1变压器的结构原理

1、第一章 变压器的结构原理第一节 变压器的种类电力变压器电源变压器接触调压器控制变压器三相干式变压器电源变压器电源变压器电力变压器电力变压器环形变压器环形变压器接触变压器接触变压器控制变压器控制变压器三相干式变压器三相干式变压器环形变压器一、变压器的基本结构：一、变压器的基本结构：二次绕组二次绕组一次绕组一次绕组铁心铁心电源电源用电器用电器(负载负载)( (初级线圈初级线圈) )( (次级线圈次级线圈) )1U2Un1n2 变压器是一种静止的电气设备，变压器是一种静止的电气设备， 根据电根据电磁感应原理，将一种形态（电压、电流、相磁感应原理，将一种形态（电压、电流、相数）的交流电能，数）的交流电

2、能， 转换成另一种形态的交流转换成另一种形态的交流电能电能。变压器的分类变压器的分类 按用途按用途电力变压器（升压、降压、配电）电力变压器（升压、降压、配电）特种变压器（电炉、整流）特种变压器（电炉、整流）实验用变压器（高压、调压）实验用变压器（高压、调压）也可按线圈数目、铁心结构、相数或变压器冷却方式划分仪用互感器（电压、电流仪用互感器（电压、电流互感器、脉冲变压器，阻互感器、脉冲变压器，阻抗匹配变压器）抗匹配变压器） 变压器是由一个闭合铁心和套在铁心上的两个绕组组成的。一个线圈跟电源连接，接收交流电能叫原线圈/一次绕组 ；另一个线圈跟负载连接，送出交流电能叫副线圈/二次绕组 。 变压器的主

3、要部件有：(1)器身：包括铁心、绕组、绝缘部件及引线。 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 。 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 。 (2)调压装置：即分接开关，分为无励磁调压和有载调压 (3)油箱及冷却装置。 (4)保护装置：包括储油柜、安全气道、吸湿器、气体继电器、净油器和测温装置等。 (5)绝缘套管。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

4、及继电保护装置等. U1U2n1n2一次绕组一次绕组二次绕组二次绕组铁心铁心二、变压器的工作原理：二、变压器的工作原理：R问题问题1：变压器一次绕组回路和二次绕组回：变压器一次绕组回路和二次绕组回路是否连通？路是否连通？ u1u2N1铁心铁心i0问题问题2：变压器一次绕组和二次绕组不相通，那：变压器一次绕组和二次绕组不相通，那么在给一次绕组接交变电压么在给一次绕组接交变电压U1后，二次绕组电后，二次绕组电压压U2是怎样产生的？是怎样产生的？e1e2N2二、变压器的工作原理：二、变压器的工作原理：电流加强磁场加强感生电流流出方向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。通常

5、讨论变压器均忽略原、副线圈的电阻和各种电磁能量损失，即理想变压器。根据电磁感应原理，穿过原、副线圈的磁通量、磁通量变化率相同，结果原、副线圈产生的感应电动势和它们各自的匝数成正比，原、副线圈的交变电流的周期、频率相同。 演示: 把变压器的初级线圈接在 交流电源上，可使用交流电压表测量变压器的初级和次级的电压。 换另外一组匝数不同的变压器，再把初级接在电源上，再使用交流电压表测量变压器的初级和次级的电压。 二、变压器的工作原理：二、变压器的工作原理：a.研究一次绕组和二次绕组两端电压关系的实研究一次绕组和二次绕组两端电压关系的实验验连接如右图所示的连接如右图所示的电路，用万用表测出电路，用万用表

6、测出变压器一次绕组和二变压器一次绕组和二次绕组两端电压并讨次绕组两端电压并讨论这两端电压的关系论这两端电压的关系V1V2b.研究一次绕组和二次绕组中电流关系的实验研究一次绕组和二次绕组中电流关系的实验连接如右图所示的连接如右图所示的电路，用电流表测出电路，用电流表测出变压器一次绕组和二变压器一次绕组和二次绕组中的电流，并次绕组中的电流，并试讨论它们的关系。试讨论它们的关系。A2A1实验结论： 一次绕组和二次绕组中的电流跟它们的匝数成反比。实验结论：一次绕组和二次绕组两端电压之比等于这两个绕组的匝数比。 次数次数12345U1U2V1V2a.研究一次绕组和二次绕组两端电压关系的实验研究一次绕组和

7、二次绕组两端电压关系的实验b.研究原线圈中电流和副线圈中电流的关系的实验研究原线圈中电流和副线圈中电流的关系的实验次数次数12345A1A2A2A1 U1U2n1原线圈原线圈副线圈副线圈铁心铁心R理想变压器的条件理想变压器的条件: :n2二、变压器的工作原理：二、变压器的工作原理：E1E2 当原绕组外加电压当原绕组外加电压U U1 1时，原边就有电流时，原边就有电流I I1 1流流过，并在铁芯中产生与过，并在铁芯中产生与U U1 1同频率的交变主磁同频率的交变主磁通通，主磁通同时链绕原、副绕组，根据，主磁通同时链绕原、副绕组，根据电磁感应定律，会在原、副绕组中产生感电磁感应定律，会在原、副绕组

8、中产生感应电势应电势E E1 1、E E2 2，副边在，副边在E E2 2的作用下产生负载的作用下产生负载电流电流I I2 2，向负载输出电能，向负载输出电能 根据电磁感应定律则有：根据电磁感应定律则有：=2211dtdNedtdNekNNEE=2121式中式中k为变压器变比。为变压器变比。 1,我们得到以下公式 U1/U2=N1/N2 原副线圈的电压和匝数成正比。 如果副线圈的匝数变大，就是升压变压器。副线圈的匝数变小的是降压变压器。 2,理想变压器的输入的功率一定等于它输出的功率。（损耗极小） 3,原副线圈的电流和匝数成反比。（仅限于只有一组原副线圈） U1决定决定 U2 I2 决定决定

9、I1三、理想变压器的规律及应用：三、理想变压器的规律及应用：1122UnUn 电压关系：电压关系： P出出决定决定P入入功率关系：功率关系： P入入=P出出1221InIn 电流关系：电流关系： 变压器损耗、材料变压器损耗、材料 损耗损耗 当变压器的初级绕组通电后，线圈所产生的磁通在铁芯流动，因为铁芯本身也是导体，在垂直于磁力线的平面上就会感应电势，这个电势在铁芯的断面上形成闭合回路并产生电流，好像一个旋涡所以称为“涡流”。这个“涡流”使变压器的损耗增加，并且使变压器的铁芯发热变压器的温升增加。由“涡流”所产生的损耗我们称为“铁损”。另外要绕制变压器需要用大量的 铜线，这些铜导线存在着电阻，电

10、流流过时这电阻会消耗一定的功率，这部分损耗往往变成热量而消耗，我们称这种损耗为“铜损”。所以变压器的温升主要由铁损和铜损产生的。 由于变压器存在着铁损与铜损，所以它的输出功率永远小于输入功率，为此我们引入了一个效率的参数来对此进行描述，=输出功率/输入功率。三、理想变压器的规律及应用：三、理想变压器的规律及应用：应用应用例题例题1：有一台降压变压器，一次绕组电压为220V,二次绕组电压为110V，一次绕组为2200匝，若二次绕组接入阻抗为10 的阻抗,问变压器的变比;二次绕组匝数;一次和二次绕组中电流各为多少？例题例题2：如图，一台理想变压器，原线圈如图，一台理想变压器，原线圈2200匝，副线

11、圈匝，副线圈440匝，并接一个匝，并接一个100的的负载电阻负载电阻若把若把原线圈原线圈接在接在220V交流电源上，交流电源上，则电压表示数为则电压表示数为_V,电流表示数为电流表示数为_A_A440.44若上面接的是若上面接的是44V44V直流电源呢？直流电源呢？电压表示数电压表示数_V,电流表示数电流表示数_A00AVU1U2？1原线圈原线圈副线圈副线圈铁心铁心R假如给一次绕组接恒定电压假如给一次绕组接恒定电压U1，则二次绕，则二次绕组会不会产生电压组会不会产生电压U2 ？2想一想：想一想：I1 例例3、理想变压器原、副线圈的电流为、理想变压器原、副线圈的电流为I1、I2，电压为，电压为U

12、1 、 U2，功率为，功率为P1 、 P2，关于它们的关系，正确的是（）关于它们的关系，正确的是（） A I2由由I1决定决定 B P1由由P2决定决定 C U1由由U2决定决定 D U2与负载有关与负载有关 注意：注意： U U2 2由由U U1 1决定决定 、I I1 1由由I I2 2决定决定 、 P P1 1由由P P2 2决定决定 。 例题例题4如图，变压器原副线圈匝数之比为如图，变压器原副线圈匝数之比为n1/n2=10/1, 若原线圈接交流电，电源电压为若原线圈接交流电，电源电压为U=220v， A、B两灯泡相同，其电阻均为两灯泡相同，其电阻均为10,(1)若先合上若先合上K1,求

13、变压器的输出电压、输出电流及输入功率求变压器的输出电压、输出电流及输入功率.(2)再合再合上上K2,求变压器的输出电压、输出电流及输入功率求变压器的输出电压、输出电流及输入功率【例【例4 4】如图是街头的变压器通过降压给用户】如图是街头的变压器通过降压给用户的示意图的示意图,R,R0 0表示输电线的电阻表示输电线的电阻, ,当用电器增当用电器增加时加时, ,相当于相当于R R的阻值减小的阻值减小, ,则图中各电表的则图中各电表的读数如何变化读数如何变化? ?A1V1A2V2RR0U U1 1I I1 1I I2 2n n1 1n n2 2U U2 2R R分析分析: :输入输出电压、电流、功率

14、大小之间输入输出电压、电流、功率大小之间的因果关系的因果关系 4.输入功率输入功率P1由输出功率由输出功率P2决定；决定； P1P21.U1由电源决定；由电源决定；2.U2由由U1和匝数比决定；和匝数比决定； U2n2/n1U13.I2由由U2和负载决定；和负载决定； I2U2R5.I1由由I2和匝数比决定；和匝数比决定； I1n2/n1I2第二节 变压器铭牌数据 每台变压器都有一铭牌，上面标注着型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，便于用户了解变压号、额定值及其它数据，便于用户了解变压器的运行性能。器的运行性能。电力变压器电力变压器产品型号产品型号 SL7SL7315/1

15、0 315/10 产品编号产品编号 额定容量额定容量 315kV315kVA A 使用条件使用条件 户外式户外式额定电压额定电压 10000/400V 10000/400V 冷却条件冷却条件 ONANONAN额定电流额定电流 18.2/454.7A 18.2/454.7A 短路电压短路电压 4%4%额定频率额定频率 50 Hz 50 Hz 器身吊重器身吊重 765kg765kg相相 数数 三相三相 油油 重重 380kg380kg联接组别联接组别 Y ynoY yno 总总 重重 1525kg1525kg制制 造造 厂厂 生产日期生产日期 电力变压器铭牌示意图电力变压器铭牌示意图 变压器型号意

16、义变压器型号意义变压器型号表示及含义变压器型号表示及含义相数：D-单相S-三相冷却介质：G-干式C-充气式油浸式（省略）冷却方式：F-风冷式S-水冷式自然冷（省略）Z-有载调压无励磁（省略）绕组线芯材料：L-铝铜（省略）设计序号额定容量高压侧额定电压额定容量额定容量S SN N 它是变压器额定工作条件下输出能力的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：伏安（保证值，是额定视在功率，单位：伏安（V VA A）或千伏安（）或千伏安（kVkVA A）或兆伏安（）或兆伏安（MVMVA A）。）。 一般容量在一般容量在630kVA630kVA以下的为小型电力变以下的为小型电力变压

17、器；压器；8008006300kVA6300kVA的为中型电力变压器；的为中型电力变压器；8000800063000kVA63000kVA为大型电力变压器；为大型电力变压器；90000kVA90000kVA及以上的为特大型电力变压器。及以上的为特大型电力变压器。额定电压额定电压U U1N1N，U U2N2N U U1N1N，U U2N2N均指线值电压。均指线值电压。 原边额定电压原边额定电压U U1N1N是指电源加在原绕组上的额定是指电源加在原绕组上的额定电压；电压； 副边额定电压副边额定电压U U2N2N是指原边加额定电压副边空载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（时副绕

18、组的端电压，单位有：伏（V V）或千伏（）或千伏（kVkV）。）。额定电流额定电流I I1N1N，I I2N2N 均指线值电流。原、副边额定电流是指均指线值电流。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（电流，单位有：安（A A）额定频率额定频率f fN N 指工业用电频率，我国规定为指工业用电频率，我国规定为50Hz50Hz。 变压器的额定容量、额定电压、变压器的额定容量、额定电压、额定电流之间的关系为：额定电流之间的关系为：NNNNNIUIUS2211=NNNNNIUIUS22113=3=单相变压器单相变压器三相变压器

19、三相变压器 温升 定义：变压器绕组或上层油面的温度与变压器周围环境温度之差，称为绕组和上层油面的温升。铭牌中标注的温升，为温升的限值，国家标准规定，当变压器安装地点在海拔不超过1000m时，绕组温升为65，上层油面温升限值为55 .因此，当环境温度不超过40 时，变压器上层油面最高温度不超过95 .为保证变压器油和绝缘在长期使用条件下不致迅速老化，上层油温不宜超过85 .第三节 变压器构造KS7型矿用变压器的外形图油箱箱盖吊环油温计座注油栓油位指示调压开关铭牌电缆接线喇叭口 排油栓 高压电缆接线盒 低压电缆接线盒 1、铁心和绕组：变压器中最主要的部、铁心和绕组：变压器中最主要的部 件，他们构件

20、，他们构成了变压器的器身。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）铁心：构成了变压器的磁路，同时又是套装绕组的骨架。绕组的骨架。铁心由铁心柱和铁轭两部分构成。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铁心柱上套绕组，铁轭将铁心柱连接起来形成闭合磁路。合磁路。 铁心材料：为了提高磁路的导磁性能，减少铁心铁心材料：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中的磁滞、涡流损耗，铁心一般用高磁导率的磁性材料性材料硅钢片叠成。硅钢片有热轧和冷轧两硅钢片叠成。硅钢片有热轧和冷轧两种，其厚度为种，其厚度为0.350.350

21、.5mm0.5mm，两面涂以厚，两面涂以厚0.020.020.23mm0.23mm的漆膜，使片与片之间绝缘。的漆膜，使片与片之间绝缘。 铁心型式铁心型式 ：变压器铁心的结构有心式、壳：变压器铁心的结构有心式、壳式和渐开线式等形式。壳式结构的特点是式和渐开线式等形式。壳式结构的特点是铁心包围绕组的顶面、底面和侧面，如图铁心包围绕组的顶面、底面和侧面，如图所示。心式结构的特点是铁心柱被绕组包所示。心式结构的特点是铁心柱被绕组包围，如图所示。壳式结构的机械强度较好，围，如图所示。壳式结构的机械强度较好，但制造复杂，但制造复杂， 低压绕组图1-5 交叠绕组图1-4 同心绕组高压绕组高压绕组铁心铁轭高压

22、绕组高压绕组低压绕组低压绕组高压绕组高压绕组低压绕组第二组低压绕组低压绕组第一组 2）绕组：绕组是变压器的电路部分，）绕组：绕组是变压器的电路部分，它由铜或它由铜或 铝绝缘导线绕制而成铝绝缘导线绕制而成 。 一次绕组（原绕组）：输入电能一次绕组（原绕组）：输入电能 二次绕组（副绕组）：输出电能二次绕组（副绕组）：输出电能 他们通常套装在同一个心柱上，一次和二他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，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。且使一、二次绕组具

23、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高压绕组，相应的电压较低的称为低压绕组。从高、低压绕组的相对位置来看，变组。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，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，交迭式主要用于国产的均采用这种结构，交迭式主要用于特种变压器中。特种变压器中。 2、其他部件：除器身外，典型的油浸电力、其他部件：除器身外，典型的油浸电力变压器中还有油箱、变压器油、绝缘套管变

24、压器中还有油箱、变压器油、绝缘套管及继电保护装置等部件。及继电保护装置等部件。 油和油箱 变压器的油箱分为箱盖、箱体、箱底三部分，箱内注满变压器油，变压器的芯体浸泡在变压器油中。中小型变压器油箱将箱壁和箱底制成一体，器身置在箱中，检修时需要将芯体吊出。大型变压器，为便于检修，油箱制成钟罩式，即将箱盖和箱壁制成一体，只要吊起钟罩，器身则可显露出来。 变压器油要求十分纯净，不含杂质，如酸、碱、硫、水分、灰尘、纤维等。即使其中含有少量的水分，也将使其绝缘强度大大降低，同时水分将腐蚀金属，降低散热能力。故油面应避免与空气接触，以防止其受潮和氧化，降低其绝缘和散热能力。 4油枕、呼吸器和防爆管 油枕、呼

25、吸器和防爆管的装设如图19所示。以上三个部件的作用如下。 (1)油枕的作用。变压器在运行中，因铁芯和绕组发热，会使油温增加，油的体积要因此而膨胀。如果不设油枕，油将不能注满油箱，必须留有足够的空间，以供油膨胀之用。因为箱体的截面很大，当变压器负荷降低时，油温下降，体积缩小，油面将会与大面积的空气接触，势必会加速油的吸潮和氧化。 设置油枕之后，为变压器油提供了一个膨胀室，缩小了油与空气的接触面积，可大为延缓油吸潮和氧化的速度，且可防止油膨胀时导致箱体受高压而爆炸。 此外，设置油枕之后，可使油面高度超过箱盖和套管的高度，使绝缘套管中也充满变压器油，以增加引出线的绝缘强度。 油枕通过连通管，经瓦斯继

26、电器、蝶形阀与箱体连通。油枕上设有监视油面的油位表，油枕上端设有加油孔，油枕内装有与大气连通的管子，该管的下端装有呼吸器。这根管子的高度应高于变压器油温最高时的油面高度，以防止油的溢出。 (2)防爆管的作用。防爆管是变压器的安全保护装置。800 kVA以上的变压器皆应设这种保护装置。防爆管的下端开口接于油箱盖与油箱相通，上端用23 mm的玻璃密封。油枕顶部用一小管与防爆管相通。当变压器内部发生故障时，变压器油被分解，产生大量气体，呼吸器排放不及，致使油枕和防爆管上部气体压力增大。当压力增至05大气压时，气体和油将冲破防爆管的密封玻璃向外喷出，降低油箱内压力，防止油箱爆炸。 (3)呼吸器的作用。悬挂式呼 吸器的结构图如图110所示。呼吸器内部装有用氯化钴浸渍过的硅胶，具有很强的吸潮能力，当含有水分的空气经呼吸器进入油枕时，水分将被硅胶所吸收，以减小进入变压器的空气的水分含量。呼吸器下端有一个油封装置，使空气不能直接经呼吸器进入变压器，以