變壓器的工作原理和結(jié)構(gòu)

第三章變壓器變壓器是一種靜止電器,它通過(guò)線圈間的電磁感應(yīng),將一種電壓等級(jí)的交流電能轉(zhuǎn)換成同頻率的另一種電壓等級(jí)的交流電能。第一節(jié)變壓器的工作原理和結(jié)構(gòu)一、變壓器的基本工作原理二、變壓器的分類和用途三、變壓器的基本結(jié)構(gòu)四、變壓器的銘牌一、變壓器的基本工作原理

變壓器主要包括鐵心和繞在鐵心上的兩個(gè)（或以上）的互相絕緣的繞組，繞組之間有磁耦合但沒(méi)有電的聯(lián)系。通常一側(cè)繞組接交流電源，稱為一次繞組（也稱原繞組或初級(jí)繞組），匝數(shù)為N1，另一側(cè)繞組接電負(fù)載，稱為二次繞組（也稱副繞組或次級(jí)繞組），匝數(shù)為N2。

在一次繞組中加上交變電壓，產(chǎn)生交鏈一、二次繞組的交變磁通，在兩繞組中分別感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。忽略變壓器內(nèi)阻抗：忽略變壓器內(nèi)部能量損耗：二、變壓器的分類和用途按用途分：電力變壓器和特種變壓器按繞組數(shù)目分：?jiǎn)卫@組（自耦）變壓器、雙繞組變壓器(通常都是兩線圈變壓器，像配電變壓器，普通電力變壓器等)、三繞組變壓器(當(dāng)某個(gè)變電站，很多情況是降壓變電站、中間變電站，一方面擔(dān)任輸送電能的責(zé)任，另一方面又要解決當(dāng)?shù)氐挠秒姟Ｄ敲淳蜁?huì)采用三線圈變壓器。高壓進(jìn)，低壓有兩個(gè)輸出)

多繞組變壓器按相數(shù)分：?jiǎn)蜗嘧儔浩?、三相變壓器和多相變壓器。按鐵心結(jié)構(gòu)分：心式變壓器和殼式變壓器。按冷卻介質(zhì)和冷卻方式分：干式變壓器、油浸式變壓器和充氣式變壓器。

心式變壓器鐵心繞組

殼式變壓器鐵心繞組連接發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)的升壓變壓器連接發(fā)電機(jī)的封閉母線

與電網(wǎng)相連的高壓出線端三相干式變壓器接觸調(diào)壓器SZ9型35kV三相油浸電力變壓器

大型變壓器的內(nèi)部

樹(shù)脂澆注干式變壓器ZQSC型整流變壓器三、變壓器的基本結(jié)構(gòu)一般的油浸式電力變壓器的基本結(jié)構(gòu)包括四部分：鐵心、繞組、絕緣套管、油箱及其附件。鐵心和繞組合稱器身，是變壓器通過(guò)電磁感應(yīng)原理進(jìn)行能量傳遞的部件。為了改善散熱條件，器身浸入盛滿變壓器油的油箱中。油箱還起到機(jī)械支撐、散熱和保護(hù)器身的作用。變壓器油則起到絕緣和冷卻的作用。套管的作用是使變壓器繞組的端頭從油箱內(nèi)引到油箱外，且保證變壓器引線與油箱絕緣。同時(shí)為了使變壓器安全可靠運(yùn)行，還設(shè)有儲(chǔ)油柜、安全氣道和氣體繼電器等附件。油浸式電力變壓器1—信號(hào)式溫度計(jì)；2—吸濕器；3—儲(chǔ)油柜；4—油表；5—安全氣道；6—?dú)怏w繼電器；7—高壓套管；8—低壓套管；9—分接開(kāi)關(guān)；10—油箱；11—鐵心；12—繞組及絕緣；13—放油閥門(mén)1、鐵芯鐵心是變壓器的主磁路，又是繞組的支撐骨架。鐵心分為鐵心柱和鐵軛兩部分，鐵心柱用來(lái)套繞組，鐵軛則是連接兩個(gè)鐵心柱的部分，以形成閉合的磁路。為了提高鐵心的導(dǎo)磁性能，減少磁滯損耗和渦流損耗，鐵心多采用厚度為0.35mm，表面涂有絕緣漆的熱軋或冷軋硅鋼片疊裝而成。鐵心的基本結(jié)構(gòu)型式有心式和殼式兩種。心式的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是繞組包圍鐵心，這種結(jié)構(gòu)形式比較簡(jiǎn)單，繞組的裝配及絕緣也比較容易，適用于容量大而電壓高的變壓器，國(guó)產(chǎn)電力變壓器均采用心式結(jié)構(gòu)。殼式變壓器的特點(diǎn)是鐵心包圍繞組，這種結(jié)構(gòu)形式機(jī)械強(qiáng)度好，鐵心容易散熱，但外層繞組的銅線用量較多，制造工藝又復(fù)雜，一般多用于小型干式變壓器中。心式變壓器繞組和鐵芯裝配示意圖殼式變壓器繞組和鐵芯裝配示意圖大、中型變壓器的鐵心，一般先將硅鋼片裁成條形，然后采用交錯(cuò)疊片的方式疊裝而成，如圖所示。交錯(cuò)疊片的目的是使各層磁路的接縫互相錯(cuò)開(kāi)，以免接縫處的間隙集中，從而減小磁路的磁阻和勵(lì)磁電流。小容量變壓器的鐵心柱截面一般采用方形和長(zhǎng)方形，如圖（a）所示。在容量較大的變壓器中，為了充分利用繞組內(nèi)圓的空間，常采用階梯形截面，如圖（b）所示，且容量越大，階梯形越多。鐵軛的截面有矩形、外T形、內(nèi)T形及階梯形四種，如圖所示。鐵軛的截面通常比鐵心柱大（5～10）％,以減小空載電流和損耗。2、繞組繞組是變壓器的電路部分，常用絕緣銅線或鋁線繞制而成，近來(lái)還有用鋁箔繞制而成的。為了使繞組便于制造和在電磁力作用下受力均勻以及機(jī)械性能良好，一般電力變壓器都把繞組繞制成圓形。實(shí)際變壓器的高低壓繞組是套在同一鐵心柱上，并且緊靠在一起，盡量減小漏磁通。高低壓繞組在鐵心柱上的排列有同心式和交疊式兩種。

同心式繞組交疊式繞組（1）同心式繞組同心式繞組是將高、低壓繞組繞在同一鐵心柱上，為了便于繞組與鐵心之間的絕緣，通常低壓繞組在內(nèi)，高壓繞組在外，在高低壓繞組之間及繞組和鐵心之間都加有絕緣。同心式繞組具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便的特點(diǎn)，國(guó)產(chǎn)變壓器多采用這種結(jié)構(gòu)。（2）交疊式繞組交疊式繞組又稱餅式繞組，它是將高低壓繞組分成若干個(gè)線餅，沿著鐵心柱的高度方向交替排列。為了便于絕緣，一般靠近鐵軛的最上層和最下層放置低壓繞組。交疊式繞組的主要優(yōu)點(diǎn)是漏抗小，機(jī)械強(qiáng)度好，引線方便，但絕緣比較復(fù)雜。這種繞組只適用于殼式大型變壓器中，如大型電爐變壓器就采用這種結(jié)構(gòu)。3、絕緣套管變壓器的引出線從油箱內(nèi)穿過(guò)油箱蓋時(shí)，通過(guò)瓷質(zhì)的絕緣套管，以使帶電的引出線與接地的油箱絕緣。套管的結(jié)構(gòu)取決于電壓等級(jí)。為了增加表面爬電距離，絕緣套管的外形多做成多級(jí)傘形，電壓越高級(jí)數(shù)越多。35kV充油式絕緣套管結(jié)構(gòu)示意圖4、油箱及其附件（1）油箱電力變壓器多采用油浸式結(jié)構(gòu)，把變壓器的器身放在裝有變壓器油的油箱內(nèi)。變壓器油既是一種絕緣介質(zhì)，又是一種冷卻介質(zhì)。小容量（20kVA以下）的變壓器，一般采用平壁式油箱，容量稍大的變壓器則采用管式油箱，即在油箱壁上焊有散熱油管，以增加散熱面積。對(duì)于容量在3000～10000kVA的變壓器，則采用散熱式油箱。10000kVA以上的變壓器，一般采用帶有風(fēng)扇冷卻的散熱器油箱，即油浸風(fēng)冷式油箱。50000kVA以上的變壓器，則采用強(qiáng)迫油循環(huán)冷卻油箱。（2）儲(chǔ)油柜在變壓器油箱的上面一般裝有圓筒形的儲(chǔ)油柜，儲(chǔ)油柜通過(guò)連通管與油箱相通，以保證變壓器器身始終浸在變壓器油中。柜內(nèi)油面高度隨變壓器油的熱脹冷縮而變動(dòng)，儲(chǔ)油柜還能使油與空氣的接觸面積減小，從而減少油的氧化和水分的侵入。（3）氣體繼電器（瓦斯繼電器）氣體繼電器裝在油枕和油箱的連通管中間，當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生故障（如絕緣擊穿、匝間短路、鐵心事故等）產(chǎn)生氣體或油箱漏油使油面降低時(shí)，氣體繼電器動(dòng)作，發(fā)出信號(hào)以便運(yùn)行人員及時(shí)處理。若事故嚴(yán)重，可使斷路器自動(dòng)跳閘，對(duì)變壓器起保護(hù)作用。（4）安全氣道（防爆筒）它裝于油箱頂部，是一個(gè)長(zhǎng)形圓筒，上端口裝有一定厚度的玻璃板或酚醛紙板，下端口與油箱連通。它的作用是當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生故障引起壓力驟增時(shí)，讓油氣流沖破玻璃或酚醛紙板，以免造成箱壁爆裂。（5）分接開(kāi)關(guān)油箱蓋上面裝有分接開(kāi)關(guān)，可調(diào)節(jié)一次繞組的匝數(shù)，當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)時(shí)，變壓器本身能做到小范圍的電壓調(diào)節(jié)，以保證負(fù)載端電壓的穩(wěn)定。四、變壓器的銘牌1、變壓器的型號(hào)及系列型號(hào)表示一臺(tái)變壓器的結(jié)構(gòu)、額定容量、電壓等級(jí)、冷卻方式等內(nèi)容，表示方法為如OSFPSZ-250000/220表明自耦三相強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷三繞組銅線有載調(diào)壓，額定容量250000kVA，高壓額定電壓220kV電力變壓器2、變壓器的額定值

(1)額定容量SN

指額定工作條件下變壓器輸出能力（視在功率）的保證值。三相變壓器的額定容量是指三相容量之和。由于電力變壓器的效率很高，忽略壓降損耗時(shí)有單相變壓器

三相變壓器(2)額定電壓U1N、U2N一次繞組的額定電壓U1N是根據(jù)變壓器的絕緣強(qiáng)度和容許發(fā)熱條件規(guī)定的一次繞組的正常工作電壓值。二次繞組的額定