第1章 变压器的根本知识和结构 1.1 变压器的根本原理和分类 一、变压器的根本作业原理 变压器是运用电磁感应规则把一种电压等级的沟通电能转换成同频率的另一种电 压等级的沟通电能。 变压器作业原理图 当原边绕组接到沟通电源时，绕组中便有沟通电流流过，并在铁心中发生与外加电 压频率相同的磁通，这个交变磁通一同交链着原边绕组和副边绕组。原、副绕组的感应 别离表明为 e1 ? ? N1 则 d? dt e2 ? ? N 2 d? dt u1 e1 N1 ? ? ?k u 2 e2 N 2 变比 k：表明原、副绕组的匝数比，也等于原边一相绕组的感应电势与副边一相绕组的 感应电势之比。 改动变压器的变比，就能改动输出电压。但应留意,变压器不能改动电能的频率。 二、电力变压器的分类 变压器的品种许多，可按其用处、相数、结构、调压方法、冷却方法等不同来进行 分类。 按用处分类：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：双绕组变压器、三绕组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； 按调压方法分类：无载（无励磁）调压变压器、有载调压变压器； 按冷却介质和冷却方法分类：油浸式变压器和干式变压器等； 按容量巨细分类：小型变压器、中型变压器、大型变压器和特大型变压器。 三相油浸式电力变压器的外形,见图 1， 铁心和绕组是变压器的首要部件， 称为器身 见图 2，器身放在油箱内部。 1.2 电力变压器的结构 一、铁心 1.铁心的资料 选用高磁导率的铁磁资料—0.35～0.5mm 厚的硅钢片叠成。 为了进步磁路的导磁功能，减小铁心中的磁滞、涡流损耗。变压器用的硅钢片其含 硅量比较高。 硅钢片的双面均涂以绝缘漆， 这样可使叠装在一同的硅钢片相互之间绝缘。 2.铁心方法 铁心是变压器的主磁路，电力变压器的铁心首要选用心式结构 二、绕组 。 1.绕组的资料 铜或铝导线包绕绝缘纸今后绕制而成。 2.方法 圆筒式、螺旋式、接连式、纠结式等结构。为了便于绝缘，低压绕组接近铁 心柱，高压绕组套在低压绕组外面，两个绕组之间留有油道。变压器绕组外形如 图所示 。 三、油箱及其他附件 1.油箱 变压器油的效果：加强变压器内部绝缘强度和散热效果。 要求：用质量好的钢板焊接而成，能接受必定压力，某些部位有必要具有防磁化功能。 方法：大型变压器油箱均选用了钟罩式结构；小型变压器选用吊器身式。 2.储油柜 效果：削减油与外界空气的傻人有傻福面积，减小变压器受潮和氧化的概率。 在大型电力变压器的储油柜内还安放一个特别的空气胶囊，它经过呼吸器与外界相 通，空气胶囊阻挠了储油柜中变压器油与外界空气傻人有傻福。。 3.呼吸器 效果：内装硅胶的枯燥器，与油枕连通，为了使潮气不能进入油枕使油劣化。 硅胶对空气中水份具有很强的吸附效果，枯燥状况状况为兰色，吸潮饱满后变为粉 赤色。吸潮的硅胶能够再生。 4.冷却器 效果：加强散热。 装配在变压器油箱壁上，关于逼迫油循环风冷变压器，电动泵从油箱顶部抽出热油 送入散热器管簇中，这些管簇的外表遭到来自电扇的冷空气吹拂，使热量散失到空气中 去，经过冷却后的油从变压器油箱底部从头回到变压器油箱内。 5.绝缘套管 效果：使绕组引出线与油箱绝缘。 绝缘套管一般是陶瓷的，其结构取决于电压等级。1kV 以下选用实心磁套管，10～ 35kV 选用空心充气或充油式套管，110kV 及以上选用电容式套管。为了增大外表面放电 间隔，套管外形做成多级伞形裙边。电压等级越高，级数越多。 6.分接开关 效果：用改动绕组匝数的方法来调压。 一般从变压器的高压绕组引出若干抽头，称为分接头，用以切换分接头的设备叫分 接开关。 分接开关分为无载调压和有载调压两种，前者有必要在变压器停电的状况下切换；后 者能够在变压器带负载状况下进行切换。分接开关安装在油箱内，其控制箱在油箱外， 有载调压分接开关内的变压器油是彻底独立的，它也有配套的油箱、瓦斯继电器、呼吸 器。 7.压力开释阀 效果：为避免变压器内部发生严峻毛病而发生很多气体，引起变压器发生爆炸。 8.气体继电器（瓦斯继电器） 效果：变压器的一种维护设备，安装在油箱与储油柜的衔接管道中，当变压器内部 发生毛病时（如绝缘击穿、匝间短路、铁芯事端、油箱漏油使油面下降较多等）发生的 气体和油流，迫使气体继电器动作。轻者宣布信号，以便运转人员及时处理。重者使断 路器跳闸，以维护变压器。 1.3 变压器的名牌数据 一、类型 类型表明一台变压器的结构、额外容量、电压等级、冷却方法等内容。 例如：SL-500/10：表明三相油浸自冷双线kVA，高压侧额 定电压为 10kV 级的电力变压器。 二、额外值 额外运转状况： 制造厂依据国家规范和规划、 实验数据规则变压器的正常运转状况。 表明额外运转状况下各物理量的数值称为额外值。 额外值一般标示在变压器的铭牌 上。变压器的额外值首要有： 额外容量 SN ：铭牌规则在额外运用条件下所输出的视在功率。 原边额外电压 U1N ：正常运转时规则加在一次侧的端电压，关于三相变压器，额 定电压为线电压。 副边额外电压 U2N：一次侧加额外电压，二次侧空载时的端电压。 原边额外电流 I1N ：变压器额外容量下原边绕组答应长时间经过的电流，关于三相变 压器，I1N 为原边额外线电流。 副边额外电流 I2N ： 变压器额外容量下原边绕组答应长时间经过的电流， 关于三相变 压器，I2N 为副边额外线电流。 单相变压器额外值的联络式： S N ? U 1N I 1N ? U 2 N I 2 N 三相变压器额外值的联络式： S N ? 3U1N I1N ? 3U 2 N I 2 N 额外频率 fN：我国工频：50Hz； 还有额外功率、温升等额外值。 2.1 变压器的空载运转 变压器空载运转是指变压器原边绕组接额外电压、额外频率的沟通电源，副边绕组 开路时的运转状况。 变压器空载运转图 一、 空载时各物理量发生的因果联络 二、电势与磁通的巨细和相位联络 设主磁通按正弦规则改动,依据电磁感应规则可推导出原绕组感应电势 同理可得 所以，变压器原、副绕组的感应电势巨细与磁通成正比，与各自的匝数成正比，感应电 势在相位上滞后磁通 90°。 三、原边漏电抗和激磁电抗 1.原边漏电抗 2.激磁电抗 四、原副边回路方程和等效电路 1.电动势平衡方程 变压器空载运转时，各物理量的正方向一般按上图标定，依据基尔霍夫电压规则， 原边回路方程为 关于电力变压器，空载时原绕组的漏阻抗压降 I0Z1 很小，其数值不超越 U1 的 0.2%，将 I0Z1 疏忽，则有 副边回路方程 2.空载时的等效电路 Z1＜＜Zm、rm＜＜xm 。 空载时电路功率因数都很小，空载电流 I0 首要是无功性质，因为铁磁资料的磁饱满 性，引起空载电流 I0 的波形是尖顶波。 期望空载电流越小越好， 因而变压器选用高导磁率的铁磁资料， 以增大 Zm 削减 I0 。 变压器空载时既吸收无功功率，也吸收有功功率，无功功率首要用于自己主 磁通，有功功率首要用于铁耗。 2.2 变压器负载运转 变压器负载运转是指变压器原边绕组接额外电压、额外频率的沟通电源，副边绕组 接负载时的运转状况。 变压器负载运转图 一、负载时电磁联络 1.磁动势平衡联络 从空载到负载，因为变压器所接的电源电压 U1 不变，且 U1≈E1 ，所以主磁通不变， 负载时的磁动势等于与空载时的磁动势持平。即磁动势平衡联络 这表明，变压器原、副边电流与其匝数成正比，当负载电流 I2 增大时，原边电流 I1 将跟着增大，即输出名利增大时，输入功率随之增大。所以变压器是一个能量传递装 置，它在变压的一同也在改动电流的巨细。 2.原、副边回路方程式 按上图所规则的正方向，依据基尔霍夫电压规则，可写出原、副边回路方程式 二、折算 折算的意图：因为原、副边回路只需磁路的耦合，没有电路的直接联络，为了得 到变压器的等效电路，需对变压器进行绕组折算。 折算：便是把副边绕组匝数当作与原边绕组匝数持平时，对副边回路各参数进行的 调整。折算原则是折算前后副边磁动势不变、副边各部分功率不变，以坚持变压器内部 电磁联络不变。 副边各物理量的折算方法： 折算后的根本方程式为 三、负载时的等效电路 1.T 形等效电路 依据折算后的根本方程式能够构成变压器的 T 形等效电路 2.较精确等效电路 因为 Zm＞＞Z1， 可把“T”形等效电路中的激磁支路移到电源端，便得变压器 的较精确等效电路，较精确等效电路的差错很小。 3.简化等效电路 在电力变压器中，I0＜＜IN ，因而，在工程核算中可疏忽 I0，即去掉 激磁支路，将原、副边的漏阻抗兼并，而得到变压器的简化等效电路 。 关于简化等效电路，可写出变压器的方程组 简化等效电路所对应的相量图 在工程上， 简化等效电路及其方程式、 相量图给变压器的剖析和核算带来很大的便 利，得到广泛应用。 2.3 变压器参数的测定 一、空载实验 1.变压器的空载实验意图：求出变比 k、空载损耗 pk 和激磁阻抗 Zm。 2.空载实验的接线 一般在低压侧加电压，将高压侧开路 3.空载实验的进程 电源电压由零逐步升至 1.2U1N，测取其对应的 U1、I0、p0。 变压器原边加不同的电压， 自己的磁通不同， 磁路的饱满程度不同， 激磁阻抗不同， 因为变压器正常运转时原边加额外电压， 所以， 应取额外电压下的数据来核算激磁阻抗。 由变压器空载时等效电路可知，因 Z1＜＜Zm、r1＜＜rm，所以 式中 p0—空载损耗，可作为额外电压时的铁耗。 若要得到以高压侧为原边的激磁参数，可将所测得的激磁参数乘以 k2，k 等于变压 器高压侧一相的电压除以低压侧一相的电压。 关于三相变压器，实验中测定的数据是线电压、线电流和三相总功率，只需换算成 一相的数据，就可直接代入上式核算。 二、短路实验 1.短路实验的意图：可测出短路阻抗 Zk 和变压器的铜耗 pk。 2.短路实验的接线: 一般在高压侧加电压，将低压侧短路 3.短路实验的进程 电源电压由零逐步升高，使短路电流由零逐步升高至 1.2I1N，测取其对应的 Uk、Ik、 pk。 留意：因为变压器短路阻抗很小，如果在额外电压下短路，则短路电流可达（9.5～ 20）I1N，将损坏变压器，所以做短路实验时，外施电压有必要很低，一般为（0.05～0.15） U1N，以约束短路电流。 取额外电流点核算， 因所加电压低， 铁心中的磁通很小， 铁耗和励磁电流能够疏忽， 运用简化等效电路进行剖析 pkN：短路损耗，指短路电流为额外电流时变压器的损耗，pkN 可作为额外电流时的铜耗。 一般以为：r1=r2′=0.5rk；x1=x2′=0.5xk 将室温下测得的短路电阻换算到规范作业温度 75℃时的值，而漏电抗与温度无关。 短路实验在任何一方做均可，高压侧参数是低压侧的 k2 倍，k 等于变压器高压侧一 相的电压除以低压侧一相的电压。 关于三相变压器，实验中测定的数据是线电压、线电流和三相总功率，只需换算成 一相的数据，就可直接按单相变压器核算。 三、短路电压 短路电压：在短路实验中，当短路电流为额外电流时，原边所加的电压与额外电压 之比的百分值，即 短路电压是变压器一个很重要的参数， 其巨细反映了变压器在额外负载时漏阻抗压降的 巨细。 从运转人丁来看，期望 Uk 小一些，使变压器输出电压随负载改动动摇小一些。但 Uk 太小，变压器因为某种原因短路时短路电流太大，或许损坏变压器。一般中、小型电 力变压器的 Uk=4%～10.5%，大型电力变压器的 Uk=12.5%～17.5%。 四、标么值 标么值：实践值与该物理量某一选定的同单位的基值之比 标么值 ? 实践值 基值 一般取各物理量对应的额外值作为基值。 取一、二次侧额外电压 U1N、U2N 作为一、二次侧电压的基值； 取一、二次侧额外电流 I1N、I2N 作为一、二次侧电流的基值； 一、二次侧阻抗的基值别离为 U1N/I1N、U2N/I2N。 在各物理量本来的符号上加上一上标“*”来表明该物理量的标么值。例如， U1*=U1/U1N。 一、外特性和电压改动率 1.外特性 外特性：指原边加额外电压，负载功率因数必守时，副边电压 U2 随负载电流变 化的联络，即 U2=f(I2)。 变压器在纯电阻和理性负载时，副边电压 U2 随负载添加而下降，容性负载时，副 边电压随负载添加而或许升高。 2.电压改动率 用变压器的简化相量图可推导出电压改动率的参数表达式 电压改动率的巨细与负载的巨细成正比。在必定的负载系数下，短路阻抗的标么值 越大，电压改动率也越大。当负载为理性时，△U 为正值,阐明副边电压比空载电压低； 当负载为容性时△U 有或许为负值。当△U 为负值时，阐明副边电压比空载电压高。 为了确保变压器的副边动摇在±5%范围内， 一般选用改动高压绕组匝数的方法来调 节副边电压。 二、变压器的损耗和功率 1.变压器的损耗 变压器的损耗包含铁耗和铜耗两大类。铁耗不随负载巨细改动，也称为不变损耗； 铜耗随负载巨细改动，也称为可变损耗。 2.变压器的功率 经过变压器的空载实验和短路实验，测出变压器的空载损耗和短路损耗，就能够方 便的核算出恣意负载下的功率。 变压器功率巨细与负载巨细、 性质及空载损耗和短路损耗有关。 对已制成的变压器， 功率与负载巨细、性质有关。当负载功率因数必守时，功率特性的功率曲线。 当铁耗（不变损耗）等于铜耗（可变损耗）时功率最大。 因为变压器总是在额外电压下运转， 但不或许长时间满负载。 为了进步运转的经济性， 规划时，铁损应规划得小些，一般取 β m=0.5～0.6，对应的铜耗与铁耗之比为 3～4。 变压器额外时的功率比较高，一般在（95～98）%之间，大型可达 99%以上。
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