变压器的工作原理 分类及结构Word格式.docx

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设

一次绕组的 

二次绕组的

电压相量U1 

电压相量U2

电流相量I1 

电流相量I2

电动势相量E1 

电动势相量E2

匝数N1 

匝数N2

同时交链一次，二次绕组的磁通量的相量为φm,该磁通量称为主磁通

请注意图3.1.2各物理量的参考方向确定。

2.理想变压器

不计一次、二次绕组的电阻和铁耗，

其间耦合系数K=1的变压器称之为理想变压器

描述理想变压器的电动势平衡方程式为 

e1（t）=-N1dφ/dt

e2（t）=-N2dφ/dt

若一次、二次绕组的电压、电动势的瞬时值均按正弦规律变化，

则有

不计铁心损失，根据能量守恒原理可得

由此得出一次、二次绕组电压和电流有效值的关系

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令K=N1/N2，称为匝比（亦称电压比），则

图3.1.5三相变压器外观示意图

二.变压器的结构

1.铁心

铁心是变压器中主要的磁路部分。

通常由含硅量较高，厚度为0.35或0.5mm，

表面涂有绝缘漆的热轧或冷轧硅钢片叠装而成

铁心分为铁心柱和铁轭俩部分，铁心柱套有绕组；

铁轭闭合磁路之用

铁心结构的基本形式有心式和壳式两种 

图3.1.6心式变压器结构示意图

2.绕组

绕组是变压器的电路部分，

它是用纸包的绝缘扁线或圆线绕成 

图3.1.8 

交叠式绕组

3.其他结构部件

以典型的油侵式电力变压器为例，其他结构部件有:

油箱、储油柜、散热器、高压绝缘管套以及继电保护装置等外形如下图 

4.变压器的额定值（表2-1） 

图3.1.10 

油侵式电力变压器

（1）.额定容量SN

变压器视在功率的惯用数值，以VA，KVA，MVA表示

（2）.额定电压UN

变压器各绕组在空载额定分接下端子间电压的保证值，

对于三相变压器额定电压系指线电压，以V或KV表示

（3）.额定电流IN

变压器的额定容量除以各绕组的额定电压所计算出来的线电流值，以A表示

单相变压器的一次、二次绕组的额定电流为 

I1N=SN/U1N 

I2N=SN/U2N

三相变压器的一次、二次绕组的额定电流为

I1N=SN/sqrt（3）U1N

I2N=SN/sqrt（3）U2N

（4）.额定频率

我国工业用电频率为50HZ

三、变压器的冷却方式

变压器运行时，绕组和铁芯产生的热量先传给油，然后通过油传给冷却介质。

为了提高变压器出力，保证变压器正常运行，保证变压器使用寿命，必须加强变压器的冷却，变压器的冷却方式，按其容量大小，有如下几种类型:

1．油浸自冷

油浸自冷是以变压器油在油箱内自然循环，将变压器绕组和铁芯的热量传递给油箱壁及散热管，然后，依靠空气自然流动将油箱壁及散热管的热量散发到大气中。

如图5-1（a）所示，变压器运行时，绕组和铁芯由于电能损耗产生的热量使油的温度升高，体积膨胀，密度减小，油自然向上流动，上层热油流经散热管、油箱壁冷却后，因密度增大而下降，于是形成了油在油箱和散热管间的自然循环流动，热油通过油箱壁和散热管散热而得到冷却。

容量在750OkVA及以下的变压器一般采用油浸自冷冷却方式。

图5-1油自然循环冷却系统示意图

（a）油自然循环空气自然冷却系统；

（b）油自然循环强迫风冷却系统

1—油箱；

2—铁芯与绕组；

3—散热管；

4—散热器；

5—冷却风扇；

6—联箱

2．油浸风冷

如图5-1（b）所示，在油浸自冷的基础上，在散热器上加装了风扇，风扇将周围的空气吹向散热器，加强散热器表面冷却，从而加速散热器中油的冷却，使变压器油温度迅速降低，提高了变压器绕组及铁芯的冷却效果。

容量在100OOkVA以上的较大型变压器一般采用油浸风冷冷却方式。

3．强迫油循环冷却

大容量变压器仅靠加强散热器表面冷却是远远不够的，因为表面冷却只能降低油的温度，当油温降到一定程度时，油的粘度增加，以致油的流速降低，达不到所需的冷却效果。

为此，大容量变压器采用强迫油循环冷却，利用潜油泵加快油的循环流动，使变压器器身得到较好的冷却效果。

根据变压器冷却器冷却方式的不同，强迫油循环的冷却分为强迫油循环风冷和强迫油循环水冷两种方式。

（1）强迫油循环风冷。

在油浸风冷的基础上，加装了潜油泵，利用潜油泵加强油在油箱和散热器之间的循环，使油得到更好的冷却效果。

如图5-2所示，强迫油循环风冷的冷却过程是:

油箱上层的热油在潜油泵作用下抽出→经上蝴蝶阀门2→进入上集油室4→经散热器5冷却→冷油进入下集油室8→经过滤油器9→潜油泵10→流经流动继电器11→冷油经下蝴蝶阀门12进入油箱1的底部→冷油对器身冷却变成热油上升到油箱上层。

如此不断循环，使绕组、铁芯得到冷却。

（2）强迫油循环水冷。

如图5-3所示，变压器的油箱上不装散热器，油箱外加装了一套由潜油泵、滤油器、冷油器、油管道等组成的油系统，油系统与油箱由油管道和阀门相连。

图5-2强迫油循环风冷装置示意图

1—油箱；

2—上蝴蝶阀门；

3—排气塞；

4—上集油室；

5—散热器；

6—风扇；

7—导风筒；

8—下集油室；

9—滤油器；

10—潜油泵

强迫油循环水冷冷却过程是:

变压器油箱的上层热油由潜油泵抽出，经冷油器冷却后，再进入变压器油箱的底部，冷油对器身冷却后上升至油箱上层，如此反复循环，使变压器的绕组和铁芯得到冷却。

在冷油器中，冷却水（最高水温不超过30OC）从冷却水管道内流过，管外流过热油，冷却水将油的热量带走，使热油得到冷却。

图5-3强迫油循环水冷装置示意图

3—潜油泵；

4—冷却水管道；

5—冷油器；

6—油管道；

7—下蝴蝶阀门

4．强迫油循环导向冷却

所谓“导向”是指经过变压器外部冷却器冷却后的冷油，由潜油泵送回变压器油箱后，冷油在变压器油箱内是按给定的路径流动的。

如图5-4所示，在变压器器身底部夹件两侧，各装有一根与外部冷却管道相通的钢管，冷油由此流入，再由管子分几路穿过绕组下面的支持平面，往上流经铁芯内的冷却油道及绕组内的油道，使冷油与发热部件充分接触，更有效地带走热量，提高铁芯和绕组的冷却效果。

巨型变压器常采用强迫油循环导向冷却方式。

除上述几种常见的冷却方式外，变压器还有油浸箱外水冷、蒸发冷却、水内冷等冷却方式，这里不再介绍。