变压器的原理与结构讲座.ppt

  电力变压器 （基本原理与结构) 山东理工大学 2015年5月 从发电厂发出的电能，要经过输电线路传输到变电站，再经过降压变压器分配给用户使用，为减少输送过程中的电能损耗，需要采用高压、超高压或特高压输送，输送电压越高传输距离越远，输送过程中的电能损耗越低。 发电厂发出的电能由于受绝缘水平的限制，电压不能太高，这就需要电力变压器升高电压，将电能输送到电力网，这种用途的变压器统称为升压电力变压器，对用户而言，从使用安全和制造成本角度，各种用电设备所要求的工作电压也不能太高，也要经过变压器将电力系统的高电压变换成符合各类用户和用电设备所要求的电压等级，这种用途的变压器统称为降压变压器。 另外，就电力系统本身而言，一个电力网由许多发电厂和用户联在一起，分成主系统和若干个分系统，各个分系统的电压并不一定相同，而主系统必须是统一的一种电压等级，需要各种规格和容量的电力变压器来联接各个分系统，电力变压器是建立电力系统和联络广大电力用户不可缺少的一种关键的电气设备。 第二节：电力变压器基本结构 油浸式电力变压器一般由铁心、线圈、引线、油箱及外围附件等组成。其中，油箱内部充满变压器油类的绝缘介质，起绝缘和散热作用，线圈和铁心是变压器实现电磁转换的核心部分，而油箱、引线及各种附件是保证油浸式电力变压器正常运行所必需的。 一、电力变压器的铁心 1．铁心的作用 铁心是电力变压器的基本部件。从工作原理方面讲，铁心是变压器的导磁回路，它把两个独立的电路用磁场紧密联系起来，电能由一次线圈转换为磁场能后再经铁心传递至二次线圈，在二次线圈中再转换为电能。 从结构方面铁心又是一个支撑固定体，在铁心上套装线圈，安装在铁心上的夹件可以支撑引线，支撑有载调压开关，电力变压器内部几乎所有的部件都安装或固定在铁心上。 2．铁心的结构 铁心的结构形式可分为壳式和心式两大类，我国电力变压器制造厂普遍采用心式结构。心式铁心又可分为单相双柱、单相三柱、三相三柱、三相五柱式等。 大多数电力变压器通常为三相一体形式，常常采用三相三柱或三相五柱式铁心，特大型变压器因为体积大，重量大，为方便运输和安装，一般由三台单相变压器组成，其铁心常采用单相三柱式；小型配电变压器还有卷铁心、三角立体等结构。 电力变压器铁心结构有多种形式，但其紧固结构和方法却大体相似，一般由夹件、铁心绑扎带、紧固螺杆（拉板）绝缘件、横梁、垫脚等将叠积的硅钢片绑扎固定成为一个牢固的整体，以作为电力变压器器身装配的骨架。 铁心用的硅钢片是高导磁材料，将含有一定比例硅元素的钢材轧制成片，两面涂敷绝缘层后即成硅钢片。 它是铁心的最重要部分。 硅钢片按制法可分为冷轧和热轧两类，按轧制后的晶粒排列规律可分为取向硅钢片和无取向硅钢片。其中冷轧取向硅钢片因为具有磁饱和点高、损耗和励磁容量低的显著优点在电力变压器领域被广泛应用。 冷轧取向硅钢片也有缺点，例如其磁化特性的方向性强（沿轧制方向磁化特性好，损耗小；沿其轧制的正交方向不易磁化，损耗大）。 为了减少电力变压器内部损耗，设计时一般采用多级斜接缝，跌积难度相对较大，工艺要求高。又如冷轧取向硅钢片抗机械冲击能力差，加工、运输甚至叠积过程中的磕碰、弯曲均会导致硅钢片性能劣化。 常用的冷轧硅钢片按其厚度有0.18mm、0.23mm、0.26mm、0.30mm、0.35mm几个规格等级，越薄的硅钢片损耗水平越低，但叠片系数（导磁面积与几何面积的比值）也低，工艺难度相对较大。 除硅钢片外，非晶合金也是一种重要的铁心材料。非晶带材的厚度仅为硅钢片的十分之一，其涡流损耗水平较普通硅钢片可降低约80％，在倡导节能环保的大背景下，非晶合金在配电变压器制造领域的应用越来越多。 大多数的铁心由硅钢片叠积而成，也有部分小型电力变压器采用卷制工艺制作铁心，卷铁心有损耗低、噪音低较的优点，但其制作工艺难度相对较高，大型电力变压器制造中难以采用。铁心的截面大多为多级圆形（如图 a所示），在旁轭、上轭、下轭等部位也有采用多级椭圆形（如图 b所示）、多级D形截面（如图 c所示）。 （a） （b） （c） 电力变压器运行过程中，铁心中有交变的磁场，该磁场在铁心中会产生磁滞损耗、涡流损耗及附加铁损（空载损耗的主要部分），大型电力变压器的铁心发热量较大，为防止铁心过热，可在铁心叠片中设置冷却油道，用以提高散热效率，防止过热现象，一般情况下冷却油道由绝缘材料