电力变压器基本工作原理和结构课件.ppt

1、电力变压器基本工作原理和结构电力变压器基本工作原理和结构变压器是根据电磁感应原理工作的。变压器是根据电磁感应原理工作的。单相变压器的原理图单相变压器的原理图 图中在闭合的铁芯上，绕有两个互相绝缘的绕组，其中，图中在闭合的铁芯上，绕有两个互相绝缘的绕组，其中，接入电源的一侧叫一次侧绕组，输出电能的一侧为二次侧绕接入电源的一侧叫一次侧绕组，输出电能的一侧为二次侧绕组。当交流电源电压组。当交流电源电压U1U1加到一次侧绕组后，就有交流电流加到一次侧绕组后，就有交流电流I I1 1通过该绕组，在铁芯中产生交变磁通通过该绕组，在铁芯中产生交变磁通，这个交变磁通不仅，这个交变磁通不仅穿过一次侧绕组，同时也

2、穿过二次侧绕组，两个绕组分别产穿过一次侧绕组，同时也穿过二次侧绕组，两个绕组分别产生感应电势生感应电势E E1 1和和E E2 2，。这时，如果二次侧绕组与外电路的负荷，。这时，如果二次侧绕组与外电路的负荷接通，便有电流接通，便有电流I I2 2，流入负荷，即二次侧绕组有电能输出。，流入负荷，即二次侧绕组有电能输出。主磁通和漏磁通在性质上的不同：主磁通和漏磁通在性质上的不同：1 1）由于铁磁材料有饱和现象，所以主磁路的磁阻不是常）由于铁磁材料有饱和现象，所以主磁路的磁阻不是常数，数，主磁通与建立它的电流之间呈非线性关系主磁通与建立它的电流之间呈非线性关系。而漏磁通。而漏磁通的磁路大部分是非铁磁

3、材料组成，所以漏磁路的磁阻基本的磁路大部分是非铁磁材料组成，所以漏磁路的磁阻基本上是常数，上是常数，漏磁通与产生它的电流呈线性关系漏磁通与产生它的电流呈线性关系。2 2）主磁通在原、副绕组中均感应电动势，当副方接上负）主磁通在原、副绕组中均感应电动势，当副方接上负载时便有电功率向负载输出，故主磁通起传递能量的作用载时便有电功率向负载输出，故主磁通起传递能量的作用。而漏磁通仅在原绕组中感应电动势，不能传递能量，仅。而漏磁通仅在原绕组中感应电动势，不能传递能量，仅起压降作用。因此，在分析变压器时常将主磁通和漏磁通起压降作用。因此，在分析变压器时常将主磁通和漏磁通分开处理。分开处理。根据电磁感应定律

4、可以导出根据电磁感应定律可以导出:一次侧绕组感应电势为一次侧绕组感应电势为:E1=4.44fN1m:E1=4.44fN1m 二次侧绕组感应电势为二次侧绕组感应电势为:E2=4.44fN2m:E2=4.44fN2m 式中式中:f-:f-电源频率电源频率;N1-N1-一次侧绕组匝数一次侧绕组匝数;N2-N2-二次侧绕组匝数二次侧绕组匝数;m-m-铁芯中主磁通幅值。铁芯中主磁通幅值。由上两式得出由上两式得出:由此可见，变压器一、二次侧感应电势之比等由此可见，变压器一、二次侧感应电势之比等于一、二次侧绕组匝数之比于一、二次侧绕组匝数之比 2121NNEE由于变压器一、二次侧的漏电抗和电阻都比较小，可以

5、由于变压器一、二次侧的漏电抗和电阻都比较小，可以忽略不计，因此可近似地认为一次电压有效值忽略不计，因此可近似地认为一次电压有效值U U1 1EE1 1，二，二次电压有效值次电压有效值U U2 2EE2 2。于是。于是KNNEEUU212121式中式中:K-:K-变压器的变比。变压器的变比。变压器一、二次侧绕组因匝数不同将导致一、二次侧绕变压器一、二次侧绕组因匝数不同将导致一、二次侧绕组的电压高低不等，匝数多的一边电压高，匝数少的一边组的电压高低不等，匝数多的一边电压高，匝数少的一边电压低，这就是变压器能够改变电压的道理。电压低，这就是变压器能够改变电压的道理。如果忽略变压器的内损耗，可认为变压

6、器二次输出功率如果忽略变压器的内损耗，可认为变压器二次输出功率等于变压器一次输入功率，即等于变压器一次输入功率，即:U:U1 1I I1 1=U=U2 2I I2 2 式中式中I I1 1、I I2 2分别为变压器一次、二次电流的有效值。分别为变压器一次、二次电流的有效值。由此可得出：由此可得出：由此可见，变压器一、二次电流之比与一、二次绕组的匝数比由此可见，变压器一、二次电流之比与一、二次绕组的匝数比成反比。即变压器匝数多的一侧电流小，匝数少的一侧电流大成反比。即变压器匝数多的一侧电流小，匝数少的一侧电流大，也就是电压高的一侧电流小，电压低的一侧电流大。，也就是电压高的一侧电流小，电压低的一

7、侧电流大。KNNII11221 变压器的分类：按用途分类：升压变压器、降压变压器；按相数分类：单相变压器和三相变压器；按线圈数分类：双线圈变压器、三线圈变压器和自耦变压器；按铁心结构分类：心式变压器和壳式变压器；按调压方式分类：无载调压变压器、有载调压变压器；按冷却介质和冷却方式分类：油浸式变压器和干式变压器等；按容量大小分类：小型变压器、中型变压器、大型变压器和特大型变压器。下图是我们常见的两种变压器：干式变压器干式变压器油浸式变压器油浸式变压器 变压器的构造：变压器主要由：铁心、绕组、油箱、附件等组成。变压器的主体构造：1、铁心 2、绕组铁心在变压器中构成一个闭合的磁路又是安装线圈的铁心在

8、变压器中构成一个闭合的磁路又是安装线圈的骨架对变压器电磁性能和机械强度是极为重要的部件。骨架对变压器电磁性能和机械强度是极为重要的部件。铁心的作用 是变压器的主磁路铁心的材料 0.350.5mm厚的硅钢片 铁心形式 电力变压器主要采用心式结构 铁心是变压器的磁路部分，由铁心柱（柱上套装绕组）、铁轭（连接铁心以形成闭合磁路）组成，为了减小涡流和磁滞损耗，提高磁路的导磁性，铁心采0.35mm0.5mm厚的冷轧硅钢片涂绝缘漆后交错叠成。小型变压器铁心截面为矩形或方形，大型变压器铁心截面为阶梯形，这是为了充分利用空间。常用的铁心叠积图如图。图中(a)为单相双拄铁心，(b)单相双柱双框铁心，(c)为三相

9、三柱铁心，其铁轭片为一个整片，只适用于容量较小铁心尺寸不大变压器；(d)为三相三柱半直半斜接缝铁心，总共8个 接缝中有四个是直接缝，这种叠积方式在降低铁心损耗方面不如全斜接缝，但比全直接缝的老式叠积图有较大改善，这种接缝方式材料利用率较高，且较易于叠装，因此在一定条件下仍有应用价值，(e)为三相三柱全斜接缝铁心；(f)为三相五柱式(有两个旁扼)，降低铁心高度的铁心：(g)为三相双框式铁心，(h)为单相四柱式铁心(有两个旁轭)。铁心的构成:铁心由铁心叠片、绝缘件和铁心结构件等组成。而铁心结构件又由夹件垫脚、撑板、拉板、压钉等组成。结构件保证叠片的充分夹紧，形成完整而牢固的铁心结构。叠片与夹件、垫

10、脚、撑板、拉带和拉板之间均有绝缘件。1-拉带 2-接地片3-拉带4-夹紧螺杆5-上夹件6-拉螺杆7-下夹件8、9-垫脚10-绑扎带铁心接地 为避免结构件电位悬浮引起放电，铁心必须接地，且一点接地。一点接地：避免产生环流，增加铁损。接地片为0.3mm厚的紫铜片，宽度为20、30mm或40mm，铜带表面要搪锡，以减少接触电阻。变压器铁芯多点接地的故障特征 铁芯局部过热，使铁芯损耗增加，甚至烧坏；过热造成的温升，使变压器油分解，产生的气体溶解于油中，引起变压器油性能下降，油中总烃大大超标；油中气体不断增加并析出(电弧放电故障时，气体析出量较之更高、更快)，可能导致气体继电器动作发信号，甚至使变压器跳

11、闸。绕组：绕组是变压器最基本的组成部分，它与铁心合称电力变压器本体，是建立磁场和传输电能的电路部分。电力变压器绕组由高压绕组，低压绕组，对地绝缘层（主绝缘），高、低压绕组之间绝缘件及由燕尾垫块，撑条构成的油道，高压引线，低压引线等构成。一般用绝缘扁铜线或圆铜线包绕绝缘纸在绕线模上绕制而成。1、导线导线并联：当变压器容量较大时，电流较大，导线并联。导线换位：确保并联导线间电流分布均匀，长度相等且与漏磁场相交链的漏磁链相同，则导线在幅向上就必须换位。基本上分为组合导线和换位导线 组合导线：由24跟绝缘导线组合在一起，外包公共绝缘，达到规定的导线绝缘厚度。换位导线：由多根漆包铜扁线，经换位后，外包绝

12、缘纸制成。2、绕组的形式 基本上分为层式和饼式 层式线圈：绕组的线匝沿其轴向依次排列连续绕制而成的称为层式线圈。饼式线圈：绕组的线匝沿其辐向连续绕制而成一饼(段)，再由许多饼沿轴向排列组成的绕组称为饼式线圈不同容量、不同电压等级的电力变压器，绕组形式也不一样。一般电力变压器中常采用同心式和交叠式两种结构形式。同心式绕组是把高压绕组与低压绕组套在同一个铁心上，一般是将低压绕组放在里边，高压绕组套在外边，以便绝缘处理。但大容量输出电流很大的电力变压器，低压绕组引出线的工艺复杂，往往把低压绕组放在高压绕组的外面。同心式绕组结构简单、绕制方便，故被广泛采用。按照绕制方法的不同，同心式绕组又可分为圆筒式

13、、螺旋式、连续式、纠结式等几种。交叠式绕组又叫交错式绕组，在同一铁心上，高压绕组、低压绕组交替排列、间隙聚焦国、绝缘较复杂、包扎工作量较大。它的优点是力学性能较好，引出线的布置和焊接比较方便、漏电抗较小，一般用于电压为35KV及以下的电炉变压器中。变压器高低压绕组的排列方式，是由多种因素决定的。但就大多数变压器来讲，是把低压绕级布置在高压绕组的里边。这主要是从绝缘方面考虑的。理论上，不管高压绕组或低压绕组怎样布置，都能起变压作用。但因为变压器的铁芯是接地的，由于低压绕组靠近铁芯，从绝缘角度容易做到。如果将高压绕组靠近铁芯，则由于高压绕组电压很高，要达到绝缘要求，就需要很多多的绝缘材料和较大的绝

14、缘距离。这样不但增大了绕组的体积，而且浪费了绝缘材料。再者，由于变压器的电压调节是靠改变高压绕组的抽头，即改变其匝数来实现的，因此把高压绕组安置在低压绕组的外边，引线也较容易。作用：作为盛油容器盛油容器，充满油，放置变压器器身；作为外壳和骨架；作为散热元件散热元件 材料：钢板焊接。油箱 油箱分类 钟罩式、桶式 波纹式、折弯加强铁式、板式加强铁式 箱沿焊死、不焊死 油箱电屏蔽和磁屏蔽 大容量的变压器的油箱壁的损耗是相当大的，为减少这部分损耗，消除油箱壁的局部过热，在油箱的内部常采用磁屏蔽和电屏蔽。磁屏蔽的原理是利用硅钢片的高导磁性能构成具有较低磁阻的磁分路，使变压器漏磁通的绝大部分不再经油箱而闭

15、合，可以说是基于“疏”的原理。电屏蔽是利用屏蔽材料（一般为铜板）的高电导率所产生的涡流反磁场来阻止变压器漏磁通进入油箱壁，它的立足点是基于“堵”。油箱主要组件(1)变压器应装有气体继电器和速动油压继电器；(2)变压器应装有压力释放阀；(3)带有套管式电流互感器的变压器应供给信号测量和保护装置辅助回路用端子箱；(4)有载调压变压器的有载分接开关应有自己的保护装置；(5)变压器所有管道最高处或容易窝气处应设有放气塞；(6)在油箱上中下部应有油样活门，位置依容量定。变压器底部均有排油装置；(7)变压器铁芯和金属结构零件均应通过油箱可靠接地，变压器油箱应保证两点接地（分别位于油箱长轴或短轴两侧）接地处

16、应有明显的接地标志或字样；(8)变压器上下部应装有滤油阀（成对角线放置），下部还应装有放油阀；调压方式有无励磁调压和有载调压两种。无励磁调压时，不是变压器二次不带负载，而是把变压器各侧都与电网断开，在变压器无励磁情况下变换绕组的分接头；有载调压时，变压器时在不中断负载的情况下进行变换绕组的分接头。分接开关 变压器无励磁分接开关的额定电压范围较窄，调节级数较少。额定调压范围以变压器额定电压的百分数表示为5或22.5。根据使用要求，在调压范围和级数不变的情况下，允许增加负分接级数，减少正分接级数。无励磁调压变压器在额定电压5范围内改变分接位置运行时，其额定容量不变。如为7和10%分接时，其容量按制

17、造厂的规定；如无制造厂规定，则容量应相应降低2.5和5。油枕变压器油枕有三种形式：波纹式、胶囊式、隔膜式。当变压器油的体积随着油的温度膨胀或减小时，油枕起着调节油量，保证变压器油箱内经常充满油的作用。如没有油枕，油箱内的油面波动就会带来一下不利因素：一是油面降低时露出铁芯和线圈部分会影响散热和绝缘；二是随着油面波动空气从箱盖缝里排出和吸进，而由于上层油温很高，使油很快地氧化和受潮。油枕的油面比油箱的油面要小，这样，可以减少油和空气的接触面，防止油被过速地氧化和受潮。三是油枕的油在平时几乎不参加油箱内的循环，它的温度要比油箱内的上层油温的低的多，油的氧化过程也慢的多，因此有了油枕，可以防止油的过

18、速氧化。气体继电器 故障时,热量会使变压器油汽化,触动气体继电器发出报警信号或切断电源。吸湿器又名呼吸器，常用吸湿器为吊式吸湿器结构。吸湿器内装有吸附剂硅胶，油枕内的绝缘油通过吸湿器与大气连通，内部吸附剂吸收空气中的水分和杂质，以保持绝缘油的良好性能。净油器又名热吸虹器，是用钢板焊接成圆筒形的小油罐，罐内也装有硅胶或活性氧化铝吸附剂。当油温变化而上下流动时，经过净油器达到吸取油中水分、渣滓、酸、氧化物的作用。净油器安装再变压器上部时净化效率高，装在下部时易于更换，安装位置视情况而定。净油器压力释放阀的作用使当变压器内部发生故障时，将油里分解出来的气体及时排出，以防止变压器内部压力骤然增高而引起

19、油箱爆炸或变形。目前油浸式电力变压器均装有压力释放阀。压力释放阀散热器油浸式变压器冷却装置包括散热器和冷却器，不带强油循环的称为散热器，带强油循环的称为冷却器。散热器分为片式散热器和扁管散热器片式散热器是用板料厚度为1mm的波形冲片，靠上下集油盒或油管焊接组成。20KVA以下的油浸式电力变压器，平顶油箱的散热面已足够，50200KVA的油浸式电力变压器可采用固定式散热器；2006300KVA以上油浸式电力变压器，可采用可拆式片式散热器，散热器通过法兰盘固定再油箱壁上。当变压器上层油温与下部油温产生温差时，通过冷却器形成油温对流，经冷却器冷却后流回油箱，起到降低变压器温度的作用。冷却器有强油风冷却器、新型大容量风冷却器、强油水冷却器 绝缘套管作用：高压引线与接地油箱绝缘。材料:一般为瓷质。分类：电容式和非电容式油-空气、油-SF6、油-油、SF6-SF6 其他组件保护装置：在线监测（油色谱、介损、局部放电、铁心多点接地、套管等）。充氮灭火装置：代替水喷雾作为消防主要手段。