01 变压器的结构与工作原理(一)

《电机与变压器》  第一讲

课题：1、变压器的分类和用途  2、变压器的结构和冷却方式				授课课时	2节	授课 日期
授 课 方 式	讲授			作业 题数	2	拟用 时间	0.5
教 学 目 的	1.了解变压器的分类及用途； 2.了解电力变压器的结构和冷却方式。			选 用 教 具 挂 图	模型、自制挂图
重 点	1.变压器的分类及用途； 2.电力变压器的结构和冷却方式。	难 点	变压器的用途
教 学 回 顾 导 入 课 题	提问：1、电能是怎样产生的? 2、变压器在电能的传输中有什么作用? 3、电动机在电能的使用上有什么优点? 导入课题： 变压器是用来改变交流电压大小的供电设备。它是根据电磁感应原理，把某一等级的交流电压变换成频率相同的另一等级的交流电压，以满足不同负载的需要。变压器的应用使人们能够方便地解决输电和用电这一矛盾。因此，变压器在电力系统中占有很重要的地位。     本节课我们学习变压器的分类及用途、结构和冷却方式。

授课教师：黄 文 进        教研组审阅：               科审阅日期：

一、讲授新课
1、变压器的用途 （1）变压器在电力系统中可用来升压和降压，以提高电能的传输效率和满足用户的各种电压需求。 （2）变压器可用作阻抗变换器，如收音机中的输出变压器。 （3）其他用途的变压器，如自耦变压器、仪用互感器、电焊变压器等。 2、变压器的分类       （详见课本P4表1─1） 表1─1                     变压器常用的分类方法和主耍用途 分类	名称	主要用途
按相数分 类	单相变压器	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组
	三相变压器	常用于输配电系统中变换电压和传输电能
按用途分 类	电力变压器	常用于输配电系统中变换电压和传输电能
	仪用互感器	常用于电工测量与自动保护装置
	电炉变压器	常用于冶炼、加热及热处理设备电源
	自耦变压器	常用于实验室或工业上调节电压
	电焊变压器	常用于焊接各类钢铁材料的交流电焊机上
按铁 心结 构形 式分	壳式铁心	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l或用于电子仪器 及电视、收音机等的电源变压器
	心式铁心	常用于大、中型变压器、高压的电力变压器
	C形铁心	常用于电子技术中的变压器
按冷却 方式分	油浸式变压器	常用于大、中型变压器
	风冷式变压器	强迫油循环风冷，用于大型变压器
	自冷式变压器	空气冷却，用于中；小型变压器
	干式变压器	用于安全防火要求较高的场合，如地铁、机场及高层建筑等

变压器的分类方式还有很多。如电力变压器可分为升压、降压和配电变压器；根据工作特性可分为变压器、变流三绕组变压器、感应式移相器。变换阻抗器；按绕组可分为单绕组变压器、双绕组变压器、多绕组变压器。

3、变压器的结构

变压器的结构主要由绕组和铁心组成。

对于电力变压器，为了解决散热、绝缘、密封、安全等问题，还需要油箱、绝缘套管、储油柜、冷却装置、压力释放阀、安全气道、温度计和气体继电器等附件，其结构如图1—1所示。

图1—1  油浸式电力变压器

（1）变压器绕组

1)绕组材料选用。绕组是变压器的电路部分，常用绝缘铜线或铜箔绕制而成，也有用铝线或铝箔绕制的。

2)绕组命名。接电源的绕组称为一次绕组；接负载的绕组称为二次绕组。按绕组所接电压高、低分为高压绕组和低压绕组。

3)绕组类型。按绕组绕制的方式不同，绕组可分为同心绕组和交叠绕组两种类型。

表l—2                       绕组类型及特点

绕组类型	绕制特点	应用范围
同心绕组	将一次、二次饲线膈套在同一铁心柱的内外层，一般低压绕组在内层，高压绕组在外层，当低压绕组电流较大时，绕组导线较粗，也可放到外层。绕组的层间留有油道，以利绝缘和散热。同心绕组结构简单，绕制方便	大多用于电力变压器中
交叠绕组	将高低压线圈绕成饼状，沿铁心轴向交叠放置，一般两端靠近铁轭处放置低压绕组，有利于绝缘	大多用于壳式、干式变压器及电炉变压器中

（2）变压器铁心

铁心是主磁通的通道，也是安放绕组的骨架。

1)铁心材料选用

铁心材料的质量，直接影响刭变压器的性能。高磁导率、低损耗和价格，是选择铁心材料的关键。

铁心常用硅钢片叠装而成，而硅钢片可分热轧和冷轧两种。

表1—3                热扎和冷扎硅铜片的性能特点

导磁材料名称	性能和特点	应用范围
热轧硅钢片	导磁性能好而损耗小，厚度有0.35mm和o.5mm两种，片间涂覆绝缘漆，工艺性较好	多用于小型变压器中
冷轧硅钢片	性能比热轧硅钢片更好，但工艺性较差，导磁有方向性且价贵。厚度有0.27mm、0.30mm和0.35mm多种(越薄质量越好)	多用于大中型变压器中，如电力变压器

目前，有的变压器铁心采用非晶合金材料。利用非晶合金制作铁心而成的变压器，比利用硅钢片制作铁心变压器的空载损耗下降75％左右，空载电流下降约80％。

2)铁心类型

变压器的铁心因绕组放置的位置不同，可分为芯式、壳式。

表l一4                    变压器铁心的特点

铁心类型	性能和特点	应用范围
芯式	线圈包着铁心，结构简单，装配容易，省导线	适用于大容量、高电压。电力变压器大多采用三相芯式铁心
壳式	铁心包着线圈，铁心易散热，但用线量多，工艺复杂	除小型干式变压器外很少采用

3)铁心柱与铁轭的装配工艺

铁心由铁心柱与铁轭（è）构成，铁心柱是铁心安装绕组的部分，铁轭是连接铁心柱形成闭合磁路的铁心部分。

铁心柱与铁轭的装配工艺有对接式、叠接式和C形三种两种，

表1—5                    铁心柱与铁轭的装配工艺

装配工艺类别	性能和特点	应用范围
对接式	将铁心和铁轭分别叠装夹紧，然后把它们对接起来，再夹紧。因工艺气隙大，从而增加了礅照和励磁电流	小型变压器
叠接式	将铁心柱和铁轭的钢片一层层相互交错、重叠(每层不能多于三片)，接缝相互错开。因气隙较小，磁阻也相应减小，从而减少了励磁电流，改善了性能	大型变压器都采用这种方式。小型变压器一般也采用叠接工艺，结 构简单，经济实用
C字形	由冷轧钢带卷绕而成，铁心端面加工精确，大大减少了气隙，提高了效率，节省了材料，装配也方便	小功率的此类铁心变压器在电子线路中应用很广

     

4、变压器冷却方式

（1）三相油浸自冷式(ONAN)    主要有SJ系列和SJL系列(铝线)。

冷却方式为：当变压器运行、油温上升时，根据热油上升、冷油下降原理形成自然对流，流动的油将热量传给油箱体和外侧的散热器，然后依靠空气的对流传导将热量向周围散发，从而达到冷却效果。

（2）三相油浸风冷式(ONAF)    主要有SP系列。

冷却方式为；是在油浸自冷式的基础上，在油箱壁或散热管上加装风扇，利用吹风机帮助冷却。而且风力可调，以适用于短期过载。加装风冷后可使变压器的容量增加30％～35％。多应用于容量在10000 kVA及以上的变压器。

（3）三榴强迫油循环风冷式(OFAF)    主要有SFP系列。

冷却方式为：在油浸自冷式的基础上，利用油泵强迫油循环，并且在散热器外加风扇风冷，以提高散热效果。

（4）三相强迫油循环水冷式(OFWF)    主要有SSP系列。

冷却原理：在油浸自冷式的基础上，利用油泵强迫油循环，并且利用循环水作冷却介质，以提高散热效果。

变压器冷却方式随容量增大而有所不同。变压器容量越大，变压器冷却方式要求越高。

5、变压器的主要附件

（1）气体继电器(瓦斯继电器)

当变压器发生故障时，器身就会过热使油分解产生气体。气体进入继电器内，使其中一个水银开关接通(上浮筒动作)，发出报警信号。

（2）分接开关

分接开关一般装在一次侧(高压边)，通过改变一次侧线圈匝数来调节输出电压。分接开关又分无励磁调压和有载调压两种。

（3）绝缘套管

（4）安全气道和压力释放阀

（5）测温装置

二、课堂小结

1、变压器的用途和分类； 2、变压器的的绕组和铁芯的结构型式； 3、变压器的主要附件。

三、课堂练习

练习册P1～P2课题一和课题二的填空题。

四、布置作业

练习册P1～P2课题一和课题二。

2010 年 03 月 04 日