79变压器的结构及工作原理

变压器工作原理变压器工作原理变压器及其工作原理变压器是利用电磁感应原理传输电能或电信号的器件,它具有变压、变流和变阻抗的作用。变压器的种类很多,应用十分广泛。比如在电力系统中用电力变压器把发电机发出的电压升高后进行远距离输电,到达目的地后再用变压器把电压降低以便用户使用,以此减少传输过程中电能的损耗;在电子设备和仪器中常用小功率电源变压器改变市电电压,再通过整流和滤波,得到电路所需要的直流电压;在放大电路中用耦合变压器传递信号或进行阻抗的匹配等等。变压器虽然大小悬殊,用途各异,但其基本结构和工作原理却是相同的。变压器工作原理•变压器的分类：•按用途分类：升压变压器、降压变压器；•按相数分类：单相变压器和三相变压器；•按线圈数分类：双线圈变压器、三线圈变压器和自耦变压器；•按铁心结构分类：心式变压器和壳式变压器；•按调压方式分类：无载调压变压器、有载调压变压器；•按冷却介质和冷却方式分类：油浸式变压器和干式变压器等；•按容量大小分类：小型变压器、中型变压器、大型变压器和特大型变压器。变压器工作原理•变压器的工作原理：•变压器可将一种电压的交流电能变换为同频率的另一种电压的交流电能•变压器的主要部件是一个铁心和套在铁心上的两个绕组。下图是我们常见的两种变压器：变压器工作原理干式变压器油浸式变压器变压器工作原理•变压器的构造：变压器主要由：铁芯、绕组、油箱、附件等组成。•变压器的主体构造：1、铁芯2、绕组变压器工作原理•铁芯•铁心的作用是变压器的主磁路•铁心的材料0.35～0.5mm厚的硅钢片•铁心形式电力变压器主要采用心式结构变压器工作原理变压器工作原理•铁芯是变压器的磁路部分，由铁芯柱（柱上套装绕组）、铁轭（连接铁芯以形成闭合磁路）组成，为了减小涡流和磁滞损耗，提高磁路的导磁性，铁芯采0.35mm~0.5mm厚的硅钢片涂绝缘漆后交错叠成。•小型变压器铁芯截面为矩形或方形，大型变压器铁芯截面为阶梯形，这是为了充分利用空间。•铁芯变压器工作原理三相三芯柱变压器的铁心和绕组单相芯式变压器的铁心和绕组变压器工作原理•绕组：•绕组是变压器的电路部分•铜或铝导线包绕绝缘纸以后绕制而成。•绕组是变压器的电路部分，采用铜线或铝线绕制而成，原、副绕组同心套在铁芯柱上。•为便于绝缘，一般低压绕组在里，高压绕组在外，但大容量的低压大电流变压器，考虑到引出线工艺困难，往往把低压绕组套在高压绕组的外面。变压器工作原理•变压器的附件：•1-铭牌；2-信号式温度计；•3-吸湿器；4-油标；•5-储油柜；6-安全气道•7-气体继电器；8-高压套管；•9-低压套管；10-分接开关；•11-油箱；12-放油阀门；•13-器身；14-接地板；•15-小车变压器工作原理变压器工作原理•油箱是装器身和变压器油的，为了便于散热，有的箱壁上焊有散热管。•变压器油的作用是绝缘和冷却。变压器工作原理•变压器的铭牌参数：•每台变压器都有一铭牌，上面标注着型号、额定值及其它数据，便于用户了解变压器的运行性能。电力变压器产品型号SL7－315/10产品编号额定容量315kV·A使用条件户外式额定电压10000/400V冷却条件ONAN额定电流18.2/454.7A短路电压4%额定频率50Hz器身吊重765kg相数三相油重380kg联接组别Yyno总重1525kg制造厂生产日期图1－4电力变压器铭牌示意图变压器工作原理•与电源相连的线圈，接收交流电能，称为一次绕组用U1，I1，E1，N1表示;•与负载相连的线圈，送出交流电能，称为二次绕组用U2，I2，E2，N2表示;•同时交链一次，二次绕组的磁通量的相量为Fm,该磁通量称为主磁通;变压器工作原理变压器原理图（图3-1）•若一次、二次绕组的电压、电动势的瞬时值均按正弦规律变化，则有•不计铁心损失，根据能量守恒原理可得•由此得出一次、二次绕组电压和电流有效值的关系：•令K=N1/N2，称为匝比（亦称电压比），则•变压器工作原理变压器工作原理•额定容量SN：•它是变压器额定工作条件下输出能力的保证值，是额定视在功率，单位有：伏安（V•A）或千伏安（kV•A）或兆伏安（MV•A）。•一般容量在630kVA以下的为小型电力变压器；800~6300kVA的为中型电力变压器；8000~63000kVA为大型电力变压器；90000kVA及以上的为特大型电力变压器；变压器工作原理•额定电压U1N/U2N•均指线值电压。原边额定电压U1N是指电源加在原绕组上的额定电压；副边额定电压U2N是指原边加额定电压副边空载时副绕组的端电压，单位有：伏（V）或千伏（kV）。变压器工作原理•额定电流I1N/I2N均指线值电流。原、副边额定电流是指在额定容量和额定电压时所长期允许通过的电流，单位有：安（A）额定频率fN指工业用电频率，我国规定为50Hz。变压器工作原理•变压器的额定容量、额定电压、额定电流之间的关系为：•单相变压器：•三相变压器：NNNNNIUIUS2211NNNNNIUIUS221133ABYCZEAXXEBXECX星形连接ABXYCZEAXEBXECX三角形连接三相变压器绕组的联接法和联接组1、三相变压器连接法高压绕组首端由A、B、C表示，末端由X、Y、Z表示；低压绕组首端由a、b、c表示，末端由x、y、z表示。•末端连在一起，首端引出，为星形连接“Y”，中点引出Yo；•一相绕组末端与另一相绕组首端相连，依次得到一闭合回路，为三角形连接“”，有顺、逆之分。aAXxAXax2、连接组（1）高、低压绕组中电动势相位关系（单相绕组）•单相变压器中，高压绕组首端为“A”、末端为“X”；低压绕组首端为“a”、末端为“x”。•原、副绕组被同一主磁通交链，感应电动势在任一瞬间原边绕组一端点为高电位，副边绕组也有一端点为高电位。这两个端点为“同名端”时钟表示法对于任意标定的a、x，感应电势EAX和Eax的相位关系有两种结果，即EAX与Eax同相或反相。时钟表示法：标志变压器高、低压绕组的相位关系。数字，改数字为变压器的联接组别的标号。时钟表示法：高压绕组电势EAX从A到X，记为EA,作为为Eax，作为时钟的短针，根据相位关系，指向针面上哪个时钟的长针，指向12点；低压绕组电势Ea从a到x，记三相变压器绕组的联接组联机组的几点认识：（1）当变压器的绕组标志（同名端或首末端）改变时，变压器的联接组号也随着改变。（2）Y/Y联接的三相变压器，其联接组号都是偶数；（3）Y/Δ联接的三相变压器，其联接组号都是奇数；（4）/Δ联接可以得到与Y/Y联接相同的组号；/Y联接也可以得到与Y/联接相同的组号；（5）最常用的联接组是Y/Y－12和Y/－11；变压器的运行•允许温度和温升若变压器的温度长时间超过允许值，则变压器的绝缘容易损坏。变压器温度与周围空气温度的的差值叫变压器的温升•变压器的过负荷能力是指在较短时间内所能输出的最大容量。额定容量•三相变压器运行变压器允许运行方式，对Y,yn0接线的变压器，还要控制二次侧三相负荷对称。•允许电压波动变压器的电源电压一般不得超过额定值的±5%变压器的运行空载电流：当变压器二次绕组开路，一次绕组施加额定频率的额定电压时，一次绕组中所流通的电流称空载电流I0。通常I0以额定电流百分数表示，一般1~3%，变压器容量越大，I0越小。空载合闸电流：当变压器空载合闸到线路时，由于铁芯饱和而产生很大的励磁电流，所以又称励磁涌流。空载合闸电流大大超过稳态的空载电流I0，甚至达到额定电流的5~7倍。阻抗电压：双绕组变压器当二次绕组短接，一次绕组流通额定电流而施加的电压称阻抗电压负载损耗：最大一对绕组的电阻损耗+附加损耗；附加损耗包括绕组涡流损耗、并绕导线的环流损耗、结构损耗、引线损耗变压器的运行•变压器的效率输出的有功功率与输入的有功功率之比的百分数，效率η为效率η==中小变压器η一般在96%以上，大型变压器η一般在99%以上。100%输入功率输出功率100%负载损耗空载损耗输出功率输出功率变压器并列运行•将两台或多台变压器的一次侧以及二次侧同极性的端子之间，通过同一母线分别互相连接，这种方式叫变压器的并列运行。•并列运行的目的提高变压器运行的经济性提高供电可靠性•并列运行条件变压器的接线组别相同；变压器的变比相同（允许有±0.5%的差值）；变压器的短路电压相等（允许有±10%）；并列运行变压器的容量比不宜超过3:1变压器并列运行I&Zk1Zk2*loopU1/k1U1/k2Zk*1Zk*2U20**（1）变比不相等：并联后，在副边绕组中产生的环流为：短路阻抗很小，即使变比差值很小，也能产生较大的环流。（2）联接组号不同联接组号不同的变压器，副边电压相量之间的相位至少相差300，3002联接组号不同的变压器并联，将产生很大的空载环流，数值会超过额定电流很多倍，严禁并联。变压器并列运行I;&&Zk1Zk1Zk2II2Zk2Zk1Zk2I1如果不等负荷不能按变压器的容量成比例地分配，阻抗小的变压器带的负荷相对较大，也将影响变压器的总出力。变压器的短路阻抗标么值随者容量的大小而变化，故并联运行的变压器容量之比不超过3:1。（3）短路阻抗相对值不等：环流不存在但短路阻抗不同时，各变压器的负载电流为：变压器经济运行•运行中的内部损耗：变压器铁损和铜损两部分•铁损：当一次侧有交变电压时，铁芯中产生交变磁通，从而在铁芯中产生的磁滞与涡流损耗•铜损：由于变压器一、二次绕组都有一定的电阻，当电流流过时，就要产生一定的功率和电能损耗•变压器效率变压器输出功率P2和输入功率P1的百分比，就称为变压器的效率%10012pp变压器油及油的运行•变压器油的作用：①将空气排除，避免各部件与空气接触受潮引起绝缘降低②增加变压器绝缘强度③变压器油使木质及纸绝缘保持良好的性能，并使金属得到防腐作用，使绝缘保持良好④油循环使绕组和铁芯得到冷却，改善了运行条件•变压器油的主要性能指标：①比重②粘度③闪点④凝固点⑤酸价⑥酸、碱、硫及机械混合物⑦安定度•变压器油试验：①耐压②介质损耗③简化试验④取油样注意事项•变压器油质量的简易鉴别：①油的颜色②透明度③气味变压器油运行管理•35KV及以上变压器应补充相同牌号的油，并应作耐压试验•10KV及以下的变压器可补不同牌号油，但应做混油耐压试验•补油后，检查瓦斯继电器，并及时放出气体。若24小时无问题，可重新将瓦斯继电器接入跳闸回路•干式电力变压器特点•干式电力变压器承受热冲击能力强，过负载能力大、难燃、防火性能高、低损耗、局部放电量小、•噪声低、不产生有害气体、不污染环境、对湿度、灰尘不敏感、体积小、不开裂、维护简便。因此，最适宜用于防火要求高，负荷波动大以及污秽潮湿的恶劣环境中。如：机场、发电厂、冶金作业、医院、高层建筑、购物中心、居民密集区以及石油化工、核电站、核潜艇等特殊环境中。变压器工作原理变压器工作原理变压器日常巡视检查应包括以下内容：1)油温应正常，应无渗油、漏油，储油柜油位应与温度相对应。2)套管油位应正常，套管外部应无破损裂纹、无严重油污、无放电痕迹及其它异常现象。3)变压器音响应正常。4)散热器各部位手感温度应相近，散热附件工作应正常。5)吸湿器应完好，吸附剂应干燥。6)引线接头、电缆、母线应无发热迹象。7)压力释放器、安全气道及防爆膜应完好无损。8)分接开关的分接位置及电源指示应正常。9)气体继电器内应无气体。10)各控制箱和二次端子箱应关严，无受潮。11)干式变压器的外表应无积污。12)变压器室不漏水，门、窗、照明应完好，通风良好，温度正常。13)变压器外壳及各部件应保持清洁。变压器的冷却方式•变压器的ONAN冷却方式为内部油自然对流冷却方式，即通常所说的油浸自冷式。变压器的冷却方式是由冷却介质和循环方式决定的；由于油浸变压器还分为油箱内部冷却方式和油箱外部冷却方式，因此油浸变压器的冷却方式是由四个字母代号表示的。第一个字母：与绕组接触的冷却介质。O--------矿物油或燃点大于300℃的绝缘液体；K--------燃点大于300℃的绝缘液体；L--------