文档介绍：第七章变压器的基本结构和运行分析
在工农业生产及社会生活的各个方面,存在着千差万别的用电设备,不同的用电设备常常需要接在各种不同等级电压的电源上。例如,家用电器一般接在电压为220V的电源上;三相异步电动机一般接在电压为380V的电源上;我国电力机车接在电压为25KV的接触网上。为了供电、输电、配电的需要,就必须使用一种电气设备把发电厂内交流发电机发出的交流电压变换成不同等级的电压。这种电气设备就是变压器。变压器是在法拉第电磁感应原理的基础上设计制造的一种静止的电气设备,它可以将输入的一种等级电压的交流电能变换成同频率的另一种等级电压的交流电能输出。
本章在介绍变压器基本结构和工作原理的基础上,分析变压器空载运行、负载运行的电磁关系,得出变压器的各种平衡方程、等效电路和运行特性。并简要介绍自耦变压器和互感器的原理和作用。
第一节变压器的基本结构、分类及铭牌
变压器的基本结构部件是铁心和绕组,由它们组成变压器的器身。为了改善散热条件,大、中容量变压器的器身浸入盛满变压器油的封闭油箱中,各绕组与外电路的连接则经绝缘套管引出。为了使变压器安全可靠地运行,还设有储油柜、气体继电器和安全气道等附件,如图7-1所示。
图7-1 电力变压器外型
一、变压器的基本结构
变压器由铁心、绕组、油箱及附件等3大部分组成。
下面以油浸式电力变压器为例来分别介绍。
铁心既作为变压器的磁路;又作为变压器的机械骨架。
为了提高导磁性能、减少交变磁通在铁心中引起的损耗,-。电工钢片的两面涂有绝缘层,起绝缘作用。大容量变压器多采用高磁导率、低损耗的冷轧电工钢片。电力变压器的铁心一般都采用心式结构,其铁心可分为铁心柱(有绕组的部分)和铁轭(联接两个铁心柱的部分)两部分。绕组套装在铁心柱上,铁轭使铁心柱之间的磁路闭合,如图7-2所示。
在铁心柱与铁轭组合成整个铁心时,多采用交叠式装配,使各层的接缝不在同一地点,这样能减少励磁电流,但缺点是装配复杂,费工费时。在一般变压器中,铁心柱截面采用外接圆的阶梯形。只有当变压器容量很小时才采用方形。
交流磁通在铁心中会引起涡流损耗和磁滞损耗,使铁心发热。在大容量变压器的铁心中
往往设置油道。铁心浸在变压器油中,当油从油道中流过时,可将铁心中的热量带走。
绕组是变压器的电路部分,用来传输电能,一般分为高压绕组和低压绕组。接在较高电压上的绕组称为高压绕组;接在较低电压上的绕组称为低压绕组。从能量的变换传递来说,接在电源上,从电源吸收电能的绕组称为原边绕组(又称一次绕组或初级绕组);与负载连接,给负载输送电能的绕组称副边绕组(又称二次绕组或次级绕组)。
绕组一般是用绝缘的铜线绕制而成。高压绕组的匝数多、导线横截面小;低压绕组的匝数少、导线横截面大。为了保证变压器能够安全可靠的运行以及有足够的使用寿命,对绕组的电气性能、耐热性能和机械强度都有一定的要求。
绕组是按照一定规律连接起来的若干个线圈的组合。根据高压绕组和低压绕组相互位置的不同,绕组结构型式可分为同心式和交叠式两种。
同心式绕组是将高压绕组和低压绕组同心地套装在铁心柱上,如图7-2(a)所示。为了绝缘方便,低压绕组紧靠着铁心,高压绕组则套装在低压绕组的外面,两个绕组之间留有油道。油道一是作为绕组间的绝缘间隙;二是作为散热通道,使油从油道中流过冷却绕组。在单相变压器中,高、低压绕组均分为两部分,分别套装在两铁心柱上,这两部分可以串联或并联;在三相变压器中属于同一相的高、低压绕组全部套装在同一铁心柱上。同心式绕组的结构简单、制造方便,心式变压器一般都采用这种结构。
交叠式绕组是将高压绕组和低压绕组分成若干线饼,沿着铁心柱交替排列而构成,如图7-2所示。为了便于绝缘和散热,高压绕组与低压绕组之间留有油道并且在最上层和最下层靠近铁轭处安放低压绕组。交叠式绕组的机械强度高,引线方便,壳式变压器一般采用这种结构。
图7-2 变压器的铁心与绕组型式
(a)心式铁心和同心式绕组;(b)壳式铁心和交迭式绕组。
1-铁心;2-低压绕组;3-高压绕组。
油箱就是油浸式变压器的外壳。变压器在运行中绕组和铁心会产生热量,为了迅速将热量散发到周围空气中去,可采用增加散热面积的方法。变压器油箱的结构型式主要有平板式、管式等。对容量较大的变压器,采用在油箱壁的外侧装有散热管的管式油箱来增加散热面积,
当油受热膨胀时,箱内的热油上升到油箱的上部,经散热管冷却后的油下降到油箱的底部,形成自然循环,把热量散发到周围空气中。对大容量变压器,还可采用强迫冷却的方法,如用风扇吹冷变压器等以提高散热效果。
高、低压绕组套装在铁心上总称为器身,器身放在油箱中,油箱中充以变压器