变压器原理与结构图
变压器按用途分可分为升压和降压两类;
按相数分可分为单相变压器、三相变压器;
按绕组形式可分为双绕组变压器、三绕组变压器和自耦变压器;
按冷却方式分可分为油津变压器和干式变压器。
一、单相变压器
单项变压器即一次绕组和二次绕组均为单相绕组的变压器。它具有结构简单、体积小、损耗低,主要是铁损小,适宜在负荷密度较小的低压配电网中应用和推广。
1.变压器的结构
变压器的基本机构如图所示:铁芯和绕组(线圈)。铁芯构成变压器的磁路系统,并作为变压器的机器骨架。变压器的线圈通常称为绕组,它是变压器中的电路部分,小型变压器一般用具有绝缘的漆包圆铜线绕制而成,对容量稍大的变压器则用扁铜线或扁铝线绕制。
2.变压器的工作过程
(1)变压
变压器改变电压有一个专门的参数:变压比。从变压比可以看出一个变压器是升压变压器还是降压变压器,也或者是1:1的变压器。
变压比=一次绕组匝数/二次绕组匝数。
变压比小于1,表明一次绕组匝数小于二次绕组匝数,是升压变压器。变压比大于1,表明一次绕组匝数大于二次绕组匝数,是降压变压器。
(2)变电流
变压器在不考虑线损铜损以及功率不变的前提下,匝数越少输出电流越大,变压器输出容量跟二次绕组的线径有直接关系,只有足够的线径,才会达到足够的电流。所以变压器是通过合理设置匝数跟线径粗细来调整输出电流的装置。
3.变压器损耗与效率
(1)变压器的损耗
变压器的损耗可以分为两大类:铁损耗和铜损耗(铝线变压器称之为铝损耗)。
当变压器铁芯中的磁通交变时,在铁芯中要产生磁滞损耗和涡流损耗,这两项统称为铁损耗。变压器的空载损耗基本上等于铁损耗,铁损耗又称为不变损耗,与负载电流的大小和性质无关。稳态短路负载损耗主要为铜耗。
变压器的一次、二次绕组中都有一定的电阻,当电流流过绕组时,就要产生损耗,消耗电能,这就是铜损耗。变压器的铜损耗取决于负载电流的大小和绕组的电阻值,故也称可变损耗。
(2)变压器的效率
在额定负载下,变压器的输出功率与输入功率的比值定义为变压器的效率,用符号η表示。
输入功率:P1=mU1I1cosφ1
输出功率:P2=m U2I2cosφ2
两者之差为变压器的损耗△P,它包括铜损耗PCu和铁损耗PFe两部分,即
△P=PCu+PFe
则 η= P2/P1×100%= P2/(P2+△P)×100%= P2/(P2+PCu+ PFe)×100%
变压器的效率一般都比较高,中小型电力变压器效率在95%以上,大型电力变压器效率可达99%以上。
二、三相变压器
1.结构组成
在三相变压器中,目前使用最广的是油浸式变压器,其外形如图所示,它主要由铁芯、绕组、油箱和冷却装置、保护装置等部件组成。
铁芯:是三相变压器的磁路部分,通常由含硅量较高。铁芯分为铁芯柱和横片俩部分,铁芯柱套有绕组,铁芯结构的基本形式有心式和壳式两种。
绕组:是变压器的电路部分,它是由双丝包绝缘扁线或漆包圆线绕成。
油箱和冷却装置:由于三相变压器主要用于电力系统进行电压等级的变换,因此其容量都比较大,电压也比较高。为了铁心和绕组的散热和绝缘,均将其置于绝缘的变压器油内,而油则盛放在油箱内。为了增加散热面积,一般在油箱四周加装散热装置,老型号电力变压器采用在油箱四周加焊扁形散热油管,新型电力变压器以采用片式散热器散热为多。容量大于10 000 kV·A的电力变压器,采用风吹冷却或强迫油循环冷却装置。
保护装置
(1)气体继电器。在油箱和储油柜之间的连接管中装有气体继电器,当变压器发生故障时,内部绝缘物汽化,使气体继电器动作,发出信号或使开关跳闸。
(2)防爆管(安全气道)。装在油箱顶部,它是一个长的圆形钢筒,上端用酚醛纸板密封,下端与油箱连通。若变压器发生故障,使油箱内压力骤增时,油流冲破酚醛纸板,以免造成变压器箱体爆裂。近年来,国产电力变压器已广泛采用压力释放阀来取代防爆管,其优点是动作精度高,延时时间短,能自动开启及自动关闭,克服了停电更换防爆管的缺点。
2.型号含义及额定值
(1)产品型号及含义说明如图
(2)额定容量
额定容量是指变压器在额定工作状态下,二次绕组的视在功率,其单位为kVA。
对于单相变压器而言,即变压器二次绕组的额定电压U2N与额定电流I2N的乘积。
三相变压器的额定容量为:
(3)额定电压U1N 和U2N
额定电压U1N是指变压器在额定运行情况下,根据变压器绝缘等级和允许温升等条件规定的一次绕组上的线电压。额定电压U2N是指在一次绕组上加额定电压后,二次绕组空载时的线电压。
(4)额定电流I1N和I2N
额定电流是指变压器在额定运行的条件下,一次绕组、二次绕组长时间工作允许的线电流。
(5)连接组标号
连接组标号是指三相变压器一次绕组、二次绕组的连接方式。 Y指高压绕组作星形连接,y指低压绕组作星形连接,D指高压绕组作三角形连接,d指低压绕组作三角形连接,N指高压绕组作星形连接时的中性线,n指低压绕组作星形连接时的中性线。
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