓器。按冷卻介質(zhì)方式又分為：干式、油浸式、充氣式變壓器等。按冷卻方式又分為：自然冷卻式、風(fēng)冷、水冷、強(qiáng)迫油循環(huán)水冷式、強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷式……等。按線圈結(jié)構(gòu)分為：自耦變壓器、雙圈變壓器、三線圈變壓器。按中性點(diǎn)絕緣水平分為：全絕緣變壓器（中性點(diǎn)的絕緣水平與起始頭的絕緣水平一致）和半絕緣變壓器（中性點(diǎn)的絕緣水平比起始頭的絕緣水平低）；按鐵芯結(jié)構(gòu)形式分為：心式、殼式。三.變壓器的額定技術(shù)數(shù)據(jù)：

由于變壓器的使用環(huán)境和條件不一樣，用途也不一致。因此必需用一些事先規(guī)定的數(shù)值來(lái)衡量，這些數(shù)值就是額定技術(shù)數(shù)據(jù)（參數(shù)）

額定容量——在額定工作條件下，變壓輸出能力的保證值。即額定電壓與額定電流的乘積，單位為KVA

表示。

額定電壓——變壓器在空載時(shí)額定分接頭下，端電壓的保證值。按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，為了適應(yīng)電網(wǎng)變化的需

要，高壓側(cè)一般都有抽頭（即分接電壓）。抽頭的電壓值一般用額定電壓的百分?jǐn)?shù)表示。如，高壓為10KV的變壓器應(yīng)當(dāng)具有±5%的抽頭，就可以說(shuō)該變壓器可以在三種電壓下運(yùn)行，即10.5KV（+5%）、10KV（額定）、9.5KV（-5%）。有載調(diào)壓變壓器的抽頭較多，有7分接（±332.5%）和9分接（±432.5%）以及17分接（±831.25%）……等。

阻抗電壓——也成為短路電壓，即當(dāng)變壓器一側(cè)短路，在變壓器的另一側(cè)施加額定電流時(shí)所施加的電

壓稱為阻抗電壓。一般均以額定電壓的百分?jǐn)?shù)來(lái)表示，變壓器阻抗值的大小在變壓器的運(yùn)行中有這重要的意義，它時(shí)考慮短路電流和繼電保護(hù)特性的依據(jù)。

空載損耗——也稱為鐵損。就是載變壓器空載狀態(tài)（一次加額定電壓，二次側(cè)開(kāi)路）時(shí)產(chǎn)生的損耗。

空載損耗的單位時(shí)W或KW表示。

空載電流——當(dāng)變壓器空載狀態(tài)時(shí)，一次側(cè)線圈中流過(guò)的電流，這個(gè)電流稱為空載電流。一般以額定

電流的百分?jǐn)?shù)表示。

連接組——連接組是決定高低壓線圈之間的電壓相位關(guān)系的。將360°角共分為12等份，即每相

差30°為一種，一般以聯(lián)結(jié)組標(biāo)號(hào)表示。如，Dyn11,Yyn4……等12種組別。

負(fù)載損耗——一側(cè)線圈中通過(guò)額定電流，而另一側(cè)短路時(shí)所產(chǎn)生的損耗。單位為W或KW表示。短路

損耗主要是由線圈的電阻產(chǎn)生時(shí)的，電阻越大損耗越大，除此之處還包括附加損耗（也叫雜散損耗），為了計(jì)算便利都并入短路損耗。

變壓器的各項(xiàng)額定數(shù)據(jù)是由國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的，不能隨意改動(dòng)。各變壓器廠生產(chǎn)的變壓器都應(yīng)符合國(guó)家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)要求。四.變壓器的調(diào)壓方式：

輸電線路的電壓由于受用戶負(fù)荷的影響，有時(shí)高、有時(shí)低，即電壓有一定波動(dòng)。線路電壓的波動(dòng)（即過(guò)高或過(guò)低）直接影響到用電設(shè)備的使用，甚至無(wú)法工作。為此，對(duì)變壓器提出了能夠調(diào)整電壓的要求以滿足用戶的需要。變壓器的調(diào)壓原理是在變壓器額定電壓的基礎(chǔ)上允許有一個(gè)變動(dòng)范圍，一般無(wú)載調(diào)壓的電力變壓器調(diào)整范圍在±5%或±232.5%，特種變壓器的調(diào)整范圍一般很大。

變壓器的調(diào)壓方式基本上有兩種：無(wú)勵(lì)磁調(diào)壓和有載調(diào)壓。無(wú)勵(lì)磁調(diào)壓是在變壓器高壓線圈上引出一些分接頭，通過(guò)調(diào)整分接頭的連結(jié)（即改變線圈的匝數(shù)）以達(dá)到調(diào)整二次輸出電壓的目的，改變分接

頭的連結(jié)時(shí)通過(guò)專(zhuān)用的分接開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

有載調(diào)壓也是通過(guò)改變變壓器線圈的分接頭或者調(diào)壓線圈的分接頭來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)壓的目的。有載調(diào)壓變壓器時(shí)載保證變壓器載