变压器的原理与结构

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时间:2018-11-28

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1、项目三变压器任务一变压器的原理与结构任务二变压器的空载运行任务三变压器的负载运行任务四变压器的等效电路任务五变压器的标么值任务六变压器参数的测定任务七变压器的运行性能任务八三相变压器任务九变压器的并联运行任务十特殊用途变压器思考题与习题任务一变压器的原理与结构3.1.1变压器的用途与分类1.变压器的用途变压器是电力系统中的重要元件。发电机发出的电压受其绝缘条件的限制不可能太高,一般为6.3~27kV左右。要想把发出的大功率电能直接送到很远的用电区去,需用升压变压器把发电机的端电压升到较高的输电电压,这是因为

2、输出功率P一定时,电压U愈高,则线路电流I愈小,于是不仅可以减小输电线的截面积,节省导电材料的用量,而且还可减小线路的功率损耗。因此,远距离输电时利用变压器将电压升高是最经济的方法。一般来说,当输电距离越远、输送的功率越大时,要求的输电电压也越高。电能送到用电地区后,还要用降压变压器把输电电压降低为配电电压,然后再送到各用电分区,最后再经配电变压器把电压降到用户所需要的电压等级,供用户使用。为了把两个不同电压等级的电力系统彼此联系起来,常常用到三绕组变压器。此外,为了保证用电的安全和合乎用电器件的电压要求,还

3、有各种专门用途的变压器,如自耦变压器、互感器、隔离变压器及各种专用变压器(如用于电焊、电炉等的变压器)等。由此可见,变压器的用途十分广泛,除了用于改变电压外,还可用来改变电流(如电流互感器)、变换阻抗(如电子设备中的输出变压器)。2.变压器的分类变压器在国民经济各个部门中应用非常广泛,品种、规格也很多,通常根据变压器的用途、绕组数目、铁心结构、相数、调压方式、冷却方式等划分类别。(1)按用途分类,变压器可分为电力变压器、特种变压器、仪用互感器、调压器、高压试验变压器等。(2)按绕组数分类,变压器可分为双绕组

4、、三绕组、多绕组变压器以及自耦变压器。(3)按铁心结构分类,变压器可分为心式和壳式变压器。(4)按相数分类,变压器可分为单相变压器和三相变压器。(5)按调压方式分类,变压器可分为无励磁调压变压器和有载调压变压器。(6)按冷却方式和冷却介质分类,变压器可分为以空气为冷却介质的干式变压器、以油为冷却介质的油浸式变压器(包括油浸自冷式、油浸风冷式、油浸强迫油循环式等)和充气式冷却变压器。(7)按容量分类,变压器可分为小型变压器(容量为10~630kVA)、中型变压器(容量为800~6300kVA)、大型变压器(容

5、量为8000~63000kVA)和特大型变压器(容量在90000kVA以上)。3.1.2变压器的基本结构1.变压器的基本工作原理一般情况下,变压器都有铁心和绕组(线圈)两个主要部件。图3.1.1所示为一单相变压器原理图,两个相互绝缘的绕组套在一个共同的铁心上,它们之间只有磁的耦合,没有电的联系。其中与交流电源相接的绕组称为原绕组或一次绕组,也简称原边或初级;与用电设备(负载)相接的绕组称为副绕组或二次绕组,也简称副边或次级。图3.1.1单相变压器原理图一次侧通入电流产生交变磁通,感应出电动势e1,二次侧与

6、一次侧产生的磁通交链进而产生感应电动势e2,有(3.1.1)由上式可得可见原、副绕组感应电动势的大小正比于各自绕组的匝数,而绕组的感应电动势近似于各自的电压。因此,只要改变绕组匝数比,就能改变电压,这就是变压器的变压原理。2.变压器的主要结构变压器的主要构成部分有:铁心、绕组、绝缘套管、油箱及其他附件等。其中铁心和绕组是变压器的主要部件,称为器身。图3.1.2所示是油浸式电力变压器的外形图。图3.1.2油浸式电力变压器的外形图1)铁心铁心构成了变压器的磁路,同时又是套装绕组的骨架。铁心分为铁心柱和铁轭两部

7、分。铁心柱上套绕组,铁轭将铁心柱连接起来形成闭合磁路。为了减少铁心中的磁滞、涡流损耗,提高磁路的导磁性能,铁心一般用高磁导率的磁性材料——硅钢片叠装而成。硅钢片有热轧和冷轧两种,其厚度为0.35~0.5mm,两面涂以厚0.02~0.23mm的漆膜,使片与片之间绝缘。变压器铁心的结构有心式、壳式和渐开线式等形式。心式结构的特点是铁心柱被绕组包围,如图3.1.3所示。壳式结构的特点是铁心包围绕组顶面、底面和侧面,如图3.1.4所示。壳式结构的变压器机械强度较好,但制造复杂。由于心式结构比较简单,绕组装配及绝缘比较容

8、易,因而电力变压器的铁心主要采用心式结构。图3.1.3心式变压器的绕组和铁心(a)单相;(b)三相图3.1.4壳式变压器绕组和铁心的结构示意图(a)单相;(b)三相变压器的铁心一般是将硅钢片剪成一定形状,然后把铁柱和铁轭的钢片一层一层地交错重叠制成的,如图3.1.5所示。采用交错式叠法减小了相邻层的接缝,从而减小了励磁电流。这种结构的夹紧装置简单经济,可靠性高,因此国产变压器普遍采用叠

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