第一章变压器基本知识及结构.ppt

Electric Machinery,电机技术,变压器篇,变压器,第 一 篇,第一章 变压器的基本知识和结构,第一章 变压器的基本知识和结构,本章节基本要求：,(1),理解变压器变压不变频的基本工作原理；,(2),了解电力变压器的类别；,(3),了解电力变压器的主要结构部件及其作用；,(4),理解电力变压器的型号及额定值。,本章节重点和难点：,重点,:,(1),变压器的主要结构、类别、基本工作原理。,(2),额定值的意义和计算。,难点,:,(1),变压器的工作原理,;,(2),变压器额定值的计算。,引言,电力变压器,自耦调压器,三相干式变压器,电源变压器,控制变压器,变压器除了在电力系统中应用外，还应用于一些工业部门中。例如，在,电炉,、,整流设备,、,电焊设备,、,矿山设备,、,交通运输的电车,等设备中，都要采用专门的变压器。此外，在,实验设备,、,无线电装置,、,无线电设备,、,测量设备,和,控制设备,（一般有叫控制变压器，容量都很小）中，也应用着各种各样的变压器。,变压器是根据,电磁感应,原理制成的一种,静止,的电气设备，是将某一种,电压、电流、相数,的交流电能转变成同频率的另一种,电压、电流、相数,的交流电能。它具有,电压变换,、,电流变换,、,阻抗变换,和,电气隔离,的功能，在工程的各个领域获得广泛的应用。,在电力系统中变压器的,地位,是非常重要的，不仅需要变压器的,数量多,，而且要求,性能好,、,技术指标先进,，还要保证,运行时安全可靠,。,我国大型变压器的发展,已有实验,自用,样机；,申请了蒸发冷却保护变压器的,专利,；,10KV,样机,已挂网运行,；,探讨,高压,变压器冷却结构。,第一节,变压器的基本工作原理,变压器是利用电磁感应定律把,一种电压等级,的交流电能转换成同频率的,另一种电压等级,的交流电能。,变压器的主要部件是,铁芯,和套在铁芯上的两个,绕组,。两绕组,只有磁耦合没电联系,。在一次侧绕组中加上交变电压，产生,交链,一、二次侧绕组的,交变磁通,，在两绕组中分别感应电动势。,注,:,只要一、二次侧绕组的匝数不同，就能达到改变压的目的。,简单地说,:,变压器就是按照,“,动电生磁，动磁生电,”,的电磁感应原理制成的。,变压器在传递电能的过程中，一、二次侧的电功率基本相等。当两侧电压不等时，两侧电流势必不等，高压侧的电流小，低压侧的电流大，故变压器在改变电压的同时，也改变电流。,思考题,:,1.,变压器是怎样变压的,为什么能变电压,而不能变频,?,答,:,变压器一、二次绕组套在同一铁芯上，当一次绕组接上交流电源后，绕组中流过励磁电流，产生励磁磁动势，在铁芯中产生交变主磁通，主磁通频率与电源电压频率相同。由电磁感应定律，一、二次绕组因交链该主磁通分别产生同频率的感应电动势。但由于一、二次绕组匝数不等，所以一、二次绕组感应电动势不等，若不考虑绕组阻抗压降时绕组的电压近似等于绕组电动势，因此一、二次绕组电压不等，变压器从而实现变压。但一、二次绕组感应电动势由同一个交变主磁通感应产生，所以频率相等，即变压器不能改变频率。,2.,变压器一次绕组若接在直流电源上,二次侧会有稳定的直流电压吗,?,为什么,?,第二节 变压器的分类,为了适应不同的,使用目的,和,工作条件,，变压器有许多类型，且各种类型的变压器在,结构上,、,性能上,差异也很大。变压器有许多分类方法。,1.,按用途分：,(1),电力变压器,：,用于输、配电系统的升、降电压及配电变压器。,配电变压器,升压变压器,降压变压器,(2),特种变压器：,如电炉变压器、整流变压器等。,(3),仪用变压器：,如,电压互感器,、,电流互感器,、用于测量仪表和继电保护装置。,电压互感器,电流互感器,电炉变压器,12,脉整流变压器,(4),试验变压器：,能产生高压，对电气设备进行高压试验。,2.,按相数分：,干式试验变压器,高压试验变压器,串联谐振试验变压器,(1),单相变压器：,用于单相负荷和三相变压器组。,(2),三相变压器,：,用于三相系统的升、降电压。,(3),多相变压器：,用于多相系统的升、降电压。,3.,按绕组形式分：,(1),双绕组变压器：,用于连接电力系统中的两个电压等级。,(2),三绕组变压器：,一般用于电力系统区域变电站中，连接三个电压等级。,(4),自耦变电器：,用于连接不同电压的电力系统。也可做为普通的升压或降后变压器用。,(3),多绕组变压器：,用于电力系统中一种电压等级输入变换得到多种不同电压等级。如分裂变压器。,4.,按冷却方式分：,(1),干式变压器：,依靠空气对流进行冷却，一般用于局部照明、电子线路等小容量变压器。,(2),油浸式变压器,：,依靠油作冷却介质、如油浸自冷、油浸风冷、油浸水冷、强迫油循环等。,5.,按铁芯形式分：,(1),芯式变压器：,用于高压的电力变压器。,(2),壳式变压器：,用于大电流的特殊变压器，如电炉变压器、电焊变压器；或用于电子仪器及电视、收音机等的电源变压器。,6.,按容量分：,按电力部门的相关规定,:,630KVA,以下为小型变压器；,800-6300KVA,为中小型变压器；,8000-63000KVA,为大型变压器；,90000KVA,及以上为特大型变压器；,7.,按中性点绝缘水平分为：,全绝缘和半绝缘变压器。,8.,按绕组导线材料分为：,铜线和铝线变压器。,9.,按结构分为,:,全密封、非晶合金、调容、防雷、预装箱式、组合式、柱上单相、地下、超导变压器等。,10.,按调压方式分为：,有载调压和无励磁调压变压器,。,有载调压变压器,无励磁调压变压器,变压器的最主要部件由,铁芯,与,绕组,两部分构成。铁芯和绕组装配在一起称为,器身,。如图所示,:,油浸式电力变压器结构,第三节 变压器的基本结构,一、铁芯,变压器的磁路,铁芯是变压器的主磁路，又作为绕组的支撑骨架。变压器的一次绕组和二次绕组都绕在铁芯上。它主要由铁芯柱、铁轭和紧固件组成。如图所示,:,铁芯柱,铁轭,紧固件,作用是,:,固定绕组。,作用是,:,使磁路闭合。,作用是,:,使铁芯不松动。,为了提高导磁性能和减少铁损，铁芯多采用含硅量约为,5%,，厚度为,0.23,0.35mm,或,0.5mm,，两面涂绝缘漆或氧化处理的冷轧硅钢片叠装而成。,1.,铁芯简介,2.,铁芯的分类,按绕组套入铁芯柱的形式、结构型式和工艺特点，变压器的铁芯主要分为,芯式,、,壳式,、渐开线式和成型卷片式等。,(1),芯式变压器,芯式,变压器的一、二次绕组套装在铁芯的两个铁芯柱上，如图所示。,芯式,变压器的特点,:,结构和工艺比较简单，有较多的空间装设绝缘，装配较容易，广泛应用于容量大、电压高的变压器，,电力变压器均采用芯式结构。,2.,壳式变压器,壳式,变压器的铁芯包围绕组的上下和侧面，如图所示。,壳式,变压器的特点,:,这种结构机械强度好，铁芯容易散热，但制造工艺复杂，,高压绕组与铁芯柱的距离较近，绝缘也比较困难，,用铜量较多。小型干式变压器多采用，此外，还,通常应用于,电压很低而电流很大,的特殊场合。例如，,电炉用变压器,，由于这时巨大的电流流过绕组将使绕组上受到巨大的电磁力，铁壳式结构可以加强对绕组的机械支撑，使能承受较大的电磁力。,3.,铁芯的装配,根据铁芯柱与铁轭在装配方面的不同，铁芯可分为,对接式,和,叠接式,两种。,(1),对接式,对接式,是先将铁芯柱和铁轭分别叠装和夹紧，然后再将它们对接在一起，用特殊的紧固件夹紧。,(2),叠接式,叠接式,是将铁芯柱和铁轭的硅钢片一层一层叠装，各层硅钢片的排列互不相同，叠装之后，各层的接缝不在同一点，如图所示。,奇数层,偶数层,奇数层,偶数层,单相四片铁芯交叠方法,三相六片铁芯交叠方法,铁芯的叠片偶数层刚好压着奇数层的接缝，使接缝错开，减少了接缝处的气隙，从而减少了磁路和磁阻，使磁路便于流通，提高了导磁性能，减少了励磁电流；,可以避免涡流在钢片之间流通；,这种夹紧装置结构简单、经济、可靠性高，故国产变压器普遍采用叠接式的铁芯结构。,叠接式铁芯的特点,:,4.,变压器铁芯柱横截面,(1),小型变压器做成方形或者矩形；,(2),大型变压器做成阶梯形，容量大,(,即铁芯柱直径大于,380mm,时,),则级数多，叠片间留有间隙作为油道,(,纵向或横向,),。,此外，铁轭截面有矩形和阶梯形。为减少励磁电流和铁芯损耗，铁轭面积通常要比铁芯柱面积大,5,10,。,5.,变压器铁芯材料的发展,铁芯是电机、变压器的重要部件。电机、变压器铁芯对材料的基本要求是，在一定频率及磁通密度下具有低的铁芯损耗，和在一定磁场强度下具有高的磁通密度。在电机、变压器的发展过程中，曾经采用和目前应用的铁芯材料有：,1.,纯铁、软钢和无硅钢；,2.,硅钢片；,3.,铁镍合金（坡莫合金）；,4.,铁铝合金；,5.,非晶态合金；,6.,微晶合金,;7.,电工钢片绝缘层；,8.,高温超导体。,高温超导体的发现和应用具有划时代的意义，将大步进入强电领域，必将给整个电工产业，乃至全社会产生巨大的影响。,6.,成型卷片式铁芯,7.,渐开线式铁芯,近年来，出现一种渐开线形铁芯。,它的优点：,节省硅钢片，便于机械化生产，节省工时。,二、绕组,-,变压器的电路,1.,绕组简介,绕组是变压器传递交流电能的电路部分，一般用绝缘,扁铜,(,铝,),线,或绝缘,圆铜,(,铝,),线,在绕线模上绕制而成。变压器中，工作电压高的绕组称为高压绕组，工作电压低的绕组称为低压绕组。,2.,绕组的分类,根据高、低压绕组的相对位置、形状不同，以及在绕组铁芯柱上排列方式不同，可分为,同心式,和,交叠式,两种。,(1),同心式绕组,高压绕组和低压绕组均做成圆筒形，然后同心地套在铁芯柱上。为减少绕组与铁芯间绝缘距离，,通常低压绕组在里面，高压绕组在外面，,两绕组中间加绝缘纸筒绝缘，如图所示。,同心式绕组,的几种基本形式,同心式绕组,的特点,:,同心式绕组具有结构简单，制造方便的优点，常用于芯式变压器，国产电力变压器均采用这种结构。但它存在低压绕组引出线布置和焊接的工艺困难问题。,(1),圆筒,式绕组,:,一般用于三相容量在,630KVA,以下，电压不超过,15KV,的变压器的高、低压绕组。,(2),螺旋,式绕组,:,一般用于容量在,800KVA,以上，电压在,35KV,以下的三相变压器的大电流绕组。,(3),连续,式绕组,:,应用范围较大，它的机械强度高，散热条件好，一般用于三相容量在,630KVA,以上，电压为,3,110KV,的变压器绕组。,(4),纠结,式绕组,:,焊头多，绕制费时，一般用于三相容量在,6300KVA,以上，电压在,110KV,以上的变压器的绕组。,(2),交叠式绕组,饼式绕组,高压绕组和低压绕组均作成若干个圆饼状，沿着铁芯柱的高度交叠地排列放置，为了减少绝缘距离，通常低压绕组靠近铁轭,(,最下层和最上层,),，如图所示。,交叠式绕组,的特点,:,交叠式绕组具有漏抗小、机械强度高，引出线的布置和焊接都比较方便，多用在低电压，大电流的电焊、电炉变压器以及壳式变压器中。,三、油箱及变压器油,油箱是变压器的外壳。箱内装有变压器油、铁芯和绕组，油箱侧壁有冷却用的管子（散热器或冷却器）。油箱主要作用是保护铁芯和绕组不受外力作用而损坏及避免受潮，同时通过变压器油把铁芯和绕组产生的热量散发出去，如图所示。,变压器油箱主要有两种形式,:,平顶油箱,和,拱顶油箱,。,平板式,小容量,排管式,较大容量,散热气式,大容量,强迫油循环,大容量,1.,平顶油箱的箱沿在上部，箱盖是平的，这种油箱多用于,6300KVA,及以下的变压器。,2.,拱顶油箱的箱沿在下部，箱盖做成钟罩形，又称为钟罩式油箱，用于,8000KVA,及以上的变压器。,1.,油箱,-,机械支撑、冷却散热,2.,变压器油,-,冷却、绝缘、散热,电力变压器绕组与铁芯装配完后用夹件紧固，形成变压器的器芯。变压器器芯装在油箱内，油箱内充满变压器油。变压器油是一种,矿物油,，具有很好的绝缘性能。变压器油起两个,作用,：,1.,绝缘：,绕组与绕组、绕组与铁芯及油箱之间,2.,散热：,热量通过油箱壳散发，油箱有许多散热油管，以增大散热面积。采用内部油泵强迫油循环，外部用变压器风扇吹风或用自来水冲淋变压器油箱,3.,有关变压器油的要求,:,高的介质强度和低的黏度，高的发火点和低的凝固点，且不含酸、碱、硫、灰尘等杂质及水分。,四、变压器其它附件,电力变压器的附件有,:,储油柜,(,又称油枕,),、安全气道,(,又称防爆管,),、气体继电器、绝缘套管、分接开关、调压装置、冷却装置等。它们作用是保证变压器的安全和可靠运行。,(1),储油柜（油枕）,装在油箱上，使油箱内部与外界隔绝。它使油面升降限制在储油柜中，减少油受潮和氧化的程度。此外，通过储油柜注入变压器油，还可防止气泡进入变压器内，从而减缓了绝缘材料的老化速度。,变压器运行时产生热量，使变压器油膨胀，储油柜中变压器油上升，温度低时下降。,储油柜使变压器油与空气接触面较少，减缓了变压器油的氧化过程及吸收空气中的水分的速度。,呼吸,(2),安全气道,（,防爆管,）,安全气道,安全气道是一根钢质圆管，顶端出口封有一块玻璃或酚醛薄膜片，下部与油箱连通。它装在油箱顶盖上是保护设备，防止出现故障时损坏油箱。当变压器发生故障而产生大量气体时，油箱内的压强增大，气体和油将冲破防爆膜向外喷出，避免油箱爆裂。,(3),气体继电器,（,瓦斯继电器,）,气体继电器,当变压器出现故障时，产生的热量使变压器油汽化，气体继电器动作，发出报警信号或切断电源。,如果事故严重，变压器油大量汽化，油气冲破安全气道管口的密封玻璃，冲出变压器油箱，避免油箱爆裂。,(4),绝缘套管,绝缘套管装在变压器的油箱盖上，作用是把线圈引线端头从油箱中引出，并使引线与接地的油箱绝缘。,1.,绝缘套管由中心导电杆与瓷套组成。导电杆穿过变压器油箱、在油箱内的一端与线圈的端点联接，在外面的一端与外线路联接。,2.,在瓷套和导电杆间留有一道充油层,-,充油套管。,3.,当电压等级更高时，在瓷套内腔中常环绕着导电杆包上几层绝缘纸简，在每个绝缘纸简上贴附有一层铝箔，则沿着套管的径向距离，绝缘层和铝箔层构成串联电容器，使资套与导电杆间的电场分布均匀。,4.,套管外形常做成伞形，电压愈高、级数愈多。电压低于,1KV,采用瓷质绝缘套管，电压在,10-35KV,采用充气或充油套管，电压高于,110KV,采用电容式套管。,(5),调压装置,(,分接开关,),2U,1,2U,2,1U,2,1U,1,S,导电杆分接开关,无励磁分接开关,KY1,系列有载分接开关,S-03,有载分接开关在线滤油装置,在电力系统，为了使变压器的输出电压控制在允许变化的范围内，变压器的原边绕组匝数要求在一定范围内调节，因而原绕组一般备有抽头，称为,分接头,。利用开关与不同接头连接，可改变原绕组的匝数，达到调节电压的目的。,分接开关,分为,:,有载调压,分接开关和,无载调压,分接开关。,怎样调变压器分接开关,?,调整变压器分接开关不会烧损变压器，但分接开关调整不到位很容易烧变压器；这是因为变压器分接开关位置相对较小，若调整不到位，很容量造成相间短路。,分接开关是否调整到位，不能听声音，要靠仪器测量。在调整分接开关后应用直流电桥测量变压器的直流电阻，看其三相净值和三相是否平衡，若三相直阻平衡，且和出厂值无大的变化，就说明是调整到位了。,“,高往高调,低往低调,”是针对配电变压器的,、,、,三个档位，它标在变压器的分接开关上，只要停电后打开变压器分接开关罩，就能看到刻在分接开关外壳上的这三个字。如果调整前变压器的分接开关在,上，这时负荷端电压低了，就将分接开关从,调到,上，就是“,低往低调,”。反之亦然。,(6),冷却装置,(,包括散热器、冷却器,),强油水冷却器,干式变压器横流式冷却风机,dbf,系列变压器专用冷却风,机,变压器散热器,常用冷却介质,-,变压器油,（油浸式）、,空气,（干式）,油浸方式,-,油浸自冷,；,油浸风冷,(,人工通风,),；,强迫油循环冷却；强迫油导向循环冷却。,(7),测温装置,一、型号,型号表示一台变压器的,结构,、,额定容量,、,电压等级,、,冷却方式,等内容，表示方法为,如,OSFPSZ-250000/220,表明自耦三相强迫油循环风冷三绕组铜线有有载调压，额定容量,250000kVA,，,高压额定电压,220kV,电力变压器。,第四节 变压器的铭牌数据,第四节 变压器的铭牌数据,二、额定值,三者,关系,：,此外，额定值还有额定,频率,、,效率,、,温升,等。,指长期运行时所能承受的工作电压,指铭牌规定的额定使用条件下所能输出的视在功率。,指在额定容量下，允许长期通过的额定电流。在三相变压器中指的是线电流,本章小结,习 题 布 置,教材,P17,第二题,第七题,第八题,1.,电力变压器是依据电磁感应定律进行交流电能传递的静止电器。它是利用一次侧、二次侧匝数不等实现变压的；但一、二次侧的频率是相同的，等于电源的频率。,第一题,2.,变压器的结构由器身、油箱、保护装置、冷却装置四大部分组成，铁芯和绕组是它的主要部件。铁芯用导磁性能良好的铁磁性材料制成；一、二次侧绕组套装在铁芯柱上，它们之间没有电的连接，只有磁耦合。不同容量的变压器的冷却形式不一样，容量越大，冷却要求越高。,3.,变压器铭牌上的额定值，是正确、安全、可靠地使用变压器的依据。对于三相变压器，额定电压及额定电流均指线电压和线电流。,第九题,