学习情境四：变压器的运行与维护.ppt

变压器铁心的结构有心式、壳式和渐开线式等形式。心式结构的特点是铁心柱被绕组包围，如图4-5所示。壳式结构的特点是铁心包围绕组顶面、底面和侧面，如图4-6所示。壳式结构的变压器机械强度较好，但制造复杂。由于心式结构比较简单，绕组装配及绝缘比较容易，因而电力变压器的铁心主要采用心式结构。 变压器的铁心一般是将硅钢片剪成一定形状，然后把铁柱和铁轭的钢片一层一层地交错重叠制成的。 采用交错式叠法减小了相邻层的接缝，从而减小了励磁电流。 这种结构的夹紧装置简单经济，可靠性高，因此国产变压器普遍采用叠装式铁心结构。大型变压器大都采用冷轧硅钢片作为铁心材料，这种冷轧硅钢片沿碾压方向的磁导率较高，铁耗较小。在磁路转角处，磁通方向和碾压方向成90°角，为了使磁通方向和碾压方向基本一致，通常采用图4-8所示的斜切硅钢片的叠装方法。 一次绕组通入电流产生交变磁通，感应出电动势e1，二次绕组与一次绕组产生的磁通交链而产生感应电动势e2，有 ： （4.1） （4.2） 由上式可得 E1：E2=N1:N2≈U1：U2 （4.3） 可见原、副绕组感应电动势的大小正比于各自绕组的匝数，而绕组的感应电动势近似于各自的电压。因此，只要改变绕组匝数比，就能改变电压，这就是变压器的变压原理。 3．变压器的空载电流和空载损耗 （1）空载电流 变压器空载运行时，一次绕组中流过的电流I0称为空载电流。它一方面建立空载时的主磁通，另一方面还要补偿空载时的变压器损耗。前者是仅仅起磁化作用的励磁电流，不消耗功率，用I0r表示；而后者则对应于铁心中的磁滞损耗和涡流损耗。 当忽略空载损耗时，变压器的空载电流I0就是建立磁场的无功电流。当磁路不饱和时，其I0r和主磁通Φ0成线性关系，磁通按正弦规律变化，励磁电流也按正弦规律变化。由于导磁材料（硅钢片）磁化曲线的非线性关系，在一定的电压下，励磁电流的大小和波形取决于铁心的饱和程度，即取决于铁心磁通密度Bm的大小。当磁通饱和时，I0r和主磁通Φ0的关系不是线性的，I0r的增长比主磁通Φ0的增长更快。 （2）空载损耗 变压器空载运行时，一次绕组从电源中吸取了少量的电功率P0，它用来补偿铁心中的铁损耗PFe和极少量的绕组铜损耗Pcu，由于I0和线圈电阻r1很小，因而空载损耗可近似等于铁损耗。 1.变压器负载运行时的物理状况 当变压器二次绕组接上负载时，电动势E2将在二次绕组中产生电流I2，其方向与E2相同，随负载的变化而变化，I2流过二次绕组N2时建立磁动势F2=I2N2。从电磁关系上来说， 变压器就从空载运行过渡到了负载运行。F2也将在铁心内产生磁通，即此时铁心中的主磁通Φ不再单独由一次绕组决定，而是由一次、二次绕组共同作用在同一磁路产生。磁动势F2的出现使主磁通Φ趋于改变，随之电动势E1和E2也发生变化，从而打破了原来空载运行时的平衡状态。在一定的电网电压下，E1的改变会导致一次侧绕组电流由空载时的I0改变为负载运行时的I1。但由于电源电压和频率不变， 因而相应的主磁通也应保持不变。于是为了保持主磁通Φ不变，一次绕组电流应比I0增加一个分量ΔI1，该电流增量所产生的磁动势ΔI1N1恰好与二次绕组电流产生的磁动势I2N2相抵消，从而保持主磁通基本不变，通过电磁感应关系，一、二次绕组的电流是紧密联系在一起的，二次绕组电流变化的同时必然引起一次侧电流的变化；相应地，二次绕组输出功率变化的同时也必然引起一次绕组从电网吸收功率的变化。 2.变压器负载运行时的基本方程 （1）磁动势平衡方程式 变压器负载运行时，一次绕组磁动势F1和二次绕组磁动势F2都作用在同一磁路上，如图4-17所示，于是根据磁路全电流定律可得到变压器负载运行时的磁动势方程式 。 这就是说，变压器负载运行时，作用在主磁路的两个磁动势F1和F2构成了负载时的合成磁动势F0，从而由F0建立了铁心内的主磁通。 （2）电动势平衡方程式 由于实际上变压器的一、二次绕组之间不可能完全耦合，因而除了主磁通在一、二次绕组中感应的电动势E1和E2外，仅与一次绕组交链的一次漏磁通Φ1σ和与二次绕组交链的二次漏磁通Φ2σ又在各自交链的绕组内产生漏感电动势E1σ和E2σ。 并联运行的优点有： ① 提高供电的可靠性，检修方便。当某台变压器发生故障时，可以将它从电网中切除进行检修，其他变压器继续运行，而不中断正常供电。 ② 可根据负载变化的情况调整并联运行的变压器的台数，以提高变压器的运行效率， 改善供电系统的功率因子。 ③ 可减少变压器的备用容量，并可随着用电量的增加，分期分批安装新的