Chapter1 变压器的用途、分类与结构

null第一章 变压器的用途、分类与结构 (The application, classification and structure of transformer) 第一章 变压器的用途、分类与结构 (The application, classification and structure of transformer) 1.变压器的用途、分类 (Application, classification and structure of transformer)2. 变压器的主要结构部件 (Main parts) 3. 变压器的发热与温升 (Heating and temperature rising)4. 变压器的额定数据 (Rating)内容提要(Main content)：第一节 变压器的用途、分类第一节 变压器的用途、分类 变压器是静止电器，由铁心(磁路)及两个或两个以上的绕组(电路)组成，绕组之间由铁心中交变磁通联系(磁耦合),实现从一种电压(电流)变为同频率另一种电压(电流)。一、变压器的用途(Application)null二、变压器的基本工作原理 （basic operation principle）简单的单相变压器：两个线圈没有电的直接联系，只有磁的耦合。原绕组（一次绕组或初级绕组）：两个线圈中接交流电源的线圈， 其匝数为N1副绕组（二次绕组或次级绕组）： 接到用电设备上的线圈，其匝数为N2交变磁通同时与原、副绕组交链，在原、副绕组内感应电动势。变压器原、副边电势之比及电压之比等于原、副边匝数之比。二、变压器的基本工作原理 （basic operation principle）二、变压器的分类 (Classification)⑵按相数分为： 单相变压器 (Single-phase) 三相变压器 (Three phase) 多相变压器 (Multiphase)⑴按绕组分为： 双绕组变压器 (Double winding) 三绕组变压器 (Three-winding) 自耦变压器 (Auto-transformer)二、变压器的分类 (Classification)null(4)按冷却方式： 油浸自冷变压器 (3)按用途分为： 油浸水冷变压器干式空气自冷变压器油浸风冷变压器升压变压器 (Step-up transformer) 降压变压器 (Step-down transformer) 隔离变压器（Isolation transformer） (5)铁心形式：心式/壳式 常见变压器常见变压器电力变压器电力变压器电力变压器： 电力系统传输电能的升变压器/降压变压器/配电变压器等。 问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 ： 远距离输电为什 么必须采用高压输电？  nullnullnull*电炉变压器(专用) 电炉变压器(专用) 给电炉(如炼钢炉)供电。 电焊变压器(专用) 给电焊机供电。 仪用变压器：用在测量设备中。 仪用变压器：用在测量设备中。 电子变压器：用在电子线路中。 电子变压器：用在电子线路中。 整流变压器(专用)： 整流变压器(专用)： 给直流电力机车供电。 第二节 变压器的基本结构 （ basic structure ）第二节 变压器的基本结构 （ basic structure ）2、二次绕组（副绕组）－负载侧 （secondary winding —— Load ）3、变压器铁心 － 磁路部分 (Iron core —— Magnetic circuit)1、一次绕组（原绕组）－电源侧 (Primary winding —— Power）null（1）器身 包括铁心、线圈、绝缘结构、引线和分接开关等。 （2）油箱 包括油箱本体(箱盖、箱壁和箱底)和一些附件等。 （3）冷却装置 包括散热器或冷却器。 （4）保护装置 包括储油柜、油表、安全气道、吸湿器、测温元件、净油器和气体继电器等。 （5）出线装置 包括高压套管、低压套管等。1．铁心1．铁心变压器中最主要的部件是铁心和绕组，它们构成了变压器的器身。 变压器的铁心既是磁路，又是套装绕组的骨架。 铁心由心柱和铁轭两部分组成，心柱用来套装绕组，铁轭将心柱连接起来，使之形成闭合磁路。null小型变压器铁心null（1）铁心材料（1）铁心材料为了提高磁路的导磁性能。减少铁心中的磁滞、涡流损耗，铁心一般用高磁导率的磁性材料－硅钢片叠成。 硅钢片有热轧和冷轧两种，其厚度为0.35-0.5mm，两面涂以厚0.01~0.13mm的漆膜，使片与片之间绝缘，以避免片间短路。（2）铁心型式（2）铁心型式变压器铁心的结构有心式和壳式两类。 心式结构的特点：铁心柱被绕组包围。心式结构比较简单，绕组的装配及绝缘比较容易。电力变压器的铁心主要采用心式结构。 壳式结构的特点：铁心包围绕组的顶面、底面和侧面。壳式结构的机械强度较好，但制造复杂，铁心用材较多。nullnull（3）铁心叠装（3）铁心叠装铁心一般是剪成一定形状的硅钢片叠装而成。 为了减小接缝间隙以减小励磁电流一般采用交错式叠法，使相邻层的接缝错开。 热轧硅钢片，叠片次序如图所示。null冷轧硅钢片，顺辗轧方向磁导率高，损耗小，如果按直角切片法裁料，则在拐角处会引起附加损耗，故采用图示的斜接缝叠装法，以近一步减少励磁电流及转角处的附加损耗。为减少接缝间隙和激磁电流，有时还采用由冷轧硅钢片卷成的卷片式铁心。null（4）铁心截面（4）铁心截面当变压器的容量很小时才采用正方形。 为了充分利用绕组内圆的空间，铁心柱截面都是内接于圆的阶梯形。 为了使铁心的温度不致太高，在大容量变压器的铁心中往往设置油道。而铁心则浸在变压器油中，当油从油道中流过时，可将铁心中的热量带走。 null渐开线型铁心的优点是： (1)铁心柱及铁轭都只有一种尺寸规格的硅钢片，便于实现机械化流水线生产。 (2)由于铁心柱成等边三角形布置，相应地油箱为圆形，这可以节约钢材和变压器油。 缺点是：由于铁心柱及铁轭采用对接式装配，因而空载电流及损耗较大。null2．绕组及其配置 （1）关于绕组的一般事项2．绕组及其配置 （1）关于绕组的一般事项 绕组是变压器的电路部分，一般用绝缘纸包的铜线或铝线绕成。 变压器的故障主要是绕组的故障，所以在设计制作时，必须注意以下几点： ①耐高压性； ②良好的冷却性； ③因为短路时绕组中将产生大的电磁力，所以要有足够的机械强度； ④绕制绕组时尽量减小漏感抗。 （2）绕组的种类（2）绕组的种类小型变压器的绕组直接绕在加绝缘的铁心上，低压绕组外层加绝缘层后再绕高压绕组。 但一般绕组都在成型支架上进行绕制，然后经绝缘处理，最后装配成成型绕组。成型绕组有以下几种： 1．圆筒式绕组 2．饼式绕组（3）绕组的配置（3）绕组的配置铁心上低压绕组、高压绕组同心配置，称为同心配置。一般低压侧在铁心侧(内侧)，这种方式主要用于心型变压器。同心式绕组结构简单，制造方便，故电力变压器多采用这种型式。 低压绕组、高压绕组沿铁心的轴向交替重叠配置，称为交叠配置，交叠式绕组机械强度好，引出线布置方便，多用于低电压大电流的电焊、电炉变压器及壳式变压器中。 （4）绕组的换位（4）绕组的换位若绕组的导体截面积大则给制作带来困难，因漏磁通的存在使漏磁损耗增大，所以采用截面积小的多个绕组并联绕制的方法。 此时，如各个绕组产生的感应电势不同，则流过各并联回路的电流也就不同，为此，在绕组的中间需要进行换位。 为了保证并联联接的导体与铁心保持相对均衡的位置，外侧绕制的导体与内侧绕制的导体要互相交替换位联接。（5）绕组的绝缘（5）绕组的绝缘为了保证变压器长时间安全运行，绕组的绝缘很重要，油冷却的中型以上变压器当绝缘材料中含有水分时将导致绝缘明显下降，所以绕组必须不具吸湿性。为此，需对成型绕组通过加热、排气、涂漆、干燥等工艺实现绕组的深度浸漆绝缘处理。 同心式绕组为便于绝缘，低压绕组靠近铁心柱，高压绕组套在低压绕组外面。两个绕组之间留有油道，一方面作为绕组间的绝缘间隙，另一方面使油从油道中流过冷却绕组。 交叠式绕组的高、低压绕组交替放置在铁心柱上。为减小绝缘距离，通常低压线组靠近铁轭。3．油箱3．油箱油箱主要有平顶式和钟罩（拱顶）式两种。 箱壁有平板式、管式和散热器式。 箱壁一般为椭圆形。 箱底装有沉积器，以沉聚水分和污物，定期加以排除。 变压器油变压器油器身装在油箱内，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。 作用：①在变压器绕组与绕组、绕组与铁心及油箱之间起绝缘作用。②变压器油受热后产生对流，对变压器铁心和绕组起散热作用。 要求：介电强度高、燃点高、运动粘度低、凝固点低、酸碱度低、杂质和水分少。4．保护装置 4．保护装置 （1）储油柜 储油柜的结构如图所示，它是固定在油箱顶上的一个圆筒形容器，并用管子与油箱直接连通。当油受热膨胀时，一部分油被挤入储油柜中，而油遇冷收缩时，这部分油再从储油柜流回油箱，这样只有储油柜中这一小部分油同空气相接触，接触面积大为减小，减少了油氧化及吸收水分的机会，从而保护了油箱中的油使其不易变质损坏。null（2）气体继电器 在油箱与储油柜之间还装有气体继电器，当变压器发生故障时，油箱内部会产生气体，使气体继电器动作发出信号，让值班人员采取措施。如果发生严重故障，就直接使变压器自动脱离电源。 （3）安全气道（或用压力释放阀） 故障时,热量会使变压器油汽化,触动气体继电器发出报警信号或切断电源。 如果是严重事故，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。 5．绝缘套管 5．绝缘套管 绝缘套管的作用是把线圈的引出线通过绝缘引到变压器油箱外的绝缘器件。 绝缘套管由外部的瓷套与中心的导电杆组成。它穿过变压器的箱壁，其导电杆在油箱中的一端与绕组的端点相接，在外面的一端则和外线路相接。null（1）固体绝缘套管 （1kV以下） 固体绝缘套管是目前使用最多的一种绝缘套管，它采用固体绝缘物(如瓷器)做成的绝缘套管结构，如图所示。瓷外套与中心的导体间的绝缘油往往与变压器油箱内的油形成通路。 （2）油浸绝缘套管（10－35kV） 油浸绝缘套管具有图所示的结构，瓷瓶作为盛绝缘油的外壳，外壳与导体之间插入绝缘强度大且介电常数小的绝缘材料做成的圆筒状的绝缘套筒。null（3）电容绝缘套管 （110kV以上） 前述的绝缘套管中，导体与变压器的外机箱之间的电位分布是不一致的，接近导体的电场强，接近外机箱的电场弱，为使电位均匀分布以缩小绝缘套管外径，对于高压用绝缘套管往往使用电容绝缘套管。 在导体与绝缘套筒之间插入金属箔的圆筒，如果各层间电容相等，则半径方向的电位分布变成一致。 把电缆直接插入变压器的油箱，在油箱内与变压器线圈直接进行联接的无套管式高压屋内变压器。 null二、干式电力变压器*二、干式电力变压器将变压器采用环氧树脂真空浇注成为一个整体，称为干式变压器。目前在35kV及以下电压等级的配电系统，广泛应用干式变压器。 干式变压器具有如下的特点： (1)无油、无污染、难燃阻燃和自熄防火； (2)绝缘温升等级高(F级绝缘，温升可达100K)；(3)损耗小、效率高； (4)噪声小(在50dB以下)； (5)局部放电量小、可靠性高； (6)抗裂、抗温度变化，机械强度高，抗突发短路能力强； (7)防潮性能好； (8)体积小、重量轻，安装简单，维护量小。 目前在楼宇、地铁、机场等场所都得到应用。null*null一、变压器的发热与传热 二、变压器各部分的温升限度 三、变压器的冷却方式 第三节 变压器发热和冷却 (Heating and cooling)一、变压器的发热与传热一、变压器的发热与传热变压器运行时，有铁耗、铜耗和附加损耗等。这些损耗转变成热量，使变压器有关部分温度升高。 由于各部分与周围介质之间存在着温差，热量就散发到周围介质中去。 当发热量与散热量相等时，变压器各部分的温度就达到了稳定值，这时变压器中某部分的温度与周围冷却介质温度之差称为该部分的温升。 null通常油浸式变压器的散热过程： 首先靠传导作用将线圈和铁心内部的热量传到表面，然后通过变压器油的自然对流不断地将热量带到油箱壁和油管壁，再通过油箱壁和油管壁的传导作用把热量从它们的内表面传到外表面，之后通过辐射和对流作用将热量散发到周围空气中。图b) 是油浸式变压器各部分沿油箱高度的温升分布曲线。 null二、变压器各部分的温升限度二、变压器各部分的温升限度变压器各部分的允许温升取决于绝缘材料。我国油浸电力变压器一般采用A级绝缘材料，最高允许温度为105度，高于105度时绝缘材料就很快老化。 根据我国电力变压器 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 GB1094-71的规定，为保证变压器具有正常的使用年限（20～30年），油浸电力变压器温升限度如表所示(周围冷却空气的最高温度规定为40°C)。 null三、变压器的冷却方式三、变压器的冷却方式常用的冷却介质是变压器油和空气两种，前者称为油浸式，后者称为干式。 油浸式变压器又分为油浸自冷式、油浸风冷式及强迫油循环(简称强油循环)等三种。 1．油浸自冷式1．油浸自冷式油浸自冷式依靠油的自然对流带走热量，没有其他冷却设备。这种方式依靠冷却油的自然循环对流，把全部热量通过油箱和油管表面散到周围空气中。在一定的温升限度下，每平方米表面积所能散走的热置是有限的。 20kVA以下的变压器，油箱本身表面积已能满足散热的需要，故采用平板式油箱。 (30～2000)kVA的变压器，采用在油箱四周加焊扁形油管的管式油箱，以增加散热面积。 (2500～6300)kVA的变压器，则采用散热器式油箱。2．油浸风冷式2．油浸风冷式油浸风冷式是在油浸自冷式的基础上，另加风扇给油箱，壁和油管吹风，以加强散热作用。这种冷却方式用在容量为(8000～40000)kVA的变压器上。3．强迫油循环式3．强迫油循环式强迫油循环式是用油泵将变压器中的热油抽到变压器外的冷却器中，冷却后再送入变压器。冷却器可以用循环水冷却或强迫风冷却。 null一、变压器的型号(Version) 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。 例如：OSWPSZL-120000/220：表示三相强迫油循环水冷三绕组有载调压铝线的电力自耦变压器，额定容量为120000kVA，高压侧额定电压为220kV级的电力变压器。 S三相或三绕组、F风冷、W水冷、P强迫油循环、O自耦变压器、Z有载调压、L铝线（铜线不标）第四节 变压器的型号及额定数据 (Version and Rating)第四节 变压器的型号及额定数据 (Version and Rating)第四节 变压器的型号及额定数据 (Version and Rating)二、变压器的额定数据 (Rating )null三、变压器额定数据之间的关系三、变压器额定数据之间的关系null四、额定负载 (Rated load) 当变压器接在电压频率为额定频率 ，大小为额定电压 的电网上，若副边电流为 ，原边电流为 时，称为额定运行状态，此时的负载为额定负载。null