电力变压器理论.doc

电力变压器基础知识 变压器是一种静止的电气设备，它利用电磁感应原理将一种电压等级的交流电能转变成另一种电压等级的交流电能。变压器用途一般分为电力变压器和特种变压器及仪用互感器 (电压互感器和电流互感器)。电力变压器按冷却介质可分为油浸式和干式两种。 在电力系统中，电力变压器 (以下简称变压器)是一个重要的设备。发电厂的发电机输出电压由于受发电机绝缘水平限制，通常为6.3kV、l0.5kV，最高不超过2OkV。在远距离输送电能时，须将发电机的输出电压通过升压变压器将电压升高到几万伏或几十万伏，以降低输电线电流，从而减少输电线路上的能量损耗。 输电线路将几万伏或几十万伏的高压电能输送到负荷区后，须经降压变压器将高电压降低，以适合于用电设备的使用。故在供电系统中需要大量的降压变压器，将输电线路输送的高压变换成不同等级的电压，以满足各类负荷的需要。 由多个电站联合组成电力系统时，要依靠变压器将不同电压等级的线路连接起来。所以，变压器是电力系统中不可缺少的重要设备。 第一节 变压器的工作原理与结构 一、变压器的工作原理 变压器是根据电磁感应原理工作的。图2-1是单相变压器的原理图。图中在闭合的铁芯上，绕有两个互相绝缘的绕组，其中，接入电源的一侧叫一次侧绕组，输出电能的一侧为二次侧绕组。当交流电源电压U1加到一次侧绕组后，就有交流电流I1通过该绕组，在铁芯中产生交变磁通φ，这个交变磁通不仅穿过一次侧绕组，同时也穿过二次侧绕组，两个绕组分别产生感应电势E1和E2，。这时，如果二次侧绕组与外电路的负荷接通，便有电流I2，流入负荷，即二次侧绕组有电能输出。 根据电磁感应定律可以导出: 一次侧绕组感应电势为:E1=4.44fN1φm 二次侧绕组感应电势为:E2=4.44fN2φm 式中:f------电源频率; N1-----一次侧绕组匝数; N2-----二次侧绕组匝数; φm ---铁芯中主磁通幅值。 由(2-1)、(2-2)式得出: 由此可见，变压器一、二次侧感应电势之比等于一、二次侧绕组匝数之比。 由于变压器一、二次侧的漏电抗和电阻都比较小，可以忽略不计，因此可近似地认为: 一次电压有效值:U1≈E1，二次电压有效值:U2≈E2。于是 式中:K----变压器的变比。 变压器一、二次侧绕组因匝数不同将导致一、二次侧绕组的电压高低不等，匝数多的一边电压高，匝数少的一边电压低，这就是变压器能够改变电压的道理。 如果忽略变压器的内损耗，可认为变压器二次输出功率等于变压器一次输入功率，即: U1I1=U2I2 (2一5) 式中I1、I2分别为变压器一次、二次电流的有效值。 由此可得出： (2-6) 由此可见，变压器一、二次电流之比与一、二次绕组的匝数比成反比。即变压器匝数多的一侧电流小，匝数少的一侧电流大，也就是电压高的一侧电流小，电压低的一侧电流大。 二、变压器的结构 中小型油浸电力变压器典型结构如图2-2所示。 1、高压套管 2、分接开关 3、低压套管 4、气体继电器 5、安全气道(放爆管) 6、油枕(储油柜) 7、油表 8、呼吸器(吸湿器) 9、散热器 10、铭牌 11、接地螺栓 12、油样活门 13、放油阀门 14、活门 15、绕组(线圈) 16、信号温度计 17、铁芯 18、净油器 19、油箱 20、变压器油 1、铁芯 (1)铁芯结构 变压器的铁芯是磁路部分。由铁芯柱和铁扼两部分组成。绕组套装在铁芯柱上，而铁扼则用来使整个磁路闭合。铁芯的结构一般分为心式和壳式两类。 心式铁芯的特点是铁扼靠着绕组的顶面和底面，但不包围绕组的侧面。壳式铁芯的特点是铁扼不仅包围绕组的顶面和底面，而且还包围绕组的侧面。由于心式铁芯结构比较简单，绕组的布置和绝缘也比较容易，因此我国电力变压器主要采用心式铁芯，只在一些特种变压器 (如电炉变压器)中才采用壳式铁芯。常用的心式铁芯如图2-3。近年来，大量涌现的节能性配电变压器均采用卷铁芯结构。 (2) 铁芯材料 由于铁芯为变压器的磁路，所以其材料要求导磁性能好，导磁性能好，才能使铁损小。故变压器的铁芯采用硅钢片叠制而成。硅钢片有热轧和冷轧两种。由于冷轧硅钢片在沿着辗轧的方向磁化时有较高的导磁系数和较小的单位损耗，其性能优于热轧的，国产变压器均采用冷轧硅钢片。国产冷轧硅钢片的厚度为0.35mm、0.3Omm、O 2、绕组 绕组是变压器的电路部分，一般用绝缘纸包的铝线或铜线烧制而成。根据高、低压绕组排列方式的不同，绕组分为同心式和交叠式两种。对于同心式绕组，为了便于绕组和铁芯绝缘，通常将低压绕组靠近铁芯柱。对于交叠式绕组。为了减小绝缘距离，通常将低压绕