變壓器的基本原理和結(jié)構(gòu)

遼寧省電力有限公司電力變壓器基本工作原理和結(jié)構(gòu)國家電網(wǎng)國家電網(wǎng)遼寧省電力有限公司LAONINGELECTRICPOWERCOMPANY變壓器是利用電磁感應(yīng)原理傳輸電能或電信號的器件，它具有變壓、變流和變阻抗的作用。變壓器的種類很多,應(yīng)用十分廣泛。比如在電力系統(tǒng)中用電力變壓器把發(fā)電機(jī)發(fā)出的電壓升高后進(jìn)行遠(yuǎn)距離輸電，到達(dá)目的地后再用變壓器把電壓降低以便用戶使用，以此減少傳輸過程中電能的損耗；在電子設(shè)備和儀器中常用小功率電源變壓器改變市電電壓，再通過整流和濾波，得到電路所需要的直流電壓；在放大電路中用耦合變壓器傳遞信號或進(jìn)行阻抗的匹配等等。變壓器雖然大小懸殊，用途各異，但其基本結(jié)構(gòu)和工作原理卻是相同的。國家電網(wǎng)國家電網(wǎng)遼寧省電力有限公司變壓器是根據(jù)電磁感應(yīng)原理工作的。崖崖?單相變壓器的原理圖國家電網(wǎng)國家電網(wǎng)遼寧省電力有限公司圖中在閉合的鐵芯上，繞有兩個互相絕緣的繞組，其中，接入電源的一側(cè)叫一次側(cè)繞組，輸出電能的一側(cè)為二次側(cè)繞組。當(dāng)交流電源電壓U1加到一次側(cè)繞組后，就有交流電流I?通過該繞組，在鐵芯中產(chǎn)生交變磁通φ,這個交變磁通不僅穿過一次側(cè)繞組，同時也穿過二次側(cè)繞組，兩個繞組分別產(chǎn)生感應(yīng)電勢E?和E?,。這時，如果二次側(cè)繞組與外電路的負(fù)荷接通，便有電流I?,流入負(fù)荷，即二次側(cè)繞組有電能變壓器基本工作原理主磁通和漏磁通在性質(zhì)上的不同：1)由于鐵磁材料有飽和現(xiàn)象，所以主磁路的磁阻不是常數(shù)，主磁通與建立它的電流之間呈非線性關(guān)系。而漏磁通的磁路大部分是非鐵磁材料組成，所以漏磁路的磁阻基本上是常數(shù)，漏磁通與產(chǎn)生它的電流呈線性關(guān)系。2)主磁通在原、副繞組中均感應(yīng)電動勢，當(dāng)副方接上負(fù)載時便有電功率向負(fù)載輸出，故主磁通起傳遞能量的作用。而漏磁通僅在原繞組中感應(yīng)電動勢，不能傳遞能量，僅起壓降作用。因此，在分析變壓器時常將主磁通和漏磁通分開處理。國家電網(wǎng)國家電網(wǎng)遼寧省電力有限公司根據(jù)電磁感應(yīng)定律可以導(dǎo)出：一次側(cè)繞組感應(yīng)電勢為：E1=4.44fN1φm二次側(cè)繞組感應(yīng)電勢為：E2=4.44fN2φmN1-----一次側(cè)繞組匝數(shù)；N2-----二次側(cè)繞組匝數(shù)；φm---鐵芯中主磁通幅值。由上兩式得出：由此可見，變壓器一、二次側(cè)感應(yīng)電勢之比等于一、二次側(cè)繞組匝數(shù)之比由于變壓器一、二次側(cè)的漏電抗和電阻都比較小，可以忽略不計(jì)，因此可近似地認(rèn)為一次電壓有效值U?≈E?,二次電壓有效值U?≈E?。于是變壓器一、二次側(cè)繞組因匝數(shù)不同將導(dǎo)致一、二次側(cè)繞組的電壓高低不等，匝數(shù)多的一邊電壓高，匝數(shù)少的一邊電壓低，這就是變壓器能夠改變電壓的道理。國家電網(wǎng)國家電網(wǎng)遼寧省電力有限公司如果忽略變壓器的內(nèi)損耗，可認(rèn)為變壓器二次輸出功率等于變壓器一次輸入功率，即：U?I?=U?I?式中I?、I?分別為變壓器一次、二次電流的有效值。由此可得出：由此可見，變壓器一、二次電流之比與一、二次繞組的匝數(shù)比成反比。即變壓器匝數(shù)多的一側(cè)電流小，匝數(shù)少的一側(cè)電流大，也就是電壓高的一側(cè)電流小，電壓低的一側(cè)電流大。國家電網(wǎng)國家電網(wǎng)遼寧省電力有限公司●按用途分類：升壓變壓器、降壓變壓器；●按鐵心結(jié)構(gòu)分類：心式變壓器和殼式變●按鐵心結(jié)構(gòu)分類：心式變壓器和殼式變壓器；●按調(diào)壓方式分類：無載調(diào)壓變壓器、有載調(diào)壓變壓器；·按冷卻介質(zhì)和冷卻方式分類：油浸式變壓器和干式變壓器小型變壓器、中型變壓器、大型變壓器和特大型變壓器。國家電網(wǎng)國家電網(wǎng)遼寧省電力有限公司下圖是我們常見的兩種變壓器：干式變壓器油浸式變壓器國家電網(wǎng)國家電網(wǎng)遼寧省電力有限公司·變壓器的構(gòu)造：變壓器主要由：鐵心、繞組、油箱、附件等組成。國家電網(wǎng)國家電網(wǎng)遼寧省電力有限公司1、鐵心國家電網(wǎng)遼寧省電力有限公司LAONINGELECTRICPOWERCOMPA國家電網(wǎng)遼寧省電力有限公司LAONINGELECTRICPOWERCOMPA國家電網(wǎng)國家電網(wǎng)鐵心在變壓器中構(gòu)成一個閉合的磁路.又是安裝線圈的骨架.對變壓器電磁性能和機(jī)械強(qiáng)度是極為重要的部件。路國家電網(wǎng)遼寧省電力有限公司LAONINGELECTRICPOWERCOMPA國家電網(wǎng)國家電網(wǎng)遼寧省電力有限公司LAONINGELECTRICPOWERCOMPANY·鐵心是變壓器的磁路部分，由鐵心柱(柱上套裝繞組)、鐵軛(連接鐵心以形成閉合磁路)組成，為了減小渦流和磁滯損耗，提高磁路的導(dǎo)磁性，鐵心采0.35mm0.5mm厚的冷軋硅鋼片涂絕緣漆后交錯疊成。·小型變壓器鐵心截面為矩形或方形，大型變壓器鐵心截面為階梯形，這是為了充分利用空間。常用的鐵心疊積圖如圖。圖中(a)為單相雙拄鐵心，(b)單相雙柱雙框鐵心，(c)為三相三柱鐵心，其鐵軛片為一個總共8個接縫中有四個是直接縫，這種大改善，這種接縫方式材料利用率較高，應(yīng)用價(jià)值，(e)為三相三柱全斜接縫鐵心；(f)為三相五柱式(有兩個旁扼),降低鐵心高度的鐵心：(g)為三相雙框式鐵心，國家電網(wǎng)國家電網(wǎng)遼寧省電力有限公司鐵心的構(gòu)成：鐵心由鐵心疊片、絕緣件和鐵心結(jié)構(gòu)件等組成。而鐵心結(jié)構(gòu)件又由夾件墊腳、撐板、拉板、壓釘?shù)冉M成。結(jié)構(gòu)件保證疊片的充分夾緊，形成完整而牢固的鐵心結(jié)構(gòu)。疊片與夾件、墊腳、撐板、拉帶和拉板之間均有絕緣件。國家電網(wǎng)遼寧省電力有限公司LAONINGELECTRICPOWERCOMPA1-拉帶2-接地片3-拉帶4-夾緊螺桿5-上夾件6-拉螺桿7-下夾件8、9-墊腳遼寧省電力有限公司遼寧省電力有限公司LAONINGELECTRICPOWERCOMPA1一夾件2一方鐵3-方鐵絕緣4一枕木變壓器基本結(jié)構(gòu)鐵心接地為避免結(jié)構(gòu)件電位懸浮引起放電，鐵心必須接地，且一點(diǎn)接地。一點(diǎn)接地：避免產(chǎn)生環(huán)流，增加鐵損。接地片為0.3mm厚的紫銅片，寬度為20、30mm或40mm,銅帶表面要搪錫，以減少接觸電阻。粗底高線組低展組高繞組粗底高線組低展組高繞組國家電網(wǎng)國家電網(wǎng)遼寧省電力有限公司LAONINGELECTRICPOWERCOMPANY變壓器鐵芯多點(diǎn)接地的故障特征>過熱造成的溫升，使變壓器油分解，產(chǎn)生的氣體溶解>油中氣體不斷增加并析出(電弧放電故障時，氣體析出量國家電網(wǎng)國家電網(wǎng)遼寧省電力有限公司·繞組是變壓器最基本的組成部分,它與鐵心合稱電力變壓器本體,是建立磁場和傳輸電能的電路部分。電力變壓器繞組由高壓繞組，低壓繞組，對地絕緣層(主絕緣),高、低壓繞組之間絕緣件及由燕尾墊塊，撐條構(gòu)成的油道，高壓引線，低壓引線等構(gòu)成o·一般用絕緣扁銅線或圓銅線包繞絕緣紙?jiān)诶@線模上繞制而成。國家電網(wǎng)國家電網(wǎng)遼寧省電力有限公司LIAONINGELECTRICPOWERCOMPANYLIN導(dǎo)線并聯(lián)：當(dāng)變壓器容量較大時，電流較大，導(dǎo)線并聯(lián)。導(dǎo)線換位：確保并聯(lián)導(dǎo)線間電流分布均勻，長度相等且與漏磁場相交鏈的漏磁鏈相同，則導(dǎo)線在幅向上就必須換位?；旧戏譃榻M合導(dǎo)線和換位導(dǎo)線組合導(dǎo)線：由2~4跟絕緣導(dǎo)線組合在一起，外包公共絕緣，達(dá)到規(guī)定的導(dǎo)線絕緣厚度。換位導(dǎo)線：由多根漆包銅扁線，經(jīng)換位后，外包絕緣紙制成。變壓器基本結(jié)構(gòu)2、繞組的形式基本上分為層式和餅式層式線圈：繞組的線匝沿其軸向依次排列連續(xù)繞制而成的稱為層式線餅式線圈：繞組的線匝沿其輻向連續(xù)繞制而成一餅(段),再由許多餅沿軸向排列組成的繞組稱為餅式線圈國家電網(wǎng)國家電網(wǎng)遼寧省電力有限公司不同容量、不同電壓等級的電力變壓器，繞組形式也不一樣。一般電力變壓器中常采用同心式和交疊式兩種結(jié)構(gòu)形壓壓同心式繞組是把高壓繞組與低壓繞組套在同一個鐵心上，一般是將低壓繞組放在里邊，高壓繞組套在外邊，以便絕緣處理。但大容量輸出電流很大的電力變壓器，低壓繞組引出線的工藝復(fù)雜，往往把低壓繞組放在高壓繞組的外面。同心式繞組結(jié)構(gòu)簡單、繞制方便，故被廣泛采用。按照繞制方法的不同，同心式繞組又可分為圓筒式、螺旋式、連續(xù)式、糾結(jié)式等幾壓壓國家電網(wǎng)國家電網(wǎng)遼寧省電力有限公司LAONINGELECTRICPOWERCOMPANY交疊式繞組又叫交錯式繞組，在同一鐵心上，高壓繞組、低壓繞組交替排列、間隙聚焦國、絕緣較復(fù)雜、包扎工作量較大。它的優(yōu)點(diǎn)是力學(xué)性能較好，引出線的布置和焊接比較方便、漏電抗較小，一般用于電壓為35KV及以下的電爐變壓器中。國家電網(wǎng)國家電網(wǎng)遼寧省電力有限公司LAONINGELECTRICPOWERCOMPANY變壓器高低壓繞組的排列方式，是由多種因素決定的。但就大多數(shù)變壓器來講，是把低壓繞級布置在高壓繞組的里邊。這主要是從絕緣方面考慮的。理論上，不管高壓繞組或低壓繞組怎樣布置，都能起變壓作用。但因?yàn)樽儔浩鞯蔫F芯是接地的，由于低壓繞組靠近鐵芯，從絕緣角度容易做到。如果將高壓繞組靠近鐵芯，則由于高壓繞組電壓很高，要達(dá)到絕緣要求，就需要很多多的絕緣材料和較大的絕緣距離。這樣不但增大了繞組的體積，而且浪費(fèi)了絕緣材料。再者，由于變壓器的電壓調(diào)節(jié)是靠改變高壓繞組的抽頭，即改變其匝數(shù)來實(shí)現(xiàn)的，因此把高壓繞組安置在低壓繞組的外邊，引線也較容易。國家電網(wǎng)國家電網(wǎng)遼寧省電力有限公司LAONINGELECTRICPOWERCOMPANY油箱作用：作為盛油容器，充滿油，放置變壓器器身；作為外殼和骨架；作為散熱元件材料：鋼板焊接。國家電網(wǎng)國家電網(wǎng)遼寧省電力有限公司油箱分類◆鐘罩式、桶式◆波紋式、折彎加強(qiáng)鐵式、板式加強(qiáng)鐵式◆箱沿焊死、不焊死變壓器基本結(jié)構(gòu)油箱電屏蔽和磁屏蔽大容量的變壓器的油箱壁的損耗是相當(dāng)大的，為減少這部分損耗，消除油箱壁的局部過熱，在油箱的內(nèi)部常采用磁屏蔽和電屏蔽。磁屏蔽的原理是利用硅鋼片的高導(dǎo)磁性能構(gòu)成具有較低磁阻的磁分路，使變壓器漏磁通的絕大部分不再經(jīng)油箱而閉合，可以說是基于“疏”的原理。電屏蔽是利用屏蔽材料(一般為銅板)的高電導(dǎo)率所產(chǎn)生的渦流反磁場來阻止變壓器漏磁通進(jìn)入油箱壁，它的立足點(diǎn)是基于“堵”。變壓器基本結(jié)構(gòu)(1)變壓器應(yīng)裝有氣體繼電器和速動油壓繼電器；(3)帶有套管式電流互感器的變壓器應(yīng)供給信號測量和保護(hù)裝置輔助回路用端子箱；(4)有載調(diào)壓變壓器的有載分接開關(guān)應(yīng)有自己的保護(hù)裝置；(5)變壓器所有管道最高處或容易窩氣處應(yīng)設(shè)有放氣塞；(6)在油箱上中下部應(yīng)有油樣活門，位置依容量定。變壓器底部均有排油裝置；(7)變壓器鐵芯和金屬結(jié)構(gòu)零件均應(yīng)通過油箱可靠接地，變壓器油箱應(yīng)保證兩點(diǎn)接地(分別位于油箱長軸或短軸兩側(cè))接地處應(yīng)有明顯的接地標(biāo)志或字樣；(8)變壓器上下部應(yīng)裝有濾油閥(成對角線放置),下部還應(yīng)裝有放油閥；國家電網(wǎng)國家電網(wǎng)遼寧省電力有限公司LAONINGELECTRICPOWERCOMPANY分接開關(guān)調(diào)壓方式有無勵磁調(diào)壓和有載調(diào)壓兩種。無勵磁調(diào)壓時，不是變壓器二次不帶負(fù)載，而是把變壓器各側(cè)都與電網(wǎng)斷開，在變壓器無勵磁情況下變換繞組的分接頭；有載調(diào)壓時，變壓器時在不中斷負(fù)載的情況下進(jìn)行變換繞組的分接頭。變壓器基本結(jié)構(gòu)%或±2×2.5%。根據(jù)使用要求，在調(diào)壓范圍和級數(shù)不變的壓變壓器在額定電壓±5%范圍內(nèi)改變分接位置運(yùn)行時，其額定容量不變。如為-7%和+10%分接時，其容量按制造廠的規(guī)定；如無制造廠規(guī)定，則容量應(yīng)相應(yīng)降低2.5%和5%。國家電網(wǎng)遼寧省電力有限公司國家電網(wǎng)國家電網(wǎng)遼寧省電力有限公司LAONINGELECTRICPOWERCOMPANY當(dāng)變壓器油的體積隨著油的溫度膨脹或減小時，油枕起著調(diào)節(jié)油量，保證變壓器油箱內(nèi)經(jīng)常充滿油的作用。如沒有油枕，油箱內(nèi)的油面波動就會帶來一下不利因素：一是油面降低時露出鐵芯和線圈部分會影響散熱和絕緣；二是隨著油面波動空氣從箱蓋縫里排出和吸進(jìn)，而由于上層油溫很高，使油很快地氧化和受潮。油枕的油面比油箱的油面要小，這樣，可以減少油和空氣的接觸面，防止油被過速地氧化和受潮。三是油枕的油在平時幾乎不參加油箱內(nèi)的循環(huán)，它的溫度要比油箱內(nèi)的上層油溫的低的多，油的氧化過程也慢的多，因此有了油枕，可以防止油的過速氧化。國家電網(wǎng)國家電網(wǎng)遼寧省電力有限公司LAONINGELECTRICPOWERCOMPANY氣體繼電器>故障時，熱量會使變壓器油汽化，觸動氣體繼電器發(fā)出報(bào)警信號或切斷電源。國家電網(wǎng)國家電網(wǎng)遼寧省電力有限公司LIAONINGELECTRICPOWERCOMPANYLIN吸濕器又名呼吸器，常用吸濕器為吊式吸濕器結(jié)構(gòu)。吸濕器內(nèi)裝有吸附劑硅膠，油枕內(nèi)的絕緣油通過吸濕器與大氣連通，內(nèi)部吸附劑吸收空氣中的水分和雜質(zhì)，以保持絕緣油的良好性能。國家電網(wǎng)國家電網(wǎng)遼寧省電力有限公司凈油器凈油器又名熱吸虹器，是用鋼板焊接成圓筒形的小油罐，罐內(nèi)也裝有硅膠或活性氧化鋁吸附劑。當(dāng)油溫變化而上下流動時，經(jīng)過凈油器達(dá)到吸取油中水分、渣滓、酸、氧化物的凈油器安裝再變壓器上部時凈化效率高，裝在下部時易于更換，安裝位置視情況而定。國家電網(wǎng)國家電網(wǎng)遼寧省電力有限公司LAONINGELECT