变压器的结构及工作原理(整合后)

变压器结构与工作原理图形符号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。电压器的主要部件是一个铁心和套在铁心上的两个绕组。•变压器的主体构造：1、铁芯2、绕组变压器工作原理变压器工作原理•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。•绕组变压器工作原理•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变压器工作原理变压器工作原理变压器工作原理变压器工作原理三、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。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。•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。•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。•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。充有变压器油的电力变压器，如果内部出现故障或短路，电弧放电就会在瞬间使油汽化，导致油箱内压力极快升高。如果不能极快释放该压力，油箱就会破裂，将易燃油喷射到很大的区域内，可能引起火灾，造成更大破坏，因而通过压力释放装置使油箱内减压防止上述情况发生。•8.气体继电器（瓦斯继电器）作用：变压器的一种保护装置，安装在油箱与储油柜的连接管道中，当变压器内部发生故障时（如绝缘击穿、匝间短路、铁芯事故、油箱漏油使油面下降较多等）产生的气体和油流，迫使气体继电器动作。轻者发出信号，以便运行人员及时处理。重者使断路器跳闸，以保护变压器。•电磁铁：交流电磁铁通电后，若衔铁长时期被卡住而不能吸合，会引起什么后果？•答：如果气隙中有异物卡住，电磁铁长时间吸不上，线圈中的电流一直很大，将会导致过热，把线圈烧坏。思考题交流铁芯线圈•如下图所示的交流铁心线圈电路，在带铁心的线圈上加正弦交流电压u，线圈中的电流便在铁心中产生主磁通Φ和漏磁通Φσ。主磁通Φ是流经铁心的工作磁通，漏磁通Φσ是由于空气隙或其它原因损耗的磁通，它不流经铁心。主磁通和漏磁通都要在线圈中产生感应电动势，一个是主磁电动势e，另一个是漏磁电动势eσ。•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）变压器的工作原理•变压器的主要部件是铁心和套在铁心上的两个绕组。两绕组只有磁的耦合，没有电的联系。•当一个正弦交流电压U1加在初级线圈两端时，导线中就有交变电流I1并产生交变磁通Φ1，它沿着铁心穿过初级线圈和次级线圈形成闭合的磁路。在次级线圈中感应出互感电势U2，同时Φ1也会在初级线圈上感应出一个自感电势E1，E1的方向与所加电压U1方向相反而幅度相近，从而限制了I1的大小。+u2－i1e1(a)变压器结构示意图(b)变压器的符号Φ+u1－i2e2Z+u1－+u2－1e2eΦσ1Φσ2•如果次级接上负载，次级线圈就产生电流I2，并因此而产生磁通Φ2，Φ2的方向与Φ1相反，起了互相抵消的作用，使铁心中总的磁通量有所减少，从而使初级自感电压E1减少，其结果使I1增大，可见初级电流与次级负载有密切关系。当次级负载电流加大时I1增加，Φ1也增加，并且Φ1增加部分正好补充了被Φ2所抵消的那部分磁通，以保持铁心里总磁通量不变。•如果不考虑变压器的损耗，可以认为一个理想的变压器次级负载消耗的功率也就是初级从电源取得的电功率。变压器能根据需要通过改变次级线圈的圈数而改变次级电压，但是不能改变允许负载消耗的功率。其电磁关系如下：1）性质上：与成非线性关系；与成线性关系；2）数量上：占99%以上，仅占1%以下；3）作用上：起传递能量的作用，起漏抗压降作用。主磁通与漏磁通的区别0I0F0I1F0F1F0F1F•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••结论：只要(1)磁通有变化量;(2)一、二次绕组的匝数不同，就能达到改变电压的目的。变压器工作原理1、变压器的电压变换：•设一次绕组的匝数是N1，二次绕组的匝数是N2，穿过它们的磁通是Φ，那么一次、二次绕组中产生的感应电动势分别是：E1=4.44·f·N1·ΦmE2=4.44·f·N2·Φm则:U1/U2≈E1/E2=N1/N2=K（K为变压器的变比）由上式知：变压器一次、二次绕组的端电压之比等于这两个绕组的匝数之比。如果N2＞N1，则U2＞U1，变压器使电压升高，这种变压器称为升压变压器；如果N2＜N1，则U2＜U1，变压器使电压降低，这种变压器称为降压变压器。•结论：改变匝数比，就能改变输出电压。2、变压器的电流变换：•变压器副边带负载后对磁路的影响：在副边感应电压的作用下，副边线圈中有了电流i2。此电流在磁路中也会产生磁通，从而影响原边电流i1。由U1≈E1=4.44N1fΦm可知，U1和f不变时，E1和Φm也都基本不变。因此，有负载时产生主磁通的原、副绕组的合成磁动势（i1N1+i2N2）和空载时产生主磁通的原绕组的磁动势i0N1基本相等，即：因空载电流i0很小，可忽略不计，则有：•结论：原、副边电流与匝数成反比。102211NiNiNikNNII112213、变压器的阻抗变换•在电子线路中，常利用变压器的阻抗变换功能来达到阻抗匹配的目的。设接在变压器副绕组的负载阻抗Z的模为|Z|，则：|Z|=U2/I2根据等效原理，Z反映到原绕组的阻抗模|Z‘|为：•结论：变压器原边的等效负载，为副边所带负载乘以变比的平方。||||22222211ZkIUkkIkUIUZ变压器的主要作用是实现电压变换、电流变换和阻抗变换。1、电压变换(降压变压器)：如图，通过变压器可把网电压变为所需的低电压。图3-12、电流变换：如图，通过电流互感器可把大电流变为小电流，方便测量。3、阻抗变换：如图，通过变压器能实现扬声器阻抗与电源内阻匹配，获得最大功率。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电力变压器按容量大小通常分为小型变压器（容量为10～630kVA）、中型变压器（容量为800～6300kVA）、大型变压器（容量为8000～63000kVA）特大型变压器（容量在90000kVA及以上）。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变压器三相绕组接线有两种：1、星形联结星形联结记作：“Y”或“y”2、三角形联结三角形联结记作：“D”或“d”变压器工作原理•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例：SCB10型脱硫干式变压器»干式电力变压器型号及含义»SCB10—1600/6»SC:三相固体成型（环氧树脂）»B:低压箔式线圈»10:设计序号»1600kVA:额定容量»6kV:额定高压电压提示：1、变压器虽能改变电压、电流，但不能改变功率和频率，输入功率总等于输出的总功率，次级交变电流的频率总等于初级交变电流的频率．P入＝P出2、变压器是通过电磁感应实现两个电路之间能量的，因此它必须具有电路和磁路两个基本部分。3、作为电路的是两个或几个匝数不同且彼此绝缘的绕组，作为磁路的是一个闭合铁心。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