《電工技術(shù)之變壓器》課件

電工技術(shù)之變壓器變壓器是電工技術(shù)領(lǐng)域的重要設(shè)備,能夠調(diào)節(jié)交流電壓,使電力系統(tǒng)更穩(wěn)定可靠。本課件將深入探討變壓器的工作原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和應(yīng)用場景。變壓器的基本概念電磁變換變壓器利用電磁感應(yīng)原理將電能在不同電壓級(jí)之間進(jìn)行變換。線圈結(jié)構(gòu)由初級(jí)繞組和二次繞組組成,利用電磁感應(yīng)相互轉(zhuǎn)換電壓和電流。能量轉(zhuǎn)換變壓器具有高能量轉(zhuǎn)換效率,通?？蛇_(dá)到95%以上。變壓器的構(gòu)造變壓器的核心變壓器的核心由高導(dǎo)磁性的鐵芯構(gòu)成,鐵芯上繞制有初級(jí)繞組和二次繞組,用以實(shí)現(xiàn)電壓的變換。繞組結(jié)構(gòu)變壓器的初級(jí)繞組和二次繞組通常采用銅線或鋁線制作,繞組層數(shù)和匝數(shù)的設(shè)計(jì)決定了變壓器的變壓比。外殼結(jié)構(gòu)變壓器外殼一般由絕緣材料制成,用于保護(hù)內(nèi)部構(gòu)件并提供機(jī)械強(qiáng)度,同時(shí)還設(shè)有各種保護(hù)裝置。變壓器的工作原理1磁路變壓器內(nèi)部由鐵芯構(gòu)成閉合的磁路。2繞組初級(jí)繞組和二次繞組分別位于鐵芯的兩側(cè)。3電磁感應(yīng)由初級(jí)繞組產(chǎn)生的交變磁場，在鐵芯中感應(yīng)出二次繞組的電壓。變壓器的工作原理就是利用電磁感應(yīng)現(xiàn)象。當(dāng)輸入的交流電流通過初級(jí)繞組時(shí),會(huì)在鐵芯中產(chǎn)生交變磁場。根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律,這種變化的磁場會(huì)在二次繞組中感應(yīng)出交流電壓。通過鐵芯和繞組的設(shè)計(jì),可以實(shí)現(xiàn)電壓的升降變換。變壓器的主要參數(shù)額定容量變壓器可持續(xù)輸出的最大功率額定電壓變壓器的標(biāo)準(zhǔn)輸入/輸出電壓短路電流當(dāng)二次側(cè)短路時(shí)的最大電流空載電流一次側(cè)無負(fù)載電流,反映鐵芯性能額定頻率變壓器設(shè)計(jì)工作的標(biāo)準(zhǔn)頻率這些參數(shù)共同描述了變壓器的電氣特性和性能,是選型和使用變壓器的關(guān)鍵依據(jù)。變壓器的型號(hào)分類1根據(jù)電壓等級(jí)按額定電壓劃分,包括高壓、中壓和低壓變壓器。每種類型適用于不同的電壓等級(jí)應(yīng)用場景。2根據(jù)冷卻方式可分為干式變壓器和油浸式變壓器。兩種方式各有優(yōu)缺點(diǎn),適用于不同的應(yīng)用環(huán)境。3根據(jù)結(jié)構(gòu)形式包括塔式、箱式、環(huán)式等多種結(jié)構(gòu)形式,以適應(yīng)不同安裝空間和使用需求。4根據(jù)額定容量通常有幾千伏安到十幾萬伏安的容量范圍,可滿足從小型設(shè)備到大型電網(wǎng)的需求。干式變壓器干式變壓器是一種無需使用油浸的變壓器,其繞組和鐵芯直接暴露在空氣中。相比于油浸式,干式變壓器省略了油浸冷卻系統(tǒng),結(jié)構(gòu)更加簡單,體積更小,更易于維護(hù)。干式變壓器適用于一些特殊環(huán)境,如消防場所、礦山或船舶等。其缺點(diǎn)是散熱效率較油浸式略差。油浸式變壓器油浸式變壓器是一種廣泛應(yīng)用的變壓器類型。它將鐵芯和繞組浸入絕緣油中,提供良好的絕緣和散熱效果。這種設(shè)計(jì)可以承受較高的電壓和電流,適用于大型電網(wǎng)系統(tǒng)。油浸式變壓器具有體積小、重量輕、維護(hù)簡單等優(yōu)點(diǎn)。變壓器的損耗銅損因電流通過繞組電阻產(chǎn)生的熱量損失。電流越大,銅損越大。鐵損由于變壓器鐵芯在交變磁場中產(chǎn)生的渦流和磁滯損耗。鐵芯材料決定了鐵損大小。附加損耗包括表皮效應(yīng)和鄰近效應(yīng)導(dǎo)致的額外損耗。良好的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以減小附加損耗。負(fù)荷損耗隨著負(fù)載電流的增大而增大的有功損耗。負(fù)荷越大,負(fù)荷損耗越大。變壓器的效率90%效率典型現(xiàn)代變壓器可達(dá)90%以上的高效率5-10%損耗變壓器損耗僅占5-10%，大部分電能轉(zhuǎn)換為有效輸出70K使用壽命變壓器可長期穩(wěn)定工作，使用壽命可達(dá)70,000小時(shí)變壓器的調(diào)壓功能電壓調(diào)節(jié)變壓器可以通過改變電壓變比來調(diào)整輸出電壓，保持電壓穩(wěn)定。這對(duì)保護(hù)電力系統(tǒng)和電器設(shè)備的正常運(yùn)行至關(guān)重要。電壓補(bǔ)償變壓器可以補(bǔ)償線路電壓下降，保持終端設(shè)備獲得穩(wěn)定的電壓。這有助于提高用電設(shè)備的工作性能和使用壽命。分級(jí)調(diào)壓某些變壓器具有分接開關(guān)，可以手動(dòng)或自動(dòng)調(diào)整電壓等級(jí)，滿足不同負(fù)載的需求。這可提高供電質(zhì)量和靈活性。自動(dòng)調(diào)壓電力系統(tǒng)中的感應(yīng)調(diào)壓變壓器能自動(dòng)調(diào)整輸出電壓，確保終端電壓恒定，提高電力供應(yīng)的可靠性。變壓器的電壓變換1額定電壓變壓器的額定電壓決定了其輸入和輸出的電壓水平2電壓比變壓器的電壓變換比由初次繞組和次次繞組的匝數(shù)比決定3級(jí)變壓器多級(jí)變壓器可實(shí)現(xiàn)更大的電壓變換范圍變壓器的電壓變換功能是其重要作用之一。變壓器可以根據(jù)實(shí)際需求,將交流電壓從高壓側(cè)變換到低壓側(cè)或從低壓側(cè)變換到高壓側(cè)。這種電壓變換功能為電力系統(tǒng)的靈活運(yùn)行和高效傳輸提供了基礎(chǔ)保證。變壓器的電流變換主回路電流變換變壓器的主要作用是將電流從一個(gè)電路傳輸?shù)搅硪粋€(gè)電路，改變電流的大小和方向。電流比率變壓器的電流比率等于變壓器次級(jí)側(cè)電流與主側(cè)電流的比值，可以實(shí)現(xiàn)電流的升壓或降壓。電流獨(dú)立變換變壓器可以實(shí)現(xiàn)電流的獨(dú)立變換,而電壓變換取決于變壓器的匝數(shù)比。變壓器的相量圖變壓器的相量圖是用矢量圖的方式表示變壓器內(nèi)部電量關(guān)系的一種重要工具。它可以清晰地顯示出變壓器的電壓、電流、功率因數(shù)等參數(shù)之間的相互關(guān)系。通過相量圖的分析,可以更好地理解變壓器的工作原理,并為變壓器的設(shè)計(jì)、運(yùn)行和故障診斷提供有力支撐。變壓器的向量組1變壓器的向量組變壓器的向量組是指高壓繞組和低壓繞組的相位差,用于描述繞組的連接關(guān)系。2向量組編號(hào)常見的向量組編號(hào)有Dyn11、Yz11等,每個(gè)數(shù)字表示高低壓間的相位差角度。3選擇合適向量組根據(jù)電網(wǎng)系統(tǒng)的要求,選擇合適的向量組可確保變壓器正常并網(wǎng)運(yùn)行。4向量組與諧波不同向量組的變壓器對(duì)于諧波的傳遞和疊加有不同影響,需要考慮。變壓器的連接方式三相變壓器的連接方式三相變壓器有多種連接方式,如Yy、Yd、Dy、Dd等,根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求選擇合適的連接方式。不同的連接方式會(huì)影響變壓器的輸出電壓、電流和相位角。單相變壓器的連接方式單相變壓器的連接方式較為簡單,主要有單相雙繞組和單相三繞組兩種。選擇合適的連接方式可以實(shí)現(xiàn)電壓和電流的變換。變壓器繞組的連接變壓器的高壓繞組和低壓繞組可以采用不同的連接方式,如并聯(lián)、串聯(lián)等,這會(huì)影響變壓器的性能和應(yīng)用。正確的繞組連接是確保變壓器安全可靠運(yùn)行的關(guān)鍵。變壓器的并聯(lián)運(yùn)行負(fù)載分擔(dān)并聯(lián)運(yùn)行的變壓器可以根據(jù)各自的容量自動(dòng)分擔(dān)負(fù)載電流，提高了系統(tǒng)的供電可靠性。電壓調(diào)節(jié)通過調(diào)整每臺(tái)變壓器的勵(lì)磁電壓，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電壓的精細(xì)調(diào)整和控制。擴(kuò)大容量并聯(lián)運(yùn)行允許多臺(tái)變壓器共同為一個(gè)負(fù)載供電，大幅提高了系統(tǒng)的容量和供電能力。備用冗余當(dāng)有一臺(tái)變壓器故障時(shí)，其他并聯(lián)變壓器可以自動(dòng)分擔(dān)負(fù)荷,確保供電的連續(xù)性。變壓器的勵(lì)磁電流變壓器的勵(lì)磁電流指的是在沒有負(fù)載且僅有額定電壓施加的情況下，流過變壓器初級(jí)繞組的電流。這種電流主要用于補(bǔ)償變壓器鐵芯內(nèi)的磁損耗。從圖中可以看出,隨著負(fù)載的增加,變壓器的勵(lì)磁電流也逐步增大,這是由于磁通量的增加導(dǎo)致的。特別是在輕載時(shí),勵(lì)磁電流占總電流的比例很高。變壓器的短路電流變壓器發(fā)生短路時(shí),將產(chǎn)生非常大的短路電流。這種短路電流主要取決于變壓器的串聯(lián)阻抗,通?？蛇_(dá)額定電流的10-50倍。大容量變壓器的短路電流更大,需要采取有效的保護(hù)措施。合理的短路電流可以確保變壓器和配電系統(tǒng)的安全運(yùn)行。變壓器的熱特性溫升特性變壓器在工作過程中會(huì)產(chǎn)生各種熱量損耗,導(dǎo)致溫度升高。溫升特性描述了變壓器不同部位的溫度變化情況。冷卻方式通過自然散熱或強(qiáng)制冷卻,將變壓器內(nèi)部產(chǎn)生的熱量及時(shí)排出,維持合理的工作溫度。絕緣耐熱性選用合適的絕緣材料,保證變壓器在高溫工作環(huán)境下能夠正常運(yùn)行而不會(huì)發(fā)生絕緣破壞。熱設(shè)計(jì)通過合理的熱設(shè)計(jì),既能滿足變壓器的性能要求,又能確保其長期安全穩(wěn)定運(yùn)行。變壓器的保護(hù)措施過載保護(hù)通過設(shè)置過載保護(hù)繼電器或熔斷器,可以在電流過大時(shí)及時(shí)切斷電源,防止變壓器過熱損壞。絕緣監(jiān)測密切監(jiān)測變壓器絕緣狀態(tài),及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況,避免因絕緣破壞而導(dǎo)致的故障。溫度監(jiān)測安裝熱敏傳感器,實(shí)時(shí)監(jiān)測變壓器溫度,當(dāng)溫度過高時(shí)自動(dòng)切斷電源,保護(hù)變壓器免受過熱損害。泄漏保護(hù)確保變壓器油箱密封完好,防止油料泄漏造成安全隱患和環(huán)境污染。變壓器的選型1負(fù)荷分析根據(jù)用戶的實(shí)際用電需求分析變壓器的容量、電壓等級(jí)等指標(biāo)。2環(huán)境評(píng)估針對(duì)變壓器的安裝位置和環(huán)境條件選擇合適的型號(hào)和結(jié)構(gòu)。3技術(shù)指標(biāo)結(jié)合技術(shù)參數(shù)如損耗、效率、調(diào)壓范圍等選擇最優(yōu)的變壓器。變壓器的安裝調(diào)試場地選擇選擇干燥、通風(fēng)良好的場地,避開強(qiáng)磁場和熱源?；A(chǔ)鋪設(shè)根據(jù)變壓器重量和尺寸合理鋪設(shè)基礎(chǔ),確保穩(wěn)定性。安裝調(diào)試依照說明手冊小心安裝變壓器,檢查各接線是否牢固。測試驗(yàn)收通電測試各項(xiàng)參數(shù),確保性能符合要求后即可投運(yùn)。變壓器的維護(hù)保養(yǎng)定期檢查定期對(duì)變壓器進(jìn)行外觀、油位、溫度等各項(xiàng)指標(biāo)的檢查,及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并采取相應(yīng)措施。潤滑保養(yǎng)對(duì)變壓器的軸承、機(jī)構(gòu)等部件進(jìn)行適時(shí)的潤滑,確保運(yùn)轉(zhuǎn)順暢。絕緣保護(hù)注意變壓器絕緣情況,及時(shí)清理灰塵雜物,防止絕緣性能降低。冷卻系統(tǒng)保持變壓器冷卻系統(tǒng)暢通,確保其有效運(yùn)作,避免溫度過高。變壓器的常見故障過載故障由于負(fù)荷超出變壓器額定容量導(dǎo)致的溫度升高和絕緣損壞。短路故障變壓器繞組間或繞組與地之間出現(xiàn)短路導(dǎo)致大電流損壞。絕緣擊穿變壓器絕緣性能下降造成繞組間或繞組與地之間的絕緣擊穿。冷卻故障油浸式變壓器冷卻系統(tǒng)出現(xiàn)問題導(dǎo)致溫度過高損壞絕緣。變壓器的檢修工藝1停電檢查首先關(guān)閉電源并斷開連接,進(jìn)行全面的外觀檢查,檢查絕緣、接地以及各部件的情況。2拆除維修需要時(shí)再對(duì)變壓器進(jìn)行拆解,對(duì)內(nèi)部線圈、油箱、絕緣等核心部件進(jìn)行仔細(xì)檢查和維護(hù)修理。3設(shè)備測試?yán)脤I(yè)測試儀器對(duì)變壓器的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行全面測試,確保各項(xiàng)指標(biāo)都在正常范圍內(nèi)。變壓器的安全操作1配電設(shè)備檢查確保變壓器及其附屬設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)良好,無異常2電力運(yùn)行監(jiān)控實(shí)時(shí)監(jiān)測變壓器的電壓、電流、溫度等關(guān)鍵參數(shù)3絕緣性能測試定期檢查變壓器絕緣層的狀況,確保安全運(yùn)行4保護(hù)裝置維護(hù)保證變壓器的過流、過壓等保護(hù)裝置處于正常狀態(tài)變壓器的節(jié)能技術(shù)能源效率提升通過優(yōu)化變壓器設(shè)計(jì)和材料選擇,可以顯著降低鐵損和銅損,從而提高整體能源效率。智能監(jiān)控安裝實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng),及時(shí)檢測異常狀況并進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化,可以進(jìn)一步節(jié)約能源。綠色材料使用環(huán)保型材料如無機(jī)絕緣油代替?zhèn)鹘y(tǒng)礦物油,可以降低資源消耗和污染排放。冷卻技術(shù)采用高效散熱和制冷技術(shù),可以減少變壓器運(yùn)行過程中的能量損失。變壓器的發(fā)展趨勢智能化未來變壓器將更加智能化,采用先進(jìn)的電子控制和監(jiān)測技術(shù),提高智能化管理水平,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化運(yùn)行和故障診斷。節(jié)能環(huán)保新型變壓器將采用更加環(huán)保節(jié)能的材料和工藝,降低能耗和碳排放,實(shí)現(xiàn)綠色可持續(xù)發(fā)展。柔性化變壓器將向更加柔性化和模塊化發(fā)展,可根據(jù)用戶需求靈活配置,提高系統(tǒng)適應(yīng)性和可靠性。案例分析與總結(jié)變壓器實(shí)例展示展示幾種不同容量和類型的實(shí)際變壓器安裝案例,以直觀展現(xiàn)變壓器在工業(yè)和電網(wǎng)中的應(yīng)用。變壓器參數(shù)對(duì)比對(duì)比分析幾種典型變壓器的主要技術(shù)參數(shù),如容量、電壓、損耗等,幫助讀者全面了解變壓器的性能指標(biāo)。變壓器維護(hù)保養(yǎng)展示變壓器日常檢修和維護(hù)的場景,如設(shè)備拆卸、絕緣