第三章-电力变压器工作原理课件

第第3 3章章 电力变压器电力变压器教学要求(1)了解变压器的用途、分类(2)了解变压器的主要结构(3)掌握变压器的基本工作原理(4)掌握变压器的额定参数3.1 变压器的用途及结构变压器的用途及结构在输电过程中，电压必须进行调整。在输电过程中，电压必须进行调整。3.1.1变压器的用途及分类变压器的用途及分类用电器用电器额定工作电压额定工作电压用电器用电器额定工作电压额定工作电压随身听随身听3V机床上的照明灯机床上的照明灯36V扫描仪扫描仪12V防身器防身器3000V手机充电器手机充电器4.2V 4.4V 5.3V黑白电视机显像管黑白电视机显像管12万伏万伏录音机录音机6V 9V 12V彩色电视机显像管彩色电视机显像管34万伏万伏 在在我们使用的各种用电器中，所需的电源电压我们使用的各种用电器中，所需的电源电压各不相同，而日常照明电路的电压是各不相同，而日常照明电路的电压是220V，那么，那么如何解决这一问题呢？如何解决这一问题呢？生活中需要各种电压生活中需要各种电压需改变电压，以适应各种不同电压的需要。需改变电压，以适应各种不同电压的需要。变压器分类变压器分类：街头变压器街头变压器各式变压器各式变压器可拆式变压器可拆式变压器变电站的大型变压器变电站的大型变压器形形色色的变压器形形色色的变压器按相数分：单相变压器单相变压器三相变压器三相变压器按铁心形式分：按铁心形式分：干式变压器干式变压器油浸式变压器油浸式变压器按冷却介质分:强迫油循环电力变压器强迫油循环电力变压器3.1.2变压器的构造变压器的构造 构造：构造：（1 1）铁芯）铁芯（2 2）绕组）绕组（3 3）冷却装置及其他附件）冷却装置及其他附件 3.1.2变压器的构造变压器的构造 为了减少铁芯的磁滞和涡流损为了减少铁芯的磁滞和涡流损耗，铁芯用厚度为耗，铁芯用厚度为0.30.5mm的的硅钢片硅钢片冲剪成几种不同尺寸，并在冲剪成几种不同尺寸，并在表面涂厚为表面涂厚为0.010.13mm的绝缘的绝缘漆，烘干后按一定规则叠装而成。漆，烘干后按一定规则叠装而成。由于硅钢片比普通钢的电阻串由于硅钢片比普通钢的电阻串大，因此利用硅钢片制成的铁芯可大，因此利用硅钢片制成的铁芯可以进一步减小涡流损耗。以进一步减小涡流损耗。1.铁芯铁芯3.1.2变压器的构造变压器的构造 电路的组成部分，用纸包、纱电路的组成部分，用纸包、纱包或漆包的绝缘扁线或圆线绕成包或漆包的绝缘扁线或圆线绕成。感应电势、通过电流、实现机电。感应电势、通过电流、实现机电能量转换。能量转换。不同容量、不同电压等级的电不同容量、不同电压等级的电力变压器，绕组形式也不一样。一力变压器，绕组形式也不一样。一般电力变压器中常采用同芯式和交般电力变压器中常采用同芯式和交叠式两种结构形式。叠式两种结构形式。2.绕组绕组3.1.2变压器的构造变压器的构造 同芯式绕组是把高压绕组与低压绕组套在同一个铁同芯式绕组是把高压绕组与低压绕组套在同一个铁芯上，一般是将低压绕组放在里边，高压绕组套在外边，芯上，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，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。绕组的外面。同芯式绕组同芯式绕组优点：结构简单、绕制方便优点：结构简单、绕制方便3.1.2变压器的构造变压器的构造 在同一铁芯上，高压绕组、低压绕组交替排列、间在同一铁芯上，高压绕组、低压绕组交替排列、间隙聚焦多、绝缘较复杂、包扎工作量较大。隙聚焦多、绝缘较复杂、包扎工作量较大。交叠式绕组交叠式绕组优点：力学性能较好，引出线的布置和焊接比较方便、优点：力学性能较好，引出线的布置和焊接比较方便、漏电抗较小，一般用于电压为漏电抗较小，一般用于电压为35KV及以下的电炉变压及以下的电炉变压器中。器中。3.1.2变压器的构造变压器的构造3.冷却装置及其附件冷却装置及其附件油油浸浸式式电电力力变变压压器器器身器身器身器身油箱油箱油箱油箱冷却装置冷却装置冷却装置冷却装置保护装置保护装置保护装置保护装置出线装置出线装置出线装置出线装置铁芯、绕组、绝缘结构、引线、分接开关铁芯、绕组、绝缘结构、引线、分接开关铁芯、绕组、绝缘结构、引线、分接开关铁芯、绕组、绝缘结构、引线、分接开关油箱本体（箱盖、箱壁、箱底）和附件油箱本体（箱盖、箱壁、箱底）和附件油箱本体（箱盖、箱壁、箱底）和附件油箱本体（箱盖、箱壁、箱底）和附件（放油阀门、油样活门、接地螺栓、铭牌（放油阀门、油样活门、接地螺栓、铭牌（放油阀门、油样活门、接地螺栓、铭牌（放油阀门、油样活门、接地螺栓、铭牌散热器和冷却器散热器和冷却器散热器和冷却器散热器和冷却器储油柜（油枕）、油位表、防爆管（安全气储油柜（油枕）、油位表、防爆管（安全气储油柜（油枕）、油位表、防爆管（安全气储油柜（油枕）、油位表、防爆管（安全气道）、吸湿器道）、吸湿器道）、吸湿器道）、吸湿器(呼吸器呼吸器呼吸器呼吸器)、温度计、净油器、温度计、净油器、温度计、净油器、温度计、净油器、气体继电器（瓦斯继电器）气体继电器（瓦斯继电器）气体继电器（瓦斯继电器）气体继电器（瓦斯继电器）高压套管、低压套管高压套管、低压套管高压套管、低压套管高压套管、低压套管3.1.2变压器的构造变压器的构造冷却装置作用冷却装置作用冷却装置作用冷却装置作用：铁心和绕组组成变压器的器身，：铁心和绕组组成变压器的器身，器身放置在装有变压器油的油箱内，在油浸变压器身放置在装有变压器油的油箱内，在油浸变压器中，变压器油既是绝缘介质，又是冷却介质。器中，变压器油既是绝缘介质，又是冷却介质。（1 1）型号型号 型号表示一台变压器的结构、额定容量、电压等级、冷却方式等内容，表示方法为如OSFPSZ-250000/220表明自耦三相强迫油循环风冷三绕组铜线有载调压，额定容量250000kVA，高压额定电压220kV电力变压器。3.1.3变压器的名牌和额定值变压器的名牌和额定值3.1.3变压器的名牌和额定值变压器的名牌和额定值3.1.3变压器的名牌和额定值变压器的名牌和额定值（2 2）额定容量）额定容量 指在额定状态下变压器的视在功率额定容量以伏安(VA)、千伏安(KVA)或兆伏安(MVA)为单位。对三相变压器，额定容量指三相的总容量。（3 3）额定电压）额定电压 以伏（V）或千伏（kV）为单位。对三相变压器，额定电压指线电压。（4 4）额定电流）额定电流 以安（A）或千安（kA）为单位。对三相变压器，额定电压指线电流。（5 5）额定频率）额定频率 以赫兹（Hz）为单位。我国额定工频为50Hz。变压器通过闭合铁芯，利用互感现象实现了：变压器通过闭合铁芯，利用互感现象实现了：电能电能 磁场能磁场能 电能电能转化转化(U1、I1)(变化的磁场变化的磁场)(U2、I2)思考：思考：若给原线圈接直流电压若给原线圈接直流电压U1,副线圈电压副线圈电压U2?互感现象3.2 变压器的工作原理变压器的工作原理原、副线圈中产生的感应电原、副线圈中产生的感应电动势分别是：动势分别是：E E1 1=-n=-n1 1/t tE E2 2=-n=-n2 2/t t若不考虑原副线圈的内阻有若不考虑原副线圈的内阻有 U U1 1=E=E1 1 U U2 2=E=E2 2 1、n2 n1 U2U1升压升压变压器变压器2、n2 n1 U2 U1降压变压器降压变压器 实验和理论分析都表明：理想变压器原、副线圈实验和理论分析都表明：理想变压器原、副线圈的的电压电压跟它们的跟它们的匝数匝数成成正比。正比。理想变压器输入功率等于输出功率理想变压器输入功率等于输出功率即即:U1I1=U2I2P入入=P出出理想变压器原、副线圈的理想变压器原、副线圈的电流电流跟它们的跟它们的匝数匝数成成反比反比此公式只适用于一个副线圈的变压器此公式只适用于一个副线圈的变压器3.5 特殊变压器1、自耦变压器 2、仪用互感器 3、电焊变压器 1 1、演变、演变过程过程：把普通双绕组变压器的高压绕组和低压：把普通双绕组变压器的高压绕组和低压 绕组绕组串联连接，便构成一台自耦变串联连接，便构成一台自耦变压器。压器。3.5.1 自耦变压器自耦变压器 不仅省了一个低压绕组，而不仅省了一个低压绕组，而且还保留的一个绕组之且还保留的一个绕组之 匝数部匝数部分通过的电流值小。用料减少，分通过的电流值小。用料减少，铜损耗减小，重量减轻，体积缩铜损耗减小，重量减轻，体积缩小。小。2 2、原理分析、原理分析：变比变比变比变比磁势平衡式磁势平衡式磁势平衡式磁势平衡式电流关系电流关系电流关系电流关系总容量总容量实验室常用作调压器用。实验室常用作调压器用。实验室常用作调压器用。实验室常用作调压器用。3 3 3 3、主要优缺点主要优缺点主要优缺点主要优缺点（1 1）优点：）优点：当当额定容量相同时，自耦变压器与双绕组变压器额定容量相同时，自耦变压器与双绕组变压器相比相比，其其单位量所单位量所消耗的材料少、变压器的体积小消耗的材料少、变压器的体积小、造价、造价低，低，而且铜耗和而且铜耗和铁耗也铁耗也小，因而效率高。小，因而效率高。（2 2）缺点：）缺点：由于自耦变压器原、副边绕组之间有直接电的联系，由于自耦变压器原、副边绕组之间有直接电的联系，高压边的高电位会传导到低压边，因此低压边须用与高高压边的高电位会传导到低压边，因此低压边须用与高压边同样等级的绝缘和过压安全保护装置。三相自耦变压边同样等级的绝缘和过压安全保护装置。三相自耦变压器中性点必须可靠接地。否则当出现单相短路故障时，压器中性点必须可靠接地。否则当出现单相短路故障时，另外两相的低压边会引起过电压，危及用电设备。另外两相的低压边会引起过电压，危及用电设备。限制了自耦变压器的使用范围。限制了自耦变压器的使用范围。电压互感器和电流互感器又称仪用互感器，是电力系电压互感器和电流互感器又称仪用互感器，是电力系统中使用的测量设备，其工作原理与变压器基本相同。使用互统中使用的测量设备，其工作原理与变压器基本相同。使用互感器的目的是：感器的目的是：(1)(1)与小量程的标准化电压表和电流表配合测量高电压、大电与小量程的标准化电压表和电流表配合测量高电压、大电流；流；(2)(2)使测量回路与被测回路隔离，以保障工作使测量回路与被测回路隔离，以保障工作 人员和测试设备人员和测试设备的安全；的安全；(3)(3)为各类继电保护和控制系统提供控制信号。为各类继电保护和控制系统提供控制信号。3.5.2 仪用互感器仪用互感器(1)(1)电压互感器电压互感器忽略电阻漏抗忽略电阻漏抗时时测量误差包括：数值误差测量误差包括：数值误差 相位相位误差误差准确级别：准确级别：0.10.1、0.20.2、0.50.5、1 1、3 31 1 1 1、原理分析：、原理分析：、原理分析：、原理分析：3.5.2 仪用互感器仪用互感器2 2 2 2、使用注意点、使用注意点、使用注意点、使用注意点(1)次级不能短路，次级不能短路，否则会产生很大的短路电流，否则会产生很大的短路电流，烧坏电压互感器。烧坏电压互感器。(2)初、次级安装熔断器。初、次级安装熔断器。(3)注意安全，铁心和次级绕组可靠接地。注意安全，铁心和次级绕组可靠接地。(2)(2)电流互感器电流互感器3.5.2 仪用互感器仪用互感器忽略励磁电流时：忽略励磁电流时：测量误差包括：数值误差测量误差包括：数值误差 相位误差相位误差准确级别：准确级别：0.10.1、0.20.2、0.50.5、1 1、3 3、10101 1 1 1、原理分析：、原理分析：、原理分析：、原理分析：2 2 2 2、使用注意点使用注意点使用注意点使用注意点 次级不能开路，次级不能开路，否则在次级端会产生很大的电压否则在次级端会产生很大的电压 造成危险造成危险。次级安装保护开关，不测量时次级闭路。次级安装保护开关，不测量时次级闭路。注意安全，铁心和次级绕组可靠接地。注意安全，铁心和次级绕组可靠接地。3.5.3 电焊变压器电焊变压器1 1 1 1、原理分析：、原理分析：、原理分析：、原理分析：外加电抗器式电焊变压器是在一台降压变压器外加电抗器式电焊变压器是在一台降压变压器的二次侧输出端再串接一台可调电抗器组合而成，的二次侧输出端再串接一台可调电抗器组合而成，如图所示。如图所示。3.5.3 电焊变压器电焊变压器为了调节二次侧空载电压为了调节二次侧空载电压U02，在一次侧绕组，在一次侧绕组中备有分接头。电焊变压器输出电流的调节主要通中备有分接头。电焊变压器输出电流的调节主要通过改变电抗器的气隙大小来实现，如气隙减小时，过改变电抗器的气隙大小来实现，如气隙减小时，电抗增大，电焊机输出外特性下降陡度就增大，电电抗增大，电焊机输出外特性下降陡度就增大，电流就减小，如图所示。流就减小，如图所示。电焊机输出外特性电焊机输出外特性