2022年变压器的工作原理分类及结构 .pdf

变压器的工作原理分类及结构一.变压器的工作原理变压器-利用电磁感应原理，从一个电路向另一个电路传递电能或传输信号的一种电器 1.变压器 -静止的电磁装置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电压器的主要部件是一个铁心和套在铁心上的两个绕组。图 3.1.2 变压器原理图与电源相连的线圈，接收交流电能，称为一次绕组与负载相连的线圈，送出交流电能，称为二次绕组设一次绕组的二次绕组的电压相量 U1 电压相量 U2 电流相量 I1 电流相量 I2 电动势相量 E1 电动势相量 E2 匝数 N1 匝数 N2 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 11 页 -同时交链一次，二次绕组的磁通量的相量为m,该磁通量称为主磁通请注意 图 3.1.2 各物理量的参考方向确定。2.理想变压器不计一次、二次绕组的电阻和铁耗，其间耦合系数 K=1 的变压器称之为理想变压器描述理想变压器的电动势平衡方程式为e1(t)=-N1 d/dt e2(t)=-N2 d/dt 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），则名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 11 页 -图 3.1.5 三相变压器外观示意图二.变压器的结构 1.铁心铁心是变压器中主要的磁路部分。通常由含硅量较高，厚度为 0.35 或0.5 mm，表面涂有绝缘漆的热轧或冷轧硅钢片叠装而成铁心分为铁心柱和铁轭俩部分，铁心柱套有绕组；铁轭闭合磁路之用铁心结构的基本形式有心式和壳式两种图 3.1.6 心式变压器结构示意图 2.绕组绕组是变压器的电路部分，它是用纸包的绝缘扁线或圆线绕成名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 11 页 -图 3.1.8 交叠式绕组 3.其他结构部件以典型的油侵式电力变压器为例，其他结构部件有:油箱、储油柜、散热器、高压绝缘管套以及继电保护装置等外形如下图名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页，共 11 页 -4.变压器的额定值 (表 2-1)图 3.1.10 油侵式电力变压器 (1).额定容量 SN变压器视在功率的惯用数值，以 VA，KVA，MVA 表示 (2).额定电压 UN变压器各绕组在空载额定分接下端子间电压的保证值，对于三相变压器额定电压系指线电压，以 V 或 KV 表示 (3).额定电流 IN变压器的额定容量除以各绕组的额定电压所计算出来的线电流值，以A表示单相变压器的一次、二次绕组的额定电流为名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5 页，共 11 页 -I1N=S N/U1N I2N=S N/U2N三相变压器的一次、二次绕组的额定电流为名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 6 页，共 11 页 -名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 7 页，共 11 页 -名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 8 页，共 11 页 -三、变压器的冷却方式变压器运行时，绕组和铁芯产生的热量先传给油，然后通过油传给冷却介质。为了提高变压器出力，保证变压器正常运行，保证变压器使用寿命，必须加强变压器的冷却，变压器的冷却方式，按其容量大小，有如下几种类型:1油浸自冷名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 9 页，共 11 页 -油浸自冷是以变压器油在油箱内自然循环，将变压器绕组和铁芯的热量传递给油箱壁及散热管，然后，依靠空气自然流动将油箱壁及散热管的热量散发到大气中。如图5-1(a)所示，变压器运行时，绕组和铁芯由于电能损耗产生的热量使油的温度升高，体积膨胀，密度减小，油自然向上流动，上层热油流经散热管、油箱壁冷却后，因密度增大而下降，于是形成了油在油箱和散热管间的自然循环流动，热油通过油箱壁和散热管散热而得到冷却。容量在 750OkVA及以下的变压器一般采用油浸自冷冷却方式。图 5-1 油自然循环冷却系统示意图 (a)油自然循环空气自然冷却系统；(b)油自然循环强迫风冷却系统1油箱；2铁芯与绕组；3散热管；4散热器；5冷却风扇；6联箱 2油浸风冷如图5-1(b)所示，在油浸自冷的基础上，在散热器上加装了风扇，风扇将周围的空气吹向散热器，加强散热器表面冷却，从而加速散热器中油的冷却，使变压器油温度迅速降低，提高了变压器绕组及铁芯的冷却效果。容量在100OOkVA以上的较大型变压器一般采用油浸风冷冷却方式。3强迫油循环冷却大容量变压器仅靠加强散热器表面冷却是远远不够的，因为表面冷却只能降低油的温度，当油温降到一定程度时，油的粘度增加，以致油的流速降低，达不到所需的冷却效果。为此，大容量变压器采用强迫油循环冷却，利用潜油泵加快油的循环流动，使变压器器身得到较好的冷却效果。根据变压器冷却器冷却方式的不同，强迫油循环的冷却分为强迫油循环风冷和强迫油循环水冷两种方式。（1）强迫油循环风冷。在油浸风冷的基础上，加装了潜油泵，利用潜油泵加强油在油箱和散热器之间的循环，使油得到更好的冷却效果。如图 5-2 所示，强迫油循环风冷的冷却过程是:油箱上层的热油在潜油泵作用下抽出经上蝴蝶阀门2进入上集油室4经散热器5冷却冷油进入下集油室8经过滤油器9潜油泵 10流经流动继电器11冷油经下蝴蝶阀门 12 进入油箱 1 的底部冷油对器身冷却变成热油上升到油箱上层。如此不断循环，使绕组、铁芯得到冷却。（2）强迫油循环水冷。如图5-3 所示，变压器的油箱上不装散热器，油箱外加装了一套由潜油泵、滤油器、冷油器、油管道等组成的油系统，油系统与油箱由油管道和阀门相连。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 10 页，共 11 页 -图 5-2 强迫油循环风冷装置示意图 1油箱；2上蝴蝶阀门；3排气塞；4上集油室；5散热器；6风扇；7导风筒；8下集油室；9滤油器；10潜油泵强迫油循环水冷冷却过程是:变压器油箱的上层热油由潜油泵抽出，经冷油器冷却后，再进入变压器油箱的底部，冷油对器身冷却后上升至油箱上层，如此反复循环，使变压器的绕组和铁芯得到冷却。在冷油器中，冷却水(最高水温不超过30OC)从冷却水管道内流过，管外流过热油，冷却水将油的热量带走，使热油得到冷却。图 5-3 强迫油循环水冷装置示意图 1油箱；2上蝴蝶阀门；3潜油泵；4冷却水管道；5冷油器；6油管道；7下蝴蝶阀门 4强迫油循环导向冷却所谓“导向”是指经过变压器外部冷却器冷却后的冷油，由潜油泵送回变压器油箱后，冷油在变压器油箱内是按给定的路径流动的。如图5-4 所示，在变压器器身底部夹件两侧，各装有一根与外部冷却管道相通的钢管，冷油由此流入，再由管子分几路穿过绕组下面的支持平面，往上流经铁芯内的冷却油道及绕组内的油道，使冷油与发热部件充分接触，更有效地带走热量，提高铁芯和绕组的冷却效果。巨型变压器常采用强迫油循环导向冷却方式。除上述几种常见的冷却方式外，变压器还有油浸箱外水冷、蒸发冷却、水内冷等冷却方式，这里不再介绍。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 11 页，共 11 页 -