配电变压器 配电变压器 形形的变压器 形形的变压器 变电站的大型变压器 街头变压器 各式变压器 可拆式变压器 在输电过程中，电压必须进行调整。 在输电过程中，电压必须进行调整。 •发电机的输出电压一般有3.15kV、6.3kV、10.5 kV、 15.75 kV 发电机的输出电压一般有 、 、 、 • 3.15kV 6.3kV 10.5 kV  15.75 kV 、18 kV、20 kV等几种，因此必须用升压变压器将电压升高才 、 、 等几种，因此必须用升压变压器将电压升高才 18 kV 20 kV 能实现 距离经济输送。电力工业中常采用高压输电低压配电 能实现 距离经济输送。电力工业中常采用高压输电低压配电 ，实现节能并保证用电安全。目前，我国交流输电的电压最高 ，实现节能并保证用电安全。目前，我国交流输电的电压最高 已达750kV。  已达 。 750kV    发电厂 输电线kV 升压 降压 降压 实验室 … 仪器 380 / 220V 36V 降压 降压 生活中需要各种电压 生活中需要各种电压       在我 使用的各种用电器中，所需的电源电 我 使用的各种用电器中，所需的电源电 压各不相同，而 日常照明电路的电压是220V，那 压各不相同，而 日常照明电路的电压是220V，那 么如何解决这一问题呢？ 么如何解决这一问题呢？ 需改变电压，以适应各种不同电压的需要。 一、变压器概述 一、变压器概述         变压器是一种静止的电气设备，利用电磁感应原 理将一种电压、电流的交流电能转换成同频率的另一 种电压、电流的电能。         换句话说，变压器就是实现电能在不同等级之间 进行转换。   变压器的构造 变压器的构造 1.构造： （1）铁芯 （2）原线 铁芯与线圈互相绝缘 主要作用： • 1、变换电压： –升压——提高线路输送容量和距离，降 低线路损耗。 – 降压——提供合适的供电电压，降低设 备绝缘等级。 • 2、传递电能 二、变压器的分类 变压器的种类很多，可按其用途、相数、结构、 调压方式、冷却方式等不同来进行分类。 按用途分类：电力变压器 （升压、降压）、仪用变 压器 （电压互感器、电流互感器）、整流变压器； 电力变压器 二、变压器的分类 仪用互感器是保证电能系统安全运行的重要设备，它 的二次电压或电流用于测量仪器或继电保护自动装置 ，使二次设备与高压隔离，保证设备和人身安全 电压互感器 电流互感器 二、变压器的分类 按用途分类：电力变压器 （升压、降压）、仪用变 压器 （电压互感器、电流互感器）、整流变压器； 整流变压器 二、变压器的分类 按相数分类：单相变压器和三相变压器； • 常用于单相交流电路 中隔离、电压等级的 变换、阻抗变换、相 位变换或三相变压器 气组 二、变压器的分类 按相数分类：单相变压器和三相变压器； • 常用于输配电系 统中变换电压和 传输电能 二、变压器的分类 按线圈数分类：双绕组变压器、三绕组变压器和自     耦变压器； 双绕组变压器 二、变压器的分类 按线圈数分类：双绕组变压器、三绕组变压器和自     耦变压器； 三绕组变压器 二、变压器的分类  按铁心结构分类：心式变压器和壳式变压器； 心式变压器： 中间无铁芯柱 “口”字型， 用于大、中型 变压器、高压 的电力变压器 二、变压器的分类  按铁心结构分类：心式变压器和壳式变压器； 壳式变压器：中间无 铁芯柱，“日”字型 常用于小型变压器、 大电流的特殊变压器 ，如电炉变压器、电 焊变压器；或用于电 子仪器及电视、收音 机等的电源电压器 二、变压器的分类  按铁心结构分类：心式变压器和壳式变压器； C型变压器： 常用于电子技术中的 变压器，例如电流互 感器、电压互感器等 。 特点绕线方便、安全 高效、耐压性强 二、变压器的分类 按调压方式分类：无载调压变压器、有载调压变压器； 有载调压变压器可以实现不断电进行电压调节， 无载调压必须停电后采用分接开关来调节  有载调压变压器 二、变压器的分类 按冷却介质和冷却方式分类：油浸式变压器和干 式变压器等； 油浸式变压器： 常用于大、中型变压器 二、变压器的分类 按冷却介质和冷却方式分类：油浸式变压器和干 式变压器等； 干式变压器： 用于安全防火要求较高 的场合，如地铁、机场 及高层建筑 二、变压器的分类 按冷却介质和冷却方式分类：油浸式变压器和干 式变压器等； 风冷式变压器： 强迫油循环风冷 ，用于大型变压 器 二、变压器的分类 按冷却介质和冷却方式分类：油浸式变压器和干 式变压器等； 自冷式变压器 ：空气冷却， 用于中、小型 变压器 二、变压器的分类 按容量大小分类：小型变压器、中型变压器、大型 变压器和特大型变压器。 特大型变压器 二、变压器的分类 按容量大小分类：小型变压器、中型变压器、大型 变压器和特大型变压器。 小型变压器 配电变压器是升压还是降压？ 配电变压器是降压， 一般为双绕组、油浸自冷、无励磁调压方式 三、变压器的工作原理 三、变压器的工作原理         接交流电源的绕组称为原绕组或称一次绕组，该侧是通 入交流电流侧，即吸收电能侧，输入电能侧,也称一次侧。         接负载的绕组称为副绕组或称二次绕组，该侧是接负载 侧，即输出电能侧，也称二次侧。                           当原边绕组接到交流电源时，绕组中便有交流电流流过，         当原边绕组接到交流电源时，绕组中便有交流电流流过， 并在铁心中产生与外加电压频率相同的磁通(主磁通)，这个交 并在铁心中产生与外加电压频率相同的磁通 主磁通 ，这个交 ( ) 变磁通同时交链着原边绕组和副边绕组。并且在一、二次绕组 变磁通同时交链着原边绕组和副边绕组。并且在一、二次绕组 中分别产生感应电动势。  中分别产生感应电动势。 铁心 + + Z  Z   – – N N 一次 1 2 二次 绕组 绕组 变压器原理图                 铁芯绕上线圈，给线圈通电，铁芯被磁化而形成                 铁芯绕上线圈，给线圈通电，铁芯被磁化而形成 电磁铁，铁芯形成磁场的通路，简称磁路。同时，磁路又 电磁铁，铁芯形成磁场的通路，简称磁路。同时，磁路又 会影响电路。 会影响电路。 红色虚线：磁路中主磁通的通路； 红色虚线：磁路中主磁通的通路； 紫色虚线：通过空气闭合的极少部分漏磁通。 紫色虚线：通过空气闭合的极少部分漏磁通。 电磁感应原理： 电磁感应原理： 变化的电场产生磁场,变化的磁场也能产生电场。 变化的电场产生磁场 变化的磁场也能产生电场。, 电能      →     磁场能        →   电能转化 电能      →     磁场能        →   电能转化 (U1、I1)       (变化的磁场)          ( U2、I2) 、 变化的磁场 、 (U1 I1)       ( )          ( U2 I2) 铁心 思考： 若给原线圈接 直流电压U , 1 + + 副线 Z  Z   – – N1 N2 二次 =0 一次 绕组 绕组 变压器原理图 其感应电动势大小可分别表示为：                                     式中      、   —— 一、二次绕组的匝数;                   ——磁通变化率。   一次、二次绕组互不相连，能量的传递靠磁耦合 一次、二次绕组互不相连，能量的传递靠磁耦合 。 。 耦合====联系 耦合====联系 3. 电磁关系 3. 电磁关系  （1）空载运行情况 + – + + 一次侧接交流电源 + ，二次侧开路。 –  – – 1 (2)  带负载运行情况 i  i2 1  一次侧接交流电源 + 2 + + e – 2 Z  Z ，二次侧接负载。 – u2   接负载 – +  – 1 4. 电压变换 （设加正弦交流电压） 4. 电压变换 （设加正弦交流电压） (1) 一次、二次侧主磁通感应电动势 (1) 一次、二次侧主磁通感应电动势 主磁通按正弦规律变化，设为      则 主磁通按正弦规律变化，设为      则 有效值: 有效值: 同  理： 同 理：    (2)  一次、二次侧电压 (2)  一次、二次侧电压 变压器一次侧等效电路如图 + – 根据KVL： – + + – 式中 R 为一次侧绕组的电阻; 式中 R1 为 绕组的电阻; 1           X =L 为一次侧绕组的感抗(漏磁感抗，由漏 为 绕组的感抗 漏磁感抗，由漏          X = L (  1   1 1   1 磁产生)。 磁产生 。 )         由于电阻 R 和感抗 X (或漏磁通)较小,其两端 1  X1  1  的电压也较小,与主磁电动势 E 比较可忽略不计， 1 1 则 变压器空载时: 变压器空载时: 式中U 为变压器空载电压。 式中U20为变压器空载电压。 20 故有 故有 （匝比） K为变比 （匝比） K为变比 结论：一次、二次侧电压与匝数成正比。改变匝数比 ，就能改变输出电压。 5. 电流变换 5. 电流变换 有载运行 有载运行     不论变压器空载还是     不论变压器空载还是 + + – 有载，一次绕组上的阻 + Z 有载，一次绕组上的阻 抗压降均可忽略，故有 – + – – 抗压降均可忽略，故有 当U 、 f 不变，则  基本不变，近于常数。 当 、 不变，则 基本不变，近于常数。 U1  f  m  1 m  或 结论：一次、二次侧电流与匝数成反比。 变压器的铭牌和技术数据 变压器的铭牌和技术数据 1、变压器的型号:型号表示一台变压器的结构、额定容量 1、变压器的型号: 、电压等级、冷却方式等内容。 S  J  L  *       1000/10 S  J  L  *       1000/10         高压绕组的额定电压(KV) 高压绕组的额定电压(KV)         变压器额定容量(KVA) 设计序号 设计序号         L铝线圈， Z有载调压，S三绕组 铝线圈， 有载调压， 三绕组         L  Z S J:油浸自冷式 J:油浸自冷式         冷却方式         冷却方式 F:风冷式 F:风冷式 S:三相 相数 相数 D:单相 2、额定值 •     额定运行情况：制造厂根据国家标准和设计、试验数 据规定变压器的正常运行状态。 •     表示额定运行情况下各物理量的数值称为额定值。额 定值通常标注在变压器的铭牌上。变压器的额定值主要 有： •     额定容量     ：铭牌规定在额定使用条件下所输出的视 在功率。 •     原边额定电压       ：正常运行时规定加在一次侧的端 电压，对于三相变压器，额定电压为线电压。 •     副边额定电压       ：一次侧加额定电压时，二次侧空 载时的端电压。 • 原边额定电流      ：变压器满载运行时，一次侧绕 变压器满载运行时，一次侧绕 组允许的电流值。对于三相变压器，   为原边额 组允许的电流值。 定线电流。 • 副边额定电流       ：变压器满载运行时，二次侧 变压器满载运行时，二次侧 绕组允许的电流值。对于三相变压器，    为副边 绕组允许的电流值。 额定线电流。 •   单相变压器额定值的关系式： •   三相变压器额定值的关系式： •   额定频率    ：我国工频：50Hz； •   还有额定效率、温升等额定值。  六、三相变压器的极性和连接组 六、三相变压器的极性和连接组 别  一、绕组的端点标志与极性         别 首先，我们来了解一下变压器出线端的标志符号 同极性 (名)端：由于变压器高、低压绕组交链着同 一主磁通，当某一瞬间高压绕组的某一端为正电 位时，在低压绕组上必有一个端点的电位也为正 ，则这两个对应的端点称为同极性端，并在对应 的端点上用符号 “．”标出。 注意：绕组的极性只决定于绕组的绕向，与绕组 首、尾端的标志无关。规定绕组相电动势的正方 向为从首端指向末端。如高压A相绕组的相电动势 为 （简写为 ），其正方向为从A指向X。规定 绕组线电动势的正方向为从下表中第一个字母指 向第二个字母，如 即表示A、B两相间线电动 势的正方向为从A指向B。 对一相绕组首尾端有两种标志的方法，一种 是把高、低压绕组的同极性端都标为首端 （或尾 端），即当同一铁心柱上高、低压绕组首端的极 性相同时，其电动势相位相同，如图 （a） （d） 所示。另一种是把高、低压绕组的不同极性端都 标为首端 （或尾端），即当首端极性不同时，高 、低压绕组电动势相位相反，如图 （b） （c）。 • • • • • • • • 二、单相变压器的连接组标号 用不同的连接组标号可以反映变压器两侧绕组对 应的电压或电动势之间的相位关系。它由绕组的 绕向和端头标志决定。 时钟法：即把高压绕组的线电动势相量作为时钟 的长针，且固定指向12的位置，对应的低压绕组 的线电动势相量作为时钟的短针，其所指的钟点 数就是变压器连结组的标号。 • 对于单相变压器，当同极性端同标志时，高、低 压绕组电压同相位，如图(a) 、(d)所示，连接组为 I,I0。其中I,I表示高、低压绕组都是单相绕组。当 同极性端异亿博电竞 亿博官网标志时，高、低压绕组电压相位相反 ，如图(b)  、(c)所示，连接组为I,I6。 • 我国国家标准规定I，I0为单相变压器的标准连接 组。 • 位形图            为了方便，用一个相量图既表示电压相量， 也表示电动势相量，同时，不再标注电压或电动 势相量符号，只标明首、末端标志字母。采用这 种表示方法，各电压或电动势之间的相位关系不 变。这种图称为位形图，如图所示，图中相量表 示                                   。  A X        位形图 三、三相绕组的连结方式             对于三相变压器，不论是高压绕组还是低压绕 组，我国主要采用星形连接 （Y连接）和三角形连 接 （D连接）两种。             星形连接方式：以高压绕组为例，把三相绕组 的 ３个末端X、Y、Z连在一起，结成中点，而把它 们的三个首端A、B、C引出，便是星形连接，用符 号Y表示。以高压绕组为例，连接方式及位形图如 图 （a）所示。如果有中性点引出线，则用YN表示 。 三角形连接方式：如果把一相的末端和另一相首 端连接起来，顺序形成一闭合电路，称为三角形 连接，用d表示。三角形连接有两种连接顺序：以 高压绕组为例，一种按ax-cz-by的顺序连接，称 为逆时针接法 （也称首端1右接法），如图(b)所 示；另一种按ax-by-cz的顺序连接，称为顺时针 接法 （也称首端1左接法），如图(c)所示。 （a） （b） （c） 四、三相变压器的连结组别 三相变压器高、低压绕组对应的线电动势之间 的相位差，通常用时钟法来表示，称为变压器的连 结组别。      1、Y，y接法 当各相绕组同铁心柱时，Y，y接法有两种情况。 1）高、低压绕组同极性端有相同的首端标志，高 、低压绕组相电动势相位相同，则高、低压绕组对 应线电动势和也同相位，其连结组为Y，y0。如图 （a）所示。     2）同极性端有相异的端点标志，高、低压绕组相 电动势相位相反，则对应的线电动势和相位也相反 ，因此其连结组为Y，y6。如图亿博电竞 亿博官网 （b ）所示。         对连结组为Y，y0接线图，如果保持高压绕组 的三相标记不变，而将低压绕组的三相标记依次 后移一个铁心柱，即b y →a x 、c z →b y 、a x  →c z 。在向量图上相当于把各相应的电动势顺时 针方向转了120度 （即4个钟点数），则可得到Y， y4连结组别；若后移两个铁心柱，则得Y，y8连 结组别。同理，对Y，y6接线图，采取同样的轮 换方法，可得到Y，y10；Y，y2连结组别。  2、Y，d接法         高压绕组为Y接法，低压绕组为d接法。高、低压绕组将 同极性端标为首端，若低压绕组按ax-cz-by作“逆序”三角形 连接，此时高、低压绕组相电动势同相位，但低压侧线电动 势滞后高压侧对应线度），连接组 别为Y，d11 。     若高、低压绕组将同极性端标为首端，若低压绕组按ax-by -cz作“顺序”三角形连接，此时高、低压绕组相电动势同相位 ，但低压侧线电动势滞后高压侧对应线连接组别。       同理，如果保持高压绕组的三相标记不变，而将低压绕 组的三相标记依次轮换或反相，则可得 Y，d3； Y，d7； Y， d5； Y，d9连接组别。    A         B          C B C A a    a          b          c c b (a)                                     (b)  Y，y6连接组别 (a) 接线    (b)位形图 A         B       C B C b c A a a        b        c     (a)                                   (b)   Y，y0连接组别 (a) 接线    (b)位形图 在用相量图判断变压器的连结组时应注意以下几点： 1）绕组的极性只表示绕组的绕法，与绕组首末端的 标志无关； 2）高、低压绕组的相电动势均从首端指向末端，线 电动势从A指向B；  3）同一铁心柱上的绕组 （在连接图中为上下对应的 绕组），首端为同极性时相电动势相位相同，首 端为异极性时相电动势相位相反； 4）对于Y,y连接而言,可得0,2,4,6,8,10六个偶数的连 结组别.    相对于Y,d而言,就可得1,3,5,7,9,11六个奇数的连结 组别.   A         B        C B C b c   a          b         c A a    (a)                                (b)  Y，d11连接组别 (a) 接线    (b)位形图 五、标准连结组：        总的来说，Y，y接法接法可以有0、2、4、6、8、 10等6个偶数连结组别，Y，d接法接法可以有1、 3、5、7、9、11等6个奇数组别，因此三相变压器 共有12个不同的连结组别。为了使用和制造上的 方便，我国国家标准规定只生产下列5种标准连结 组别的电力变压器，即Y，yn0；Y，d11；YN， d11；YN，y0；Y，y0。其中以前3种最为常用。 对于单相变压器，标准连结组为I，I0。 四、几种典型的三相变压器 —三相油浸式配电变压器 这是一个三相电力变压器的模型。从外观看主要由变压器 的箱体、高压绝缘套管、低压绝缘套管、油枕、散热管组 成。/dianjixilie011/kjdhz01.html 移去变压器箱体可看到变压器的铁芯与绕组，铁芯由硅 钢片叠成，硅钢片导磁性能好、磁滞损耗小。在铁芯上 有A、B、C三相绕组，每相绕组又分为高压绕组与低压 绕组，一般在内层绕低压绕组，外层绕高压绕组。图2 左边是高压绕组引出线，右边是低压绕组引出线。 把铁芯与绕组放入箱 体，绕组引出线通过 绝缘套管内的导电杆 连到箱体外，导电杆 外面是瓷绝缘套管， 通过它固定在箱体上 ，保证导电杆与箱体 绝缘。为减小因灰尘 与雨水引起的漏电， 瓷绝缘套管外型为多 级伞形。右边是低压 绝缘套管，左边是高 压绝缘套管，由于高 压端电压很高，高压 绝缘套管比较长。 变压器箱体 （即油箱） 里灌满变压器油，铁芯 与绕组浸在油里。变压 器油比空气绝缘强度大 ，可加强各绕组间、绕 组与铁芯间的绝缘，同 时流动的变压器油也帮 助绕组与铁芯散热。在 油箱上部有油枕，有油 管与油箱连通，变压器 油一直灌到油枕内，可 充分保证油箱内灌满变 压器油，防止空气中的 潮气侵入。 油箱外排列着许 多散热管，运行 中的铁芯与绕组 产生的热能使油 温升高，温度高 的油密度较小上 升进入散热管， 油在散热管内温 度降低密度增加 ，在管内下降重 新进入油箱，铁 芯与绕组的热量 通过油的自然循 环散发出去。 一些大型变压器为 保证散热，装有专 门的变压器油冷却 器。冷却器通过上 下油管与油箱连接 ，油通过冷却器内 密集的铜管簇，由 风扇的冷风使其迅 速降温。油泵将冷 却的油再打入油箱 内，下图是一台容 量为400000kVA的 特大型电力变压器 模型，其低压端电 压为20kV，高压端 电压为220kV。 采用油冷却的变压器结构较复杂，由于油是可燃物 ，也就存在安全性问题。目前，在城市内、大型建 筑内使用的变压器已逐渐采用干式电力变压器，变 压器没有油箱，铁芯与绕组安装在普通箱体内。干 式变压器绕组用环氧树脂浇注等方法保证密封与绝 缘，容量较大的绕组内还有散热通道，大容量变压 器并配有风机强制通风散热。由于材料与工艺的限 制，目前多数干式电力变压器的电压不超过35kV， 容量不大于20000kVA，大型高压的电力变压器仍 采用油冷方式。   变压器的结构 铁心 变压器的结构 + + Z  Z   – – N1 N2 二次 一次 绕组 绕组 变压器结构示意图 一次绕组 由高导磁硅钢片叠成 一次绕组 绕组： 绕组： 二次绕组 铁 厚0.35   或  0.5 二次绕组 心 变压器的电路 变压器的磁路 变压器的电路 变压器的结构        铁心和绕组是变压器中最主要的部 件，他们构成 了变压器的器身。 1、铁心：构成了变压器的磁路，同时又是套装绕组 的骨架。铁心由铁心柱和铁轭两部分构成。铁心 柱上套绕组，铁轭 （不套线圈只起闭合磁路作用的部分） 将铁心柱连接起来形成闭合磁路。 铁心材料：为了提高磁路的导磁性能，减少铁心 中的磁滞、涡流损耗，铁心一般用高磁导率的磁 性材料——硅钢片叠成。其厚度为0.35～0.5mm， 两面涂以厚0.02～0.23mm的漆膜，使片与片之间 绝缘。  功率损耗  功率损耗             交流铁心线圈的功率损耗主要有铜损和铁损两种。             交流铁心线圈的功率损耗主要有铜损和铁损两种。 i 1. 铜损(P ) i 1. 铜损( P )  cu cu +          在交流铁心线圈中, 线圈电阻R + 在交流铁心线圈中 线圈电阻           ,  R u u  上的功率损耗称铜损，用P 表示。  上的功率损耗称铜损，用Pcu 表示。 cu  – – 2  P = RI2   P = RI  cu  cu  式中：R是线圈的电阻；I 是线圈中电流的有效值。 式中： 是线圈的电阻； 是线圈中电流的有效值。 R I 2. 铁损(P ) 2. 铁损( P )  Fe Fe         在交流铁心线圈中，处于交变磁通下的铁心内的         在交流铁心线圈中，处于交变磁通下的铁心内的 功率损耗称铁损，用P  表示。 功率损耗称铁损，用PFe 表示。 Fe 铁损由磁滞和涡流产生。 铁损由磁滞和涡流产生。 （1）磁滞损耗 （P ） （）磁滞损耗 （ ） 1 Ph h 磁滞性：磁性材料中磁感应强度B 的变化总是滞后于 磁滞性：磁性材料中磁感应强度 的变化总是滞后于 B                 外磁场变化H （磁场强度）的性质。                 外磁场变化H （磁场强度）的性质。     由磁滞所产生的能量损耗称为磁滞损耗(P  ) 。     由磁滞所产生的能量损耗称为磁滞损耗( P  ) 。  h h    磁滞损耗转化为热能，引起铁心发热。    磁滞损耗转化为热能，引起铁心发热。 减少磁滞损耗的措施： 减少磁滞损耗的措施： 变压器和电机中选用硅钢等材料制作铁心，降低磁滞 变压器和电机中选用硅钢等材料制作铁心，降低磁滞 损耗。 损耗。 (2)涡流损耗 （P ） (2)涡流损耗 （P ）   e  e       涡流：交变磁通在铁心内产生       涡流：交变磁通在铁心内产生 感应电动势和电流，称为涡流。涡 感应电动势和电流，称为涡流。涡 流在垂直于磁通的平面内环流。 流在垂直于磁通的平面内环流。 涡流损耗:  由涡流所产生的功率损耗。 涡流损耗 由涡流所产生的功率损耗。 :   涡流损耗转化为热能，引起铁心发热。 涡流损耗转化为热能，引起铁心发热。 减少涡流损耗措施： 减少涡流损耗措施：        提高铁心的电阻率 （通常由于        提高铁心的电阻率 （通常由于 硅钢片）。铁心用彼此绝缘的钢片 硅钢片）。铁心用彼此绝缘的钢

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