第3章第一節(jié)變壓器的原理結(jié)構(gòu)及冷卻方式

第一節(jié)變壓器的原理、

分類及冷卻方式變壓器的工作原理01變壓器的分類02變壓器的冷卻方式03CONTENTSPart1變壓器的工作原理

一、變壓器的工作原理1、變壓器的用途發(fā)電機11kv升壓變壓器110kv三繞組變壓器230kv去系統(tǒng)另一部分降壓變壓器11kv配電變壓器其他負載D電力系統(tǒng)中變壓器的使用一、變壓器的工作原理1、變壓器的用途在自動控制系統(tǒng)中常用的變壓器有小功率電源變壓器和作為信號傳遞的信號變壓器：脈沖變壓器、輸入輸出變壓器等。在電力系統(tǒng)中用的變壓器是作為電能之間的轉(zhuǎn)換，為電力變壓器。在控制系統(tǒng)中用的變壓器的容量小，多為不超過幾千伏安的單相變壓器；電力變壓器的容量大，為幾千伏安以上。

一、變壓器的工作原理2、變壓器的基本工作原理

變壓器的主要部件是鐵心和套在鐵心上的兩個繞組。兩繞組只有磁耦合沒電聯(lián)系。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)電動勢。1、匝數(shù)相同能否變壓？2、直流能否變壓？(1)構(gòu)造示意圖(1)閉合鐵芯

(絕緣硅鋼片疊合而成)(2)原線圈(初級線圈)

其匝數(shù)用n1表示與交變電源相連(3)副線圈(次級線圈)

其匝數(shù)用n2表示與負載相連(4)輸入電壓U1

輸出電壓U2原線圈副線圈鐵芯U1U2

n1n2∽一、變壓器的工作原理

變壓器通過閉合鐵芯，利用互感現(xiàn)象實現(xiàn)了：電能→磁場能→電能轉(zhuǎn)化

(U1、I1)(變化的磁場)(U2、I2)原線圈副線圈鐵芯U1U2

n1n2∽0ett1t2t3t4一、變壓器的工作原理(2)互感現(xiàn)象理解：（1）互感現(xiàn)象：在變壓器原、副線圈中由于有交變電流而發(fā)生互相感應(yīng)的現(xiàn)象，叫做互感現(xiàn)象．（2）互感現(xiàn)象是變壓器工作的基礎(chǔ)．變壓器通過閉合鐵芯，利用互感現(xiàn)象實現(xiàn)了電能到磁場能再到電能的轉(zhuǎn)化．（3）變壓器只能工作在交流電路．如果變壓器接入直流電路，在鐵芯中不會產(chǎn)生交變的磁通量，沒有互感現(xiàn)象出現(xiàn)，所以變壓器僅工作于交流電路．一、變壓器的工作原理若不考慮原副線圈的內(nèi)阻有

U1=E1

U2=E2

I1U2U1n1n2I2R~原線圈副線圈鐵芯U1U2

n1n2∽一、變壓器的工作原理(3)理想變壓器

如果在能量轉(zhuǎn)化的過程中能量損失很小，能夠略去原、副線圈的電阻，以及各種電磁能量損失，這樣的變壓器我們稱之為理想變壓器。

原、副線圈中通過的磁通量始終相同(無漏磁),因此產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢分別是：用電器額定工作電壓用電器額定工作電壓隨身聽3V機床上的照明燈36V掃描儀12V防身器3000V手機充電器4.2V4.4V5.3V黑白電視機顯像管幾萬伏錄音機6V9V12V彩色電視機顯像管十幾萬伏一、變壓器的工作原理(4)生活中各種直流或者交流電壓1、n2

>n1U2>U1——升壓變壓器2、n2

=n1U2=U1——等壓變壓器3、n2<n1U2<U1——降壓變壓器變壓器在能量傳遞過程中損耗較小一、變壓器的工作原理(5)變壓器的變壓比K

原邊加額定電壓，副邊開路、負載電流為零時的運行情況，稱為變壓器的空載運行。一、電磁關(guān)系分析Φme1e2e1σΦ1σu1u2i0i2=0變壓器空載運行2、變壓器的等效電路一、同步發(fā)電機的工作原理(1)變壓器的空載運行二、正方向規(guī)定（1）原邊繞組內(nèi)電流的正方向與電源電壓正方向一致；（2）按右手螺旋關(guān)系，正方向的電流產(chǎn)生正方向的磁通；（3）感應(yīng)電勢正方向與產(chǎn)生該電動勢的磁通方向之間符合右手螺旋關(guān)系，故感應(yīng)電勢與電流正方向一致。副邊：（1）副邊繞組感應(yīng)電勢正方向與產(chǎn)生該電動勢的磁通正方向之間符合右手螺旋關(guān)系；（2）副邊繞組電流正方向與副邊繞組電動勢正方向一致；（3）副邊繞組端電壓的正方向與電流正方向一致。一、同步發(fā)電機的工作原理三、主、漏磁通的區(qū)別(1)性質(zhì)上

Φ0與I0成非線性關(guān)系，

Φ1σ與I0成線性關(guān)系；(2)數(shù)量上

Φ0占99%以上，Φ1σ僅占1%以下；(3)作用上

Φ0起傳遞能量的作用，

Φ1σ起漏抗壓降作用。一、同步發(fā)電機的工作原理四、等效電路U1.I0.r1x1E1.一次側(cè)等效電路U1.I0.r1x1E1.變壓器空載等效電路Rmxm空載狀態(tài)運行的變壓器可近似為一個鐵心電感接于電網(wǎng)。xmx1rmr1xmrm>>>>>>磁滯、渦流效應(yīng)建立空載磁通一、同步發(fā)電機的工作原理（1）主磁通大小由電源電壓、電源頻率和一次線圈匝數(shù)決定，與磁路所用的材質(zhì)及幾何尺寸基本無關(guān)。（2）空載電流大小與主磁通、線圈匝數(shù)及磁路的磁阻有關(guān)，鐵心所用材料的導(dǎo)磁性能越好，空載電流越小。（3）電抗是聯(lián)系電氣量（電動勢)與磁場量（磁通）的橋梁。感應(yīng)電動勢可用電抗壓降的形式表示。五、結(jié)論一、同步發(fā)電機的工作原理原邊接入電源、副邊接負載阻抗ZL時的運行情況，稱為變壓器的負載運行。一、電磁關(guān)系分析ΦmE1E1σΦ1σU1U2I1I2變壓器負載運行......E2E2σ..Φ2σ..ZL(1)變壓器的負載運行一、同步發(fā)電機的工作原理變壓器負載運行時的磁動勢、磁通、電動勢之間的關(guān)系磁動勢磁通電動勢一次繞組二次繞組一、同步發(fā)電機的工作原理U1.I1.r1E1.變壓器負載時的電路圖r2U2.I2.E2.由圖可見：變壓器一、二次繞組的電路是獨立的，只有磁的聯(lián)系，沒有電的聯(lián)系，不便于計算。x1σx2σo1o2二、變壓器等效電路一、同步發(fā)電機的工作原理歸算后的基本方程式根據(jù)歸算后的基本方程畫出的部分等效電路得到變壓器T型等效電路圖U1.I1.r1x1E1.rmxmI0.r’2x’2U’z.I’2.E’2.I1+.I’2.=I0.E1=.E’2=.-I0.Zm.一、同步發(fā)電機的工作原理三、變壓器帶負載T型等效電路ZL'＋U1－I1R1jX1－

E1

=E2'＋I0－U2'

＋jX2'

R2'I2'一、同步發(fā)電機的工作原理四、

簡化等效電路

該電路用于滿載或接近滿載運行時的分析、計算。I0很小，I1≈I2ZL'＋U1－

I1＝－I2'RkjXk－U2'

＋一、同步發(fā)電機的工作原理Part2變壓器的分類

變壓器的外型和器身圖二、變壓器的分類電力變壓器的類別——用途分配電變壓器升壓變壓器降壓變壓器（一）電力變壓器二、變壓器的分類試驗、儀用等變壓器(二)特種變壓器電爐、整流變壓器二、變壓器的分類電力變壓器的類別——用途分電力變壓器類別-線圈數(shù)目分雙繞組變壓器，在鐵芯中有兩個繞組，一個為初級繞組，一個為次級繞組

自耦變壓器，初級、次級繞組合為一個

三繞組變壓器，三個繞組連接三種不同電壓的線路多繞組變壓器，如分裂變壓器二、變壓器的分類電力變壓器類別-相數(shù)單相變壓器三相變壓器二、變壓器的分類電力變壓器類別-調(diào)壓方式有載調(diào)壓變壓器無載調(diào)壓變壓器二、變壓器的分類電力變壓器類別-冷卻方式油浸式變壓器——鐵芯和繞組都一起浸入灌滿了變壓器油的油箱中，可以加強絕緣和改善冷卻散熱條件（大容量）干式變壓器

——能滿足特殊要求，如安全（小容量變壓器）充氣式變壓器——絕緣性能優(yōu)于油浸式（大容量）二、變壓器的分類干式變壓器油浸式變壓器電力變壓器類別-冷卻方式強迫油循環(huán)電力變壓器二、變壓器的分類Part3變壓器的冷卻方式

三、變壓器的冷卻方式1、油浸自冷(ONAN)

油浸變壓器的散熱過程是這樣的，鐵芯和線圈把熱量首先傳給在其附近的油，使油的溫度升高。溫度高的油體積增加，比重減小，就向油箱的上部運動。冷油將自然運動補充到熱油原來的位置。而熱油沿箱壁或散熱器管將熱量放出，經(jīng)箱壁或管壁被周圍的空氣帶走，溫度降低后又回到油箱下部參加循環(huán)。這樣，因油溫的差別，產(chǎn)生了油的自然循環(huán)流動。油浸自冷式的變壓器依靠油箱壁（或散熱器管壁）的輻射，和變壓器周圍空氣的自然對流，把熱量從油箱表面帶走。這種變壓器為了增加散熱表面，有的箱壁做成波狀,有的焊上管子，有的裝散熱器，以促進油的對流。三、變壓器的冷卻方式2、油浸風(fēng)冷(ONAF)

在散熱器上裝風(fēng)扇，用吹風(fēng)扇的方法使空氣加快流動，借此來增大散熱能力的就屬風(fēng)冷式。吹風(fēng)可使對流散熱增加8.5倍。同一臺變壓器，用了吹風(fēng)以后，容量可提高30%以上。3、強迫油循環(huán)水冷(OFWF)用變壓器油泵強迫油循環(huán)，使油流經(jīng)水冷卻器進行散熱的冷卻方法。三、變壓器的冷卻方式4、強迫油循環(huán)風(fēng)冷(OFAF)如果單純想法降低油的溫度而不增加油流的速度，那是達不到所希望的冷卻效果的。因油溫降到一定程度時，其粘度增加，粘度大會使散熱效果變差。而人為地加快油流速度，就會使散熱加快。強迫油循環(huán)冷卻方式就是在油路中加入了使油的流速加快的動力—油泵。

強迫油循環(huán)風(fēng)冷的變壓器則是將風(fēng)冷卻器裝于變壓器油箱壁上或獨立的支架上。經(jīng)冷卻器內(nèi)的油采用風(fēng)扇冷卻。為了防止油泵的漏油和漏氣，目前廣泛采用潛油泵和潛油電動機。潛油泵安裝在冷卻器的下面，泵的吸入端直接裝在第一個油回路（冷卻器為多回路的）上，吐出端通過裝有流動繼電器的聯(lián)管接至第二回路。流動繼電器的作用是，當潛油泵發(fā)生故障，油流停止時，發(fā)出信號和投入備用冷卻器。三、變壓器的冷卻方式4、強迫導(dǎo)向油循環(huán)風(fēng)冷(ODAF)強迫油循環(huán)導(dǎo)向冷卻：這種冷卻方式基本上還屬于上述強迫油循環(huán)類型的，其主要區(qū)別在于變壓器器身部分的油路不同。普通的油冷卻變壓器油箱內(nèi)油路較亂，油沿著線圈和鐵芯、線圈和線圈間的縱向油道逐漸上升，而線圈段間（或叫餅間）油的流速不大，局部地方還可能沒有冷卻到，線圈的某些線段和線匝局部度很高。采用導(dǎo)向冷卻后，可以改善這些狀況。變壓器中線圈的發(fā)熱比鐵芯發(fā)熱占的比例大，改善線圈的散熱情況還是很有必要的。導(dǎo)向冷卻的變壓器，在結(jié)構(gòu)上采用了一定的措施（如加擋油紙板、紙筒）后使油按一定的路徑流動。采用了導(dǎo)向冷卻，泵口的冷油，在一定壓