變壓器的結(jié)構(gòu)及工作原理

變壓器工作原理2021/5/91變壓器工作原理

變壓器及其工作原理

變壓器是利用電磁感應(yīng)原理傳輸電能或電信號(hào)的器件,它具有變壓、變流和變阻抗的作用。變壓器的種類很多,應(yīng)用十分廣泛。比如在電力系統(tǒng)中用電力變壓器把發(fā)電機(jī)發(fā)出的電壓升高后進(jìn)行遠(yuǎn)距離輸電,到達(dá)目的地后再用變壓器把電壓降低以便用戶使用,以此減少傳輸過(guò)程中電能的損耗;在電子設(shè)備和儀器中常用小功率電源變壓器改變市電電壓,再通過(guò)整流和濾波,得到電路所需要的直流電壓;在放大電路中用耦合變壓器傳遞信號(hào)或進(jìn)行阻抗的匹配等等。變壓器雖然大小懸殊,用途各異,但其基本結(jié)構(gòu)和工作原理卻是相同的。2021/5/922021/5/93變壓器工作原理變壓器的分類：按用途分類：升壓變壓器、降壓變壓器；按相數(shù)分類：?jiǎn)蜗嘧儔浩骱腿嘧儔浩?；按線圈數(shù)分類：雙線圈變壓器、三線圈變壓器和自耦變壓器；按鐵心結(jié)構(gòu)分類：心式變壓器和殼式變壓器；按調(diào)壓方式分類：無(wú)載調(diào)壓變壓器、有載調(diào)壓變壓器；按冷卻介質(zhì)和冷卻方式分類：油浸式變壓器和干式變壓器等；按容量大小分類：小型變壓器、中型變壓器、大型變壓器和特大型變壓器。2021/5/94變壓器工作原理變壓器的工作原理：變壓器可將一種電壓的交流電能變換為同頻率的另一種電壓的交流電能變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。2021/5/95

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2021/5/96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。2021/5/97變壓器的主體構(gòu)造：1、鐵芯

2、繞組變壓器工作原理2021/5/98鐵芯鐵心的作用是變壓器的主磁路鐵心的材料0.35～0.5mm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2021/5/99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0.35mm~0.5mm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。2021/5/910鐵芯變壓器工作原理三相三芯柱變壓器的鐵心和繞組單相芯式變壓器的鐵心和繞組2021/5/911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。2021/5/912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2021/5/913變壓器的附件：1-銘牌；2-信號(hào)式溫度計(jì)；3-吸濕器；4-油標(biāo)；5-儲(chǔ)油柜；6-安全氣道7-氣體繼電器；8-高壓套管；9-低壓套管；10-分接開關(guān)；11-油箱；12-放油閥門；13-器身；14-接地板；15-小車變壓器工作原理2021/5/914變壓器工作原理油箱是裝器身和變壓器油的，為了便于散熱，有的箱壁上焊有散熱管。變壓器油的作用是絕緣和冷卻。2021/5/915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)SL7－315/10產(chǎn)品編號(hào)額定容量315kV·A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50Hz器身吊重765kg相數(shù)三相油重380kg聯(lián)接組別Yyno總重1525kg制造廠生產(chǎn)日期圖1－4電力變壓器銘牌示意圖2021/5/916變壓器工作原理2021/5/917與電源相連的線圈，接收交流電能，稱為一次繞組用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,該磁通量稱為主磁通;變壓器工作原理變壓器原理圖（圖3-1）

2021/5/918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：令K=N1/N2，稱為匝比（亦稱電壓比），則

變壓器工作原理2021/5/919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（V?A）或千伏安（kV?A）或兆伏安（MV?A）。一般容量在630kVA以下的為小型電力變壓器；800~6300kVA的為中型電力變壓器；8000~63000kVA為大型電力變壓器；90000kVA及以上的為特大型電力變壓器；2021/5/920變壓器工作原理額定電壓U1N/U2N

均指線值電壓。原邊額定電壓U1N是指電源加在原繞組上的額定電壓；副邊額定電壓U2N是指原邊加額定電壓副邊空載時(shí)副繞組的端電壓，單位有：伏（V）或千伏（kV）。2021/5/921變壓器工作原理額定電流I1N/I2N均指線值電流。原、副邊額定電流是指在額定容量和額定電壓時(shí)所長(zhǎng)期允許通過(guò)的電流，單位有：安（A）

額定頻率fN

指工業(yè)用電頻率，我國(guó)規(guī)定為50Hz。2021/5/922變壓器工作原理變壓器的額定容量、額定電壓、額定電流之間的關(guān)系為：?jiǎn)蜗嘧儔浩鳎喝嘧儔浩鳎?021/5/923A

BY

CZE

AX

XEBXECX星形連接ABXYC ZE

AXEBXECX三角形連接

三相變壓器繞組的聯(lián)接法和聯(lián)接組

1、三相變壓器連接法 高壓繞組首端由A、B、C表示，末端由X、Y、Z表示； 低壓繞組首端由a、b、c表示，末端由x、y、z表示。?末端連在一起，首端引出，為星形連接“Y”，中點(diǎn)引出Yo；?一相繞組末端與另一相繞組首端相連，依次得到一閉合回路，為三角形連接“Δ”，有順、逆之分。2021/5/924aA X xAX a x

2、連接組（1）高、低壓繞組中電動(dòng)勢(shì)相位關(guān)系（單相繞組）?單相變壓器中，高壓繞組首端為“A”、末端為“X”；低壓繞組首端為“a”、末端為“x”。 ?原、副繞組被同一主磁通φ交鏈，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)在任一瞬 間原邊繞組一端點(diǎn)為高電位，副邊繞組也有一端點(diǎn)為高 電位。這兩個(gè)端點(diǎn)為“同名端”2021/5/925時(shí)鐘表示法對(duì)于任意標(biāo)定的a、x，感應(yīng)電勢(shì)EAX和Eax的相位關(guān)

系有兩種結(jié)果，即E

AX與Eax同相或反相。時(shí)鐘表示法：標(biāo)志變壓器高、低壓繞組的相位關(guān)系。數(shù)字，改數(shù)字為變壓器的聯(lián)接組別的標(biāo)號(hào)。時(shí)鐘表示法：高壓繞組電勢(shì)E

AX從A到X，記為E

A,作為為Eax，作為時(shí)鐘的短針，根據(jù)相位關(guān)系，指向針面上哪個(gè)時(shí)鐘的長(zhǎng)針，指向12點(diǎn)；低壓繞組電勢(shì)Ea從a到x，記2021/5/926三相變壓器繞組的聯(lián)接組聯(lián)機(jī)組的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)：（1）當(dāng)變壓器的繞組標(biāo)志（同名端或首末端）改變時(shí)，變壓器的聯(lián)接組號(hào)也隨著改變。（2）Y/Y聯(lián)接的三相變壓器，其聯(lián)接組號(hào)都是偶數(shù)；（3）Y/Δ聯(lián)接的三相變壓器，其聯(lián)接組號(hào)都是奇數(shù)；（4）Δ/Δ聯(lián)接可以得到與Y/Y聯(lián)接相同的組號(hào)；Δ/Y聯(lián)接也可以得到與Y/Δ聯(lián)接相同的組號(hào)；（5）最常用的聯(lián)接組是Y/Y－12和Y/Δ－11；2021/5/927變壓器的運(yùn)行允許溫度和溫升若變壓器的溫度長(zhǎng)時(shí)間超過(guò)允許值，則變壓器的絕緣容易損壞。變壓器溫度與周圍空氣溫度的的差值叫變壓器的溫升變壓器的過(guò)負(fù)荷能力是指在較短時(shí)間內(nèi)所能輸出的最大容量。額定容量三相變壓器運(yùn)行變壓器允許運(yùn)行方式，對(duì)Y,yn0接線的變壓器，還要控制二次側(cè)三相負(fù)荷對(duì)稱。允許電壓波動(dòng)變壓器的電源電壓一般不得超過(guò)額定值的±5%2021/5/928變壓器的運(yùn)行空載電流：當(dāng)變壓器二次繞組開路，一次繞組施加額定頻率的額定電壓時(shí)，一次繞組中所流通的電流稱空載電流I0。通常I0以額定電流百分?jǐn)?shù)表示，一般1~3%，變壓器容量越大，I0越小?？蛰d合閘電流：當(dāng)變壓器空載合閘到線路時(shí)，由于鐵芯飽和而產(chǎn)生很大的勵(lì)磁電流，所以又稱勵(lì)磁涌流?？蛰d合閘電流大大超過(guò)穩(wěn)態(tài)的空載電流I0，甚至達(dá)到額定電流的5~7倍。阻抗電壓：雙繞組變壓器當(dāng)二次繞組短接，一次繞組流通額定電流而施加的電壓稱阻抗電壓負(fù)載損耗：最大一對(duì)繞組的電阻損耗+附加損耗；附加損耗包括繞組渦流損耗、并繞導(dǎo)線的環(huán)流損耗、結(jié)構(gòu)損耗、引線損耗2021/5/929變壓器的運(yùn)行變壓器的效率輸出的有功功率與輸入的有功功率之比的百分?jǐn)?shù)，效率η為效率η=

=中小變壓器η一般在96%以上，大型變壓器η一般在99%以上。2021/5/930變壓器并列運(yùn)行將兩臺(tái)或多臺(tái)變壓器的一次側(cè)以及二次側(cè)同極性的端子之間，通過(guò)同一母線分別互相連接，這種方式叫變壓器的并列運(yùn)行。并列運(yùn)行的目的提高變壓器運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性提高供電可靠性并列運(yùn)行條件變壓器的接線組別相同；變壓器的變比相同（允許有±0.5%的差值）；變壓器的短路電壓相等（允許有±10%）；并列運(yùn)行變壓器的容量比不宜超過(guò)3:12021/5/931變壓器并列運(yùn)行I&Zk1+Zk2*loop==U1/k1?U1/k2

Zk*1+Zk*2ΔU20**（1）變比不相等：

并聯(lián)后，在副邊繞組中產(chǎn)生的環(huán)流為：

短路阻抗很小，即使變比差值很小，也能產(chǎn)生較大的環(huán)流。

（2）聯(lián)接組號(hào)不同

聯(lián)接組號(hào)不同的變壓器，副邊電壓相量之間的相位至 少相差300，

300

2

聯(lián)接組號(hào)不同的變壓器并聯(lián)，將產(chǎn)生很大的空載環(huán) 流，數(shù)值會(huì)超過(guò)額定電流很多倍，嚴(yán)禁并聯(lián)。2021/5/932變壓器并列運(yùn)行I;&&

Zk1Zk1+Zk2I

I2=

Zk2Zk1+Zk2I1=如果不等負(fù)荷不能按變壓器的容量成比例地分配，阻抗小的變壓器帶的負(fù)荷相對(duì)較大，也將影響變壓器的總出力。 變壓器的短路阻抗標(biāo)么值隨者容量的大小而變化，故 并聯(lián)運(yùn)行的變壓器容量之比不超過(guò)3:1。（3）短路阻抗相對(duì)值不等：

環(huán)流不存在但短路阻抗不同時(shí)，各變壓器的負(fù)載電流為：2021/5/933變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行運(yùn)行中的內(nèi)部損耗：變壓器鐵損和銅損兩部分鐵損：當(dāng)一次側(cè)有交變電壓時(shí)，鐵芯中產(chǎn)生交變磁通，從而在鐵芯中產(chǎn)生的磁滯與渦流損耗銅損：由于變壓器一、二次繞組都有一定的電阻，當(dāng)電流流過(guò)時(shí)，就要產(chǎn)生一定的功率和電能損耗變壓器效率變壓器輸出功率P2和輸入功率P1的百分比，就稱為變壓器的效率2021/5/934變壓器油及油的運(yùn)行變壓器油的作用：①將空氣排除，避免各部件與空氣接觸受潮引起絕緣降低②增加變壓器絕緣強(qiáng)度③變壓器油使木質(zhì)及紙絕緣保持良好的性能，并使金屬得到防腐作用，使絕緣保持良好④油循環(huán)使繞組和鐵芯得到冷卻，改善了運(yùn)行條件變壓器油的主要性能指標(biāo)：①比重②粘度③閃點(diǎn)④凝固點(diǎn)⑤酸價(jià)⑥酸、堿、硫及機(jī)械混合物⑦安定度變壓器油試驗(yàn)：①耐壓②介質(zhì)損耗③簡(jiǎn)化試驗(yàn)④取油樣注意事項(xiàng)變壓器油質(zhì)量的簡(jiǎn)易鑒別：①油的顏色②透明度③氣味2021/5/935變壓器油運(yùn)行管理35KV及以上變壓器應(yīng)補(bǔ)充相同牌號(hào)的油，并應(yīng)作耐壓試驗(yàn)10KV及以下的變壓器可補(bǔ)不同牌號(hào)油，但應(yīng)做混油耐壓試驗(yàn)補(bǔ)油后，檢查瓦斯繼電器，并及時(shí)放出氣體。若24小時(shí)無(wú)問(wèn)題，可重新將瓦斯繼電器接入跳閘回路2021/5/936干式電力變壓器特點(diǎn)

干式電力變壓器承受熱沖擊能力強(qiáng)，過(guò)負(fù)載能力大、難燃、防火性能高、低損耗、局部放電量小、噪聲低、不產(chǎn)生有害氣體、不污染環(huán)境、對(duì)濕度、灰塵不敏感、體積小、不開裂、維護(hù)簡(jiǎn)便。因此，最適宜用于防火要求高，負(fù)荷波動(dòng)大以及污穢潮濕的惡劣環(huán)境中。如：機(jī)場(chǎng)、發(fā)電廠、冶金作業(yè)、醫(yī)院、高層建筑、購(gòu)物中心、居民密集區(qū)以及石油化工、核電站、核潛艇等特殊環(huán)境中。變壓器工作原理2021/5/937變壓器工作原理

變壓器日常巡視檢查應(yīng)包括以下內(nèi)容：

1)油溫應(yīng)正常，應(yīng)無(wú)滲油、漏油，儲(chǔ)油柜油位應(yīng)與溫度相對(duì)應(yīng)。2)套管油位應(yīng)正常，套管外部應(yīng)無(wú)破損裂紋、無(wú)嚴(yán)重油污、無(wú)放電痕跡及其它異?，F(xiàn)象。3)變壓器音響應(yīng)正常。4)散熱器各部位手感溫度應(yīng)相近，散熱附件工作應(yīng)正常。5)吸濕器應(yīng)完好，吸附劑應(yīng)干燥。6)引線接頭、電纜、母線應(yīng)無(wú)發(fā)熱跡象。7)壓力釋放器