电力变压器知识讲座

返回退出章目录上一页下一页电力变压器返回退出章目录上一页下一页一、变压器概述变压器是一种常见的电气设备，在电力系统和电子线路中应用广泛。它是一种静止的电气设备，利用电磁感应原理将一种电压、电流的交流电能转换成同频率的另一种电压、电流的电能。换句话说，变压器就是实现电能在不同等级之间进行转换。在能量传输过程中，当输送功率P=UIcos及负载功率因数cos一定时：电能损耗小节省金属材料（经济）UIP=I²rIS所以远距离输电采用高电压是最为经济的。返回退出章目录上一页下一页•发电机的输出电压一般有3.15kV、6.3kV、10.5kV、15.75kV、18kV、20kV等几种，因此必须用升压变压器将电压升高才能实现远距离经济输送。电力工业中常采用高压输电低压配电，实现节能并保证用电安全。目前，我国交流输电的电压最高已达750kV。发电厂10.5kV输电线220kV升压仪器36V降压…实验室380/220V降压变电站10kV降压降压返回退出章目录上一页下一页变压器的种类很多，可按其用途、相数、结构、调压方式、冷却方式等不同来进行分类。二、变压器的分类按用途分类：电力变压器（升压、降压）、仪用变压器（电压互感器、电流互感器）、整流变压器；按相数分类：单相变压器和三相变压器；按线圈数分类：双绕组变压器、三绕组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。返回退出章目录上一页下一页1、变压器的原理模型接交流电源的绕组称为原绕组或称一次绕组，该侧是通入交流电流侧，即吸收电能侧，输入电能侧,也称一次侧。接负载的绕组称为副绕组或称二次绕组，该侧是接负载侧，即输出电能侧，也称二次侧。三、变压器的工作原理返回退出章目录上一页下一页2、工作原理当原边绕组接到交流电源时，绕组中便有交流电流流过，并在铁心中产生与外加电压频率相同的磁通(主磁通)，这个交变磁通同时交链着原边绕组和副边绕组。并且在一、二次绕组中分别产生感应电动势。变压器原理图1u2u1i2iΦ+–+–Z一次绕组N1二次绕组N2铁心返回退出章目录上一页下一页其感应电动势大小可分别表示为：式中、——一、二次绕组的匝数;——磁通变化率。一次、二次绕组互不相连，能量的传递靠磁耦合。tNedd11tNedd222N2Ntdd返回退出章目录上一页下一页（1）空载运行情况3.电磁关系一次侧接交流电源，二次侧开路。0i02i1u+–20u+–2e+–1σe+–1e+–11N2N1udd11tΦNei0(i0N1)1dd01σ1σtiLetΦNedd22空载时，铁心中主磁通是由一次绕组磁通势产生的。漏磁通主要经过空气或其他非导磁性物质而闭合。由于漏磁通不经过铁心，所以励磁电流与漏磁通为线性关系。铁心线圈是一个非线性电感元件，所以励磁电流与主磁通不是线性关系。磁动势返回退出章目录上一页下一页(2)带负载运行情况一次侧接交流电源，二次侧接负载。1u+–1σe+–1e+–11N2N1udd11tΦNe1dd111tiLeσσtΦNedd22i1(i1N1)i1i2(i2N2)2有载时，铁心中主磁通是由一次、二次绕组磁通势共同产生的合成磁通。2i2+–e2+–e2+–u2Zdd2tiLeσ2σ2返回退出章目录上一页下一页4.电压变换（设加正弦交流电压）t)sin(tNtNm111ddddetNcosm1)90t(sinm1E1m144.4NfE222111mmfNEE有效值:同理：)90t(sinm22Ee2m244.4NfE主磁通按正弦规律变化，设为则t,sinm(1)一次、二次侧主磁通感应电动势返回退出章目录上一页下一页根据KVL：1111111111jEIXIREEIRUσ变压器一次侧等效电路如图1m1111444Nf.EUEU由于电阻R1和感抗X1(或漏磁通)较小,其两端的电压也较小,与主磁电动势E1比较可忽略不计，则1E1R1I1U1E–––+++(2)一次、二次侧电压式中R1为一次侧绕组的电阻;X1=L1为一次侧绕组的感抗(漏磁感抗，由漏磁产生)。返回退出章目录上一页下一页KNNEEUU2121201（匝比）K为变比对二次侧，根据KVL：2m220224440Nf.EUU,I结论：一次、二次侧电压与匝数成正比。改变匝数比，就能改变输出电压。222222222jUIXIRUEIREσ2式中R2为二次绕组的电阻;X2=L2为二次绕组的感抗；为二次绕组的端电压。2U变压器空载时:+–u21u+–1σe+–1e+–1N2Ni1i2+–e2+–e2式中U20为变压器空载电压。故有返回退出章目录上一页下一页5.电流变换(一次、二次侧电流关系)有载运行ZUIZ221m11444Nf.EU即：铁心中主磁通的最大值m在变压器空载和有载时基本是恒定的。不论变压器空载还是有载，一次绕组上的阻抗压降均可忽略，故有当U1、f不变，则m基本不变，近于常数。空载：m10Ni有载：m2211NiNi+–|Z|2i1u2e1iΦ1e1N2N+–+–+–2u返回退出章目录上一页下一页一般情况下：I0(2~3)%I1N很小可忽略。2211NiNi所以或2211NINI2211NINI所以KNNII11221结论：一次、二次侧电流与匝数成反比。或：221011NiNiNi可得磁势平衡式：102211NiNiNi空载磁势有载磁势返回退出章目录上一页下一页•一般情况下，由于，所以，如果忽略一、二次绕组本身的阻抗压降这个次要因素时，，。则。这就实现了改变电压等级的目的。若二次绕组接上负载，就有电流流过，变压器就向负载输出电能，从而实现了不同电压等级的电能传递。•由分析显而易见，变压器能够改变电压等级的条件是：（1）由铁芯闭合同时交链于一、二次绕组的磁通必须交变；（2）一、二次绕组的匝数应不相等。12NN12ee11ue22ue12uu返回退出章目录上一页下一页四、变压器的结构返回退出章目录上一页下一页图9-3油浸式电力变压器结构图1-绕组；2-铁芯；3-油箱；4-分接开关；5-低压套管；6-高压套管；7-气体继电器；8-安全气道；9-油位计；10-储油柜；11-呼吸器；12-铭牌；13-信号式温度计；14-放油阀门返回退出章目录上一页下一页变压器结构示意图1u2u1i2iΦ+–+–Z变压器的结构变压器的磁路绕组：一次绕组二次绕组由高导磁硅钢片叠成厚0.35mm或0.5mm铁心变压器的电路一次绕组N1二次绕组N2铁心返回退出章目录上一页下一页铁心和绕组是变压器中最主要的部件，他们构成了变压器的器身。1、铁心：构成了变压器的磁路，同时又是套装绕组的骨架。铁心由铁心柱和铁轭两部分构成。铁心柱上套绕组，铁轭将铁心柱连接起来形成闭合磁路。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。其厚度为0.35～0.5mm，两面涂以厚0.02～0.23mm的漆膜，使片与片之间绝缘。变压器的结构返回退出章目录上一页下一页功率损耗交流铁心线圈的功率损耗主要有铜损和铁损两种。1.铜损(Pcu)在交流铁心线圈中,线圈电阻R上的功率损耗称铜损，用Pcu表示。Pcu=RI2式中：R是线圈的电阻；I是线圈中电流的有效值。2.铁损(PFe)在交流铁心线圈中，处于交变磁通下的铁心内的功率损耗称铁损，用PFe表示。铁损由磁滞和涡流产生。+–ui返回退出章目录上一页下一页（1）磁滞损耗（Ph）由磁滞所产生的能量损耗称为磁滞损耗(Ph)。磁滞损耗转化为热能，引起铁心发热。减少磁滞损耗的措施：变压器和电机中选用硅钢等材料制作铁心，降低磁滞损耗。磁滞性：磁性材料中磁感应强度B的变化总是滞后于外磁场变化H（磁场强度）的性质。返回退出章目录上一页下一页(2)涡流损耗（Pe）涡流损耗:由涡流所产生的功率损耗。涡流：交变磁通在铁心内产生感应电动势和电流，称为涡流。涡流在垂直于磁通的平面内环流。涡流损耗转化为热能，引起铁心发热。减少涡流损耗措施：提高铁心的电阻率（通常由于硅钢片）。铁心用彼此绝缘的钢片叠成，把涡流限制在较小的截面内。返回退出章目录上一页下一页2.变压器的效率()变压器的损耗包括两部分：铜损(PCu)：绕组导线电阻的损耗。与负载大小（正比于电流平方）有关。铁损(PFe)：FeCu2212ΔΔPPPPPP变压器的效率为一般95%,负载为额定负载的(50~75)%时,最大。输出功率输入功率磁滞损耗涡流损耗返回退出章目录上一页下一页2、绕组：绕组是变压器的电路部分，它由铜或铝绝缘导线绕制而成。一次绕组（原绕组）：输入电能二次绕组（副绕组）：输出电能它们通常套装在同一个心柱上，一次和二次绕组具有不同的匝数，通过电磁感应作用，一次绕组的电能就可传递到二次绕组，且使一、二次绕组具有不同的电压和电流。其中，两个绕组中，电压较高的我们称为高压绕组，相应的电压较低的称为低压绕组。返回退出章目录上一页下一页•为了绝缘布置方便，通常低压绕组装得靠近铁芯，高压绕组则套在低压绕组的外面，低压绕组与高压绕组之间，以及低压绕组与铁芯之间都留有一定的绝缘间隙和散热油道，并用绝缘纸筒隔开，使绕组有效地散热。•从高、低压绕组的相对位置来看，变压器的绕组又可分为同心式、交迭式。由于同心式绕组结构简单，制造方便，所以，国产的均采用这种结构，交迭式主要用于特种变压器中。返回退出章目录上一页下一页•三、油箱及其他附件•1.油箱变压器油的作用：加强变压器内部绝缘强度和散热作用。•要求：用质量好的钢板焊接而成，能承受一定压力。•形式：大型变压器油箱均采用了钟罩式结构；小型变压器采用吊器身式。•2.储油柜作用：减少油与外界空气的接触面积，减小变压器受潮和氧化的概率。•在大型电力变压器的储油柜内还安放一个特殊的空气胶囊，它通过呼吸器与外界相通，空气胶囊阻止了储油柜中变压器油与外界空气接触。返回退出章目录上一页下一页•3.呼吸器作用：内装硅胶的干燥器，与油枕连通，为了使潮气不能进入油枕使油劣化。•硅胶对空气中水份具有很强的吸附作用，干燥状态状态为兰色，吸潮饱和后变为粉红色。吸潮的硅胶可以再生。•4.冷却器作用：加强散热。•装配在变压器油箱壁上，对于强迫油循环风冷变压器，电动泵从油箱顶部抽出热油送入散热器管簇中，这些管簇的外表受到来自风扇的冷空气吹拂，使热量散失到空气中去，经过冷却后的油从变压器油箱底部重新回到变压器油箱内。返回退出章目录上一页下一页•5.绝缘套管(分为高压绝缘套管和低压绝缘套管)•作用：使绕组引出线与油箱绝缘。•绝缘套管一般是陶瓷的，其结构取决于电压等级。1kV以下采用实心磁套管，10～35kV采用空心充气或充油式套管，110kV及以上采用电容式套管。为了增大外表面放电距离，套管外形做成多级伞形裙边。电压等级越高，级数越多。返回退出章目录上一页下一页•6.分接开关作用：用改变绕组匝数的方法来调压。•一般从变压器的高压绕组引出若干抽头，称为分接头，用以切换分接头的装置叫分接开关。•分接开关分为无载调压和有载调压两种，前者必须在变压器停电的情况下切换；后者可以在变压器带负载情况下进行切换。分接开关安装在油箱内，其控制箱在油箱外，有载调压分接开关内的变压器油是完全独立的，它也有配套的油箱、瓦斯继电器、呼吸器。返回退出章目录上一页下一页•7.压力释放阀作用：为防止变压器内部发生严重故障而产生大量气体，引起变压器发生爆炸。压力释放装置在变压器油箱顶盖上，压力释放装置在保护电力变压器方面起重要作用。充有变压器油