变压器的研讨.doc

变压器 1.1 概述 变压器是一种静止的电器设备，它依靠电磁感应作用，将一种电压、电流的交流电能转换成同频率的另一种电压、电流的电能。变压器是电力系统中重要的电气设备。众所周知，输送一定的电能时，输电线路的电压愈高，线路中的电流和相应的损耗就愈小。为此，需要用升压变压器把交流发电机发出的电压升高到输电电压，通过高压输电线将电能经济地送到用电地区；然后再用降压变压器逐步将输电电压降到配电电压，送到各用电区；最后再经配电变压器变成用户所需的电压，供各种动力和照明设备安全而方便地 6～7 倍。除此之，变压器还广泛应用在其他场合，电焊、电炉和电解使用的变压器，化工行业用的整流变压器，传递信息用的电磁传感器，供测量用的互感器，自控系统中的脉冲变压器，试验用的调压器等。变压器还可以改变电流，改变负载的等效阻抗、电源的相数和频率。变压器的结构虽然简单，其基本原理、分析方法却可作为其他交流电机研究的基础，特别是感应电机。变压器的分类变压器的种类繁多，从不同角度，变压器可以作不同的分类。从用途来看，可分为电力变压器、试验变压器、测量变压器及特殊用途变压器。电力变压器用在电力系统中，用来升高电压的变压器称为升压变压器；用来降低电压的变压器称为降压变压器。升压变压器降压变压器除了额定电压不同以外，在原理和结构上并无差别。此外还有配电变压器和联晶闸管线路中的变压器、传递信息用的电磁传感器自控系统中的脉冲变压器等。从相数来看，有单相变压器、三相变压器和多相变压器。电力变压器以三相居多。从每相绕组数目来看，可分为单绕组变压器、双绕组变压器、三绕组和多绕组变压器。通常变压器都为双绕组变压器，单绕组变压器又称自藕变压器，三绕组变压器（即联络变压10～630kVA ）、中型变压器（8006300kVA）、大型变压器（ 8063000 kVA ）和特大型变压器（kVA 以上）。1.3 变压器工作原理 1.3.1 变压器的构成图示一台最简单的单相双绕组变压器物理模型，是由在一个闭合的铁心上绕两个匝数不同的绕组构成。输人电能的绕组称为一次绕组（或原绕组、初级绕组），输出电能的可得到不同的二次电如果二次绕组接负载，便有电能输出。这就是变压器的工作原理。所示。油浸式电力变压器主要包括五个部分： ① 器身； ② 油箱； ③ 出线装置； ④ 冷却装置； ⑤ 保护装置。下面分别做详细的介绍。器身 铁心铁心既是变压器的主磁路，又是它的机械骨架。铁心由心柱、铁扼及夹紧装置组成，心柱套装绕组，铁扼将心柱连接起来，使之形成闭合磁路，如图3所示。铁心有心式、壳式、渐开线式和辐射式等结构。心式结构的心柱被绕组所包围，铁扼在3所示。这种铁心结构绕组装配和绝缘比较容易，散热条件较好，常在电力变压器中采用。壳式结构是心柱在中间，铁扼环绕在两旁，把绕组包围起来，好像绕组的外壳，如图 4 所示。壳式变压器结构坚固，机械强度高，但制造工艺复杂，绝缘较困难，散热不好，耗用材料较多，主要用于电压很低、电流很大的特殊场合，如电炉用变压器，其绕组能够承受住巨大的电磁力。渐开线式结构是把一定的硅钢片卷成渐开线形状，然后叠成圆柱形心柱，再用宽度等于扼高的带钢卷成三角形铁扼，把三个心柱对称地放在铁扼上，用穿心螺栓紧固。它的优点是相磁路对称，铁扼的截面积只有心柱的/，叠装方便，可采用机械化和自动化生产；缺点是由于心柱和铁扼采用对接式装配，励磁电流和噪声较大。这种铁心型式用于成批生产的中、小型变压器辐射式结构一般用于特大型变压器。除此之外，大容量的三相变压器由于运输的限制，需要降低铁心高度，采用三心柱旁。旁扼的截面积与上下扼相等，也为心柱的/。某些特殊需要的可节省材料％20％。 由于变压器的磁通是交变的，为了减小涡流损耗，铁心用的热轧或冷轧硅钢片叠成，片表面涂有一层绝缘漆。最近研制采用铁硼系列非晶合金材料制作铁心，空载损耗可降低75％左右，有取代硅钢片的发展趋势在叠装铁心时，硅钢片先被裁成所示。交式装配可以避免涡流在硅钢片间流通，气隙小，励磁电流小；由于各层冲片交错镶嵌，压紧铁心所需的紧固件较少，结构简单。对于冷轧硅钢片，顺碾压方向导磁性能要比横方向好很多，采用斜接缝，以进一步减少励磁电流及转角处的附加损耗，交叠组合方法如图所示叠装好的铁心其铁扼用心柱的截面一般作成多级阶梯形，以充分利用绕组内圆空间，如图2-11所示。容量很小的变压器采用正方形。容量愈大、铁心截面愈大，所用的级数就愈多，愈接近圆形，利用率愈好。当铁心柱的外接直径为mm时，常用四级铁心柱；当直径为150mm时，可用五级铁心柱；而当直径达mm时，铁心截面可多达十七级。渐开线形铁心柱的截面为圆形。相应地，铁扼的截面有矩形、 T 形和阶梯形，如图 所示。采用热轧硅钢片时，为了减少励磁电流和铁心损耗，铁扼的截面一般比心柱大5％一% ；若采