第3章第一节变压器的原理结构及冷却方式

第一节变压器的原理、

分类及冷却方式变压器的工作原理01变压器的分类02变压器的冷却方式03CONTENTSPart1变压器的工作原理

一、变压器的工作原理1、变压器的用途发电机11kv升压变压器110kv三绕组变压器230kv去系统另一部分降压变压器11kv配电变压器其他负载D电力系统中变压器的使用一、变压器的工作原理1、变压器的用途在自动控制系统中常用的变压器有小功率电源变压器和作为信号传递的信号变压器：脉冲变压器、输入输出变压器等。在电力系统中用的变压器是作为电能之间的转换，为电力变压器。在控制系统中用的变压器的容量小，多为不超过几千伏安的单相变压器；电力变压器的容量大，为几千伏安以上。

一、变压器的工作原理2、变压器的基本工作原理

变压器的主要部件是铁心和套在铁心上的两个绕组。两绕组只有磁耦合没电联系。在一次绕组中加上交变电压，产生交链一、二次绕组的交变磁通，在两绕组中分别感应电动势。1、匝数相同能否变压？2、直流能否变压？(1)构造示意图(1)闭合铁芯

(绝缘硅钢片叠合而成)(2)原线圈(初级线圈)

其匝数用n1表示与交变电源相连(3)副线圈(次级线圈)

其匝数用n2表示与负载相连(4)输入电压U1

输出电压U2原线圈副线圈铁芯U1U2

n1n2∽一、变压器的工作原理

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)原线圈副线圈铁芯U1U2

n1n2∽0ett1t2t3t4一、变压器的工作原理(2)互感现象理解：（1）互感现象：在变压器原、副线圈中由于有交变电流而发生互相感应的现象，叫做互感现象．（2）互感现象是变压器工作的基础．变压器通过闭合铁芯，利用互感现象实现了电能到磁场能再到电能的转化．（3）变压器只能工作在交流电路．如果变压器接入直流电路，在铁芯中不会产生交变的磁通量，没有互感现象出现，所以变压器仅工作于交流电路．一、变压器的工作原理若不考虑原副线圈的内阻有

U1=E1

U2=E2

I1U2U1n1n2I2R~原线圈副线圈铁芯U1U2

n1n2∽一、变压器的工作原理(3)理想变压器

如果在能量转化的过程中能量损失很小，能够略去原、副线圈的电阻，以及各种电磁能量损失，这样的变压器我们称之为理想变压器。

原、副线圈中通过的磁通量始终相同(无漏磁),因此产生的感应电动势分别是：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黑白电视机显像管几万伏录音机6V9V12V彩色电视机显像管十几万伏一、变压器的工作原理(4)生活中各种直流或者交流电压1、n2

>n1U2>U1——升压变压器2、n2

=n1U2=U1——等压变压器3、n2<n1U2<U1——降压变压器变压器在能量传递过程中损耗较小一、变压器的工作原理(5)变压器的变压比K

原边加额定电压，副边开路、负载电流为零时的运行情况，称为变压器的空载运行。一、电磁关系分析Φme1e2e1σΦ1σu1u2i0i2=0变压器空载运行2、变压器的等效电路一、同步发电机的工作原理(1)变压器的空载运行二、正方向规定（1）原边绕组内电流的正方向与电源电压正方向一致；（2）按右手螺旋关系，正方向的电流产生正方向的磁通；（3）感应电势正方向与产生该电动势的磁通方向之间符合右手螺旋关系，故感应电势与电流正方向一致。副边：（1）副边绕组感应电势正方向与产生该电动势的磁通正方向之间符合右手螺旋关系；（2）副边绕组电流正方向与副边绕组电动势正方向一致；（3）副边绕组端电压的正方向与电流正方向一致。一、同步发电机的工作原理三、主、漏磁通的区别(1)性质上

Φ0与I0成非线性关系，

Φ1σ与I0成线性关系；(2)数量上

Φ0占99%以上，Φ1σ仅占1%以下；(3)作用上

Φ0起传递能量的作用，

Φ1σ起漏抗压降作用。一、同步发电机的工作原理四、等效电路U1.I0.r1x1E1.一次侧等效电路U1.I0.r1x1E1.变压器空载等效电路Rmxm空载状态运行的变压器可近似为一个铁心电感接于电网。xmx1rmr1xmrm>>>>>>磁滞、涡流效应建立空载磁通一、同步发电机的工作原理（1）主磁通大小由电源电压、电源频率和一次线圈匝数决定，与磁路所用的材质及几何尺寸基本无关。（2）空载电流大小与主磁通、线圈匝数及磁路的磁阻有关，铁心所用材料的导磁性能越好，空载电流越小。（3）电抗是联系电气量（电动势)与磁场量（磁通）的桥梁。感应电动势可用电抗压降的形式表示。五、结论一、同步发电机的工作原理原边接入电源、副边接负载阻抗ZL时的运行情况，称为变压器的负载运行。一、电磁关系分析ΦmE1E1σΦ1σU1U2I1I2变压器负载运行......E2E2σ..Φ2σ..ZL(1)变压器的负载运行一、同步发电机的工作原理变压器负载运行时的磁动势、磁通、电动势之间的关系磁动势磁通电动势一次绕组二次绕组一、同步发电机的工作原理U1.I1.r1E1.变压器负载时的电路图r2U2.I2.E2.由图可见：变压器一、二次绕组的电路是独立的，只有磁的联系，没有电的联系，不便于计算。x1σx2σo1o2二、变压器等效电路一、同步发电机的工作原理归算后的基本方程式根据归算后的基本方程画出的部分等效电路得到变压器T型等效电路图U1.I1.r1x1E1.rmxmI0.r’2x’2U’z.I’2.E’2.I1+.I’2.=I0.E1=.E’2=.-I0.Zm.一、同步发电机的工作原理三、变压器带负载T型等效电路ZL'＋U1－I1R1jX1－

E1

=E2'＋I0－U2'

＋jX2'

R2'I2'一、同步发电机的工作原理四、

简化等效电路

该电路用于满载或接近满载运行时的分析、计算。I0很小，I1≈I2ZL'＋U1－

I1＝－I2'RkjXk－U2'

＋一、同步发电机的工作原理Part2变压器的分类

变压器的外型和器身图二、变压器的分类电力变压器的类别——用途分配电变压器升压变压器降压变压器（一）电力变压器二、变压器的分类试验、仪用等变压器(二)特种变压器电炉、整流变压器二、变压器的分类电力变压器的类别——用途分电力变压器类别-线圈数目分双绕组变压器，在铁芯中有两个绕组，一个为初级绕组，一个为次级绕组

自耦变压器，初级、次级绕组合为一个

三绕组变压器，三个绕组连接三种不同电压的线路多绕组变压器，如分裂变压器二、变压器的分类电力变压器类别-相数单相变压器三相变压器二、变压器的分类电力变压器类别-调压方式有载调压变压器无载调压变压器二、变压器的分类电力变压器类别-冷却方式油浸式变压器——铁芯和绕组都一起浸入灌满了变压器油的油箱中，可以加强绝缘和改善冷却散热条件（大容量）干式变压器

——能满足特殊要求，如安全（小容量变压器）充气式变压器——绝缘性能优于油浸式（大容量）二、变压器的分类干式变压器油浸式变压器电力变压器类别-冷却方式强迫油循环电力变压器二、变压器的分类Part3变压器的冷却方式

三、变压器的冷却方式1、油浸自冷(ONAN)

油浸变压器的散热过程是这样的，铁芯和线圈把热量首先传给在其附近的油，使油的温度升高。温度高的油体积增加，比重减小，就向油箱的上部运动。冷油将自然运动补充到热油原来的位置。而热油沿箱壁或散热器管将热量放出，经箱壁或管壁被周围的空气带走，温度降低后又回到油箱下部参加循环。这样，因油温的差别，产生了油的自然循环流动。油浸自冷式的变压器依靠油箱壁（或散热器管壁）的辐射，和变压器周围空气的自然对流，把热量从油箱表面带走。这种变压器为了增加散热表面，有的箱壁做成波状,有的焊上管子，有的装散热器，以促进油的对流。三、变压器的冷却方式2、油浸风冷(ONAF)

在散热器上装风扇，用吹风扇的方法使空气加快流动，借此来增大散热能力的就属风冷式。吹风可使对流散热增加8.5倍。同一台变压器，用了吹风以后，容量可提高30%以上。3、强迫油循环水冷(OFWF)用变压器油泵强迫油循环，使油流经水冷却器进行散热的冷却方法。三、变压器的冷却方式4、强迫油循环风冷(OFAF)如果单纯想法降低油的温度而不增加油流的速度，那是达不到所希望的冷却效果的。因油温降到一定程度时，其粘度增加，粘度大会使散热效果变差。而人为地加快油流速度，就会使散热加快。强迫油循环冷却方式就是在油路中加入了使油的流速加快的动力—油泵。

强迫油循环风冷的变压器则是将风冷却器装于变压器油箱壁上或独立的支架上。经冷却器内的油采用风扇冷却。为了防止油泵的漏油和漏气，目前广泛采用潜油泵和潜油电动机。潜油泵安装在冷却器的下面，泵的吸入端直接装在第一个油回路（冷却器为多回路的）上，吐出端通过装有流动继电器的联管接至第二回路。流动继电器的作用是，当潜油泵发生故障，油流停止时，发出信号和投入备用冷却器。三、变压器的冷却方式4、强迫导向油循环风冷(ODAF)强迫油循环导向冷却：这种冷却方式基本上还属于上述强迫油循环类型的，其主要区别在于变压器器身部分的油路不同。普通的油冷却变压器油箱内油路较乱，油沿着线圈和铁芯、线圈和线圈间的纵向油道逐渐上升，而线圈段间（或叫饼间）油的流速不大，局部地方还可能没有冷却到，线圈的某些线段和线匝局部度很高。采用导向冷却后，可以改善这些状况。变压器中线圈的发热比铁芯发热占的比例大，改善线圈的散热情况还是很有必要的。导向冷却的变压器，在结构上采用了一定的措施（如加挡油纸板、纸筒）后使油按一定的路径流动。采用了导向冷却，泵口的冷油，在一定压