电力变压器工作原理

电力变压器电力变压器的结构和原理第一节变压器的基本工作原理和结构第二节变压器运行与保护第三节变压绕组的直流电阻及绝缘电阻的测量方法第四节变压器的异常运行及故障判断和处理方法第一节变压器的基本工作原理和结构教学要求(1)了解变压器的用途、分类(2)了解变压器的主要结构(3)掌握变压器的基本工作原理(4)掌握变压器的额定参数在输电过程中，电压必须进行调整。用电器额定工作电压用电器额定工作电压随身听3V机床上的照明灯36V扫描仪12V防身器3000V手机充电器4.2V4.4V5.3V黑白电视机显像管1~2万伏录音机6V9V12V彩色电视机显像管3~4万伏在我们使用的各种用电器中，所需的电源电压各不相同，而日常照明电路的电压是220V，那么如何解决这一问题呢？生活中需要各种电压需改变电压，以适应各种不同电压的需要。第一章变压器的基本工作原理和结构§1-1变压器在电力系统中的应用G~G~发电厂发电机发电厂升压主变压器低压动力及照明负荷高压动力负荷厂用降压变压器发电机直馈线380/220V10.5kV3kV`115～230kV35kV10kV发电厂发电机10kV用户3kV高压动力负荷低压动力及照明负荷发电厂升压主变压器变电站降压变压器变电站降压变压器用户配电变压器380/220V输电线图1-1简单的输配电系统示意图§1-1变压器在电力系统中的应用1.电力传输2.变压器的容量2.示意图一、变压器的构造3.电路图中符号铁芯与线圈互相绝缘n1n21.构造：（1）铁芯（2）原线圈(初级线圈)（3）副线圈(次级线圈)变压器通过闭合铁芯，利用互感现象实现了：电能→磁场能→电能转化(U1、I1)(变化的磁场)(U2、I2)二、变压器的工作原理思考：若给原线圈接直流电压U1,副线圈电压U2?=0～～——互感现象变压器通过闭合铁芯，利用互感现象实现了：电能→磁场能→电能转化(U1、I1)(变化的磁场)(U2、I2)二、变压器的工作原理思考：若给原线圈接直流电压U1,副线圈电压U2?=0～～——互感现象1、n2n1U2U1——升压变压器2、n2n1U2U1——降压变压器2121nnUU实验和理论分析都表明：理想变压器原、副线圈的电压跟它们的匝数成正比。原、副线圈中产生的感应电动势分别是：E1=n1/tE2=n2/t若不考虑原副线圈的内阻有U1=E1U2=E22121nnEE三、理想变压器的变压规律2121nnUU理想变压器输入功率等于输出功率即:U1I1=U2I2P入=P出121221nnUUII四、理想变压器的电流规律理想变压器原、副线圈的电流跟它们的匝数成反比此公式只适用于一个副线圈的变压器一、变压器的构造1．示意图2．符号二、变压器的工作原理：1、互感现象：变压器只能改变交流电的电压和电流2、能量转化：电能→磁场能→电能3、理想变压器：三、理想变压器的变压、变流规律：小结2121nnUU1221nnIIP入＝P出§1-2变压器的基本工作原理及分类变压器的分类按用途分：街头变压器各式变压器可拆式变压器变电站的大型变压器形形色色的变压器单相变压器多相变压器三相变压器按相数分：单相变压器三相变压器按绕组形式分：双绕组变压器多绕组变压器三绕组变压器自耦变压器干式变压器油浸式变压器干式变压器油浸式变压器自冷风冷强迫油循环按冷却介质分:强迫油循环电力变压器心式变压器壳式变压器按铁心形式分：§1-3变压器的基本结构§1-3变压器的基本结构铁心作用：磁路的构成部分。为了减少铁心中的磁滞和涡流损耗，铁心均用0.35－0.5mm厚的热轧或冷轧硅钢片叠成，片间涂以0.01~0.013mm厚的漆膜，以避免片间短路。绕组作用：电路的组成部分，用纸包、纱包或漆包的绝缘扁线或圆线绕成。感应电势、通过电流、实现机电能量转换。绝缘结构作用：实现变压器的绝缘，包括外部绝缘和内部绝缘。油箱和其它附件作用：铁心和绕组组成变压器的器身，器身放置在装有变压器油的油箱内，在油浸变压器中，变压器油既是绝缘介质，又是冷却介质。低压高压§1-4变压器的额定值额定容量指在额定状态下变压器的视在功率．额定容量以伏安(VA)、千伏安(KVA)或兆伏安(MVA)为单位。对三相变压器，额定容量指三相的总容量。额定电压以伏（V）或千伏（kV）为单位。对三相变压器，额定电压指线电压。额定电流以安（A）或千安（kA）为单位。对三相变压器，额定电压指线电流。额定频率以赫兹（Hz）为单位。我国额定工频为50Hz。§1-4变压器的额定值3）双绕组变压器原、副边容量按相等进行设计4）U1N指电源加到变压器原边的电压；U2N指原边加上额定电压时的副边开路电压，空载电压，副边电流为零5）分析变压器和电机时，所说的负载一般是指电流而不是阻抗注意：1）额定工作状态下变压器的效率、温升等数据，均属于额定值2)除额定值以外，铭牌上还标有变压器的相数，联结组标号和绕组联结图、阻抗电压等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载调压，额定容量250000kVA，高压额定电压220kV电力变压器。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制造厂生产日期电力变压器铭牌示意图变压器的型号变压器的型号、规格一般由文字符号和数字按以下方式表示：１２３４５６７８—９/⒑⒒１—绕组耦合方式，一般不标，O-自耦；２—相数，D-单相，S-三相；３—冷却方式，J-油浸自冷，也可不标，G-干式空气自冷，C-干式浇注绝缘，F-油浸风冷，S-油浸水冷；４—循环方式，自然循环不标，P-强迫循环；５—绕组数，双绕组不标，S-三绕组，F-分裂绕组；６—导线材料，铜线不标，L-铝线；７—调压方式，无励磁调压不标，Z-有载调压；８—设计序列号，1，2，3…，半铜半铝加b；９—额定容量，kVA；⒑—高压绕组额定电压等级，kV；⒒—防护代号，一般不标，TH-湿热，TA-干热。变压器冷却方式变压器的冷却方式与容量的大小有关，根据国际标准IEC76-2（1976），变压器冷却系统的表示方式如下：１２３４１—内部与绕组直接接触冷却介质的种类；O-矿物油；L-不可燃合成绝缘液体，G-气体，W-水；A-空气。２—内部冷却介质循环种类；N-自然循环，F-强迫循环（油、非导向）；D-强迫导向油循环。３—外部与冷却系统直接接触冷却介质的种类；同上。４—外部冷却介质循环种类；同上。例如：ODAF表示强迫导向油循环、风冷油浸式变压器；ONAN/ONAF表示油浸式、自冷和风冷交替使用的变压器。常见变压器冷却方式大致有以下几种：⑴ONAN——油浸自冷却变压器；⑵ONAF——油浸风冷却变压器；⑶OFAF——油浸强迫非导向油循环，风冷却变压器；⑷OFWF——油浸强迫非导向油循环，水冷却变压器；⑸ODFA——油浸强迫导向油循环，风冷却变压器；⑹ODWF——油浸强迫导向油循环，水冷却变压器。三相变压器对称运行：三相变压器同一侧各相电压及各相电流均大小相等、相位互差120o，即：2401200ACABAAUUUUUU，，2401200ACABAAIIIIII，，三相变压器所以，三相变压器对称运行时，只要把一相的情况讨论清楚，其他两相的情况也就清楚了，而每一相的情况就相当于一台单相变压器，可以按单相变压器理论去讨论。但是，三相变压器毕竟不同于单相变压器，与单相变压器比有以下特点：(1)存在不同于单相变压器的磁路系统；(2)存在相间绕组的连接关系问题；(3)存在不同于单相变压器的电流、电势谐波问题。三相变压器三相变压器按磁路结构来划分，可分为：组式变压器芯式变压器组式变压器是由三台完全相同的单相变压器连接而成的。可看到：三相磁路相同，但互相独立、互不关联、互不影响。0CBACBACBAIII对称、、对称、、对称运行时三相变压器演变过程如下：原组式变压器0CBAABC芯式变压器演变结果：芯式变压器三相磁路互为关联、互为通路、互相影响。三相变压器芯式变压器是由组式变压器演变而成的。连接组别：反映三相变压器连接方式及一、二次线电动势（或线电压）的相位关系。三相变压器的连接组别不仅与绕组的绕向和首末端标志有关，而且还与三相绕组的连接方式有关。理论和实践证明，无论采用怎样的连接方式，一、二次侧线电动势（可电压）的相位差总是300的整数倍。因此可以采用时钟表示法——作为时钟的分针，指向12点，作为时钟的时针，其指向的数字就是三相变压器的组别号。组别号的数字乘以300，就是二次绕组的线电动势滞后于一次侧电动势的相位角。UVEuvE变压器的连接组别为了正确联接，必须将绕组的各个出线端给予标志：高压首端A,B,C（或U1,,V1,W1)末端X,Y,Z（或U2,V2,W2)低压首端a,b,c（或u1,v1,w1)末端x,y,z（或u2,v2,w2)变压器的连接组别变压器的连接组别末端连在一起，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。ABCXYZAXEBYECZE星形连接ABCXYZAXEBYECZE三角形连接（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”。AXaxAXax变压器的连接组别A与a同名端A与a异名端对于任意标定的a、x，感应电势和的相位关系有两种结果，即与同相或反相。AXEaxEAXEaxE时钟表示法：标志变压器高、低压绕组的相位关系。时钟表示法：高压绕组电势从A到X，记为,作为时钟的长针，指向12点；低压绕组电势从a到x，记为，作为时钟的短针，根据相位关系，指向针面上哪个数字，改数字为变压器的联接组别的标号。AXEAEaxEaE单相变压器：I/I-12；I/I-6；变压器的连接组别AXaxAXEaXE电动势同向AXaxAXEaXE电动势反向I/I-12（标准)I/I-6长针短针变压器的连接组别（A与a同名端）（A与a异名端）三相变压器的联接组是用副边线电动势与原边线电动势的相位差来决定。与原、边三相绕组的联接方法、绕组的绕向和绕组的首末端的标法有关;确定三相变压器的联接组号需通过画相量位形图来判别。ABCXYZAXEBYECZEAEBECEABEBCECAEABCABCXYZAXEBYECZEAEBECEABCXZY变压器的连接组别以Y/Y连接的三相变压器为例说明联接组的判别（1）在接线图上标出各相电动势相量；（2）画出原绕组电动势相量位形图；（3）根据同一铁心柱上原、副绕组感应电动势的相位关系，画出副边绕组电动势位形图。将“a”点与“A”点重合，使相位关系更直观。AEBECEABEBCECAEABC可以判断得到，该联接组为Y/Y－12或Y，y12ABCXYZAXEBXECXEabcxyzaxEbyEczE（4）比较原、副绕组线电动势与的相位关系。根据钟点法确定联接组别。ABEabE变压器的连接组别ABCXYZAXEBXECXEabcxyzaxEbyEczEAEBECEABEBCECAEABCY/Y－6(Y,y6）ABCXYZAXEBYECZEczEabcxyzaxEbyEAEBECEABEBCECAEA