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变压器设计基础知识.doc
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变压器设计基础知识.doc
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变压器根底知识
第一章 变压器的概述
一. 变压器的用途
在各种电气设备中,往往需要不同的电压电源。如我们日常生活的照明用电,家用电器的电压一般
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都 为 220V , 而 各 种 动 力 的 电 压 是 380V , 而 线 路 的 电 压 一 般 为 :
6、10、35、110、220、500KV 的电压。这些称为供电系统。3KV 以上的称为高压系统。现代化
的工业,广泛采用了电力为能源。电能是由水电站、发电厂的发电机转化来的,发电机所发送来的
电力根据输电距离将按照不同的电压等级传输出去,这种传输需一种特殊的专门设备。这种设备就
是我们熟悉的电力变压器。
变压器在输配电系统中有着很重要的地位,要求它能平安可靠的运行。当变压器出现故障或损坏,
将造成大面积的停电。随着技术的开展,工农业生产需要,变压器在很多的领域也广泛的应用。如 ,
根据需要配套的冶炼用的电炉变压器、电解化工用的整流电压器、铁路电力机车用的牵引变压器…
…等很多。
二. 变压器的分类
按用途分类:
2.1 电力变压器:这是目前工农业生产上广泛使用的变压器,它主要用途是为了输配电系统上使用的
变压器。目前电力变压器形成了系列,已经大批量生产。
按容量和电压等级分成以下类别:
Ⅰ、Ⅱ类 10~630 KVA
Ⅲ 类 800~6300 KVA
Ⅳ 类 8000~63000 KVA
Ⅴ 类 63000 KVA 以上
按电压所用和发电厂的用途不同可分为:
1. 降压变压器;
2. 升压变压器;
3. 其中低压为 400 伏的降压变压器称为配电变压器。
电能的输配电过程
首先发电厂发电机发出电能,电压一般是 6.3 或 10.5KV,这样低的电压要输送几百公里以外的地
区是不可能的。所以要将电压升高到 38.5、121、242、500KV 以后再输出去。这样高的电压
到供电区域后还要经过一次变电所,〔把电压降为 38.5 或 110KV〕和二次变电所〔降为 10.5
或 6.3KV〕变压,再把电能直接送到用户区,经过附近的配电变压器降压为〔一般为 400V〕
以供工厂或住户使用。
2.2 电炉变压器:
工业生产中使用的金属材料和化工材料都是用电炉冶炼出来的,而电炉使用的电源就是电炉变压器二
次供应的。电炉变压器的特点是二次电压很低〔一般是几十伏~几百伏〕,但是电流却很大,有的可
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到达几万安。
电炉变压器的一次侧电压一般为 10KV,35KV 级有个别特大容量的为 110KV。
2.3 整流变压器:
在工业生产中由于生产的工艺要求,需要直流供电,如,轧钢厂的轧机电机,及电解化学工业等使用
的直流电源。把交流电变成直流电需要经过整流器进展。供整流使用的变压器称为整流变压器。
整流变压器与电炉变压器的共同之处是二次电压很低,电流较大;不同之处是整流变压器的二次侧有
6 相、12 相、36 相、48 相等,以提高整流效率。
2.4 工频实验变压器:
在进展高电压设备的耐压试验时需要一种电压很高的〔一般 10-25 万 V〕变压器,这种变压器叫做
试验变压器。一般情况下二次电压都很高。而电流一般为 1A。试验电缆使用的为 4A 以上的电缆,
运行时间一般小于 1 小时。
2.5 调压器
有的用电设备使用的电流要能够经常改变电压的电源,这就需要使用调压器来实现。调压器的特点:
二次电压变化的围很大,一般可以从 0 调整到额定电压。调压器因构造形式不同可分为:自耦式调压
器、移卷式调压器、感应调压器、磁饱和调压器。大容量的调压器一般同试验变压器、整流变压器配
套使用。
2.6 矿用变压器:
专为矿坑下变电所使用的变压器称为矿用变压器,其特点为:〔 1〕能防止矿石打碎的套管〔2〕防
潮密封式构造。另一种式伸入到矿井深处工作面的变压器称为防爆变压器,这种变压器一般为干式,
箱体机械强度很高,能防止气体爆炸,进出线为电缆式构造。
其他的变压器种类还很多,如冲击变压器、隔离变压器、电焊变压器、X 光变压器、换相器、电抗器、
互感器……等。
变压器按构造形式分类时,又可以分为单相和三相变压器。按冷却介质方式又分为:干式、油浸式、
充气式变压器等。按冷却方式又分为:自然冷却式、风冷、水冷、强迫油循环水冷式、强迫油循环风
冷式……等。按线圈构造分为:自耦变压器、双圈变压器、三线圈变压器。按中性点绝缘水平分为:
全绝缘变压器〔中性点的绝缘水平与起始头的绝缘水平一样〕和半绝缘变压器〔中性点的绝缘水平比
起始头的绝缘水平低〕;按铁芯构造形式分为:心式、壳式。
三. 变压器的额定技术数据:
由于变压器的使用环境和条件不一样,用途也不一致。因此必须用一些事先规定的数值来衡量,这
些数值就是额定技术数据〔参数〕
额定容量——在额定工作条件下,变压输出能力的保证值。即额定电压与额定电流的乘积,单位为
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KVA 表示。
额定电压——变压器在空载时额定分接头下,端电压的保证值。按标准规定,为了适应电网变化的
需要,高压侧一般都有抽头〔即分接电压〕。抽头的电压值一般用额定电压的百分数
表示。如,高压为 10KV 的变压器应当具有±5%的抽头,就可以说该变压器可以在三
种电压下运行,即 10.5KV〔+5%〕、10KV〔额定〕、9.5KV〔-5%〕。有载调压变
压器的抽头较多,有 7 分接〔±3×2.5%〕和 9 分接〔±4×2.5%〕以及 17 分接
〔±8×1.25%〕……等。
阻抗电压——也成为短路电压,即当变压器一侧短路,在变压器的另一侧施加额定电流时所施加的
电压称为阻抗电压。一般均以额定电压的百分数来表示,变压器阻抗值的大小在变压
器的运行中有这重要的意义,它时考虑短路电流和继电保护特性的依据。
空载损耗——也称为铁损。就是载变压器空载状态〔一次加额定电压,二次侧开路〕时产生的损耗 。
空载损耗的单位时 W 或 KW 表示。
空载电流——当变压器空载状态时,一次侧线圈中流过的电流,这个电流称为空载电流。一般以额
定电流的百分数表示。
连接组——连接组是决定上下压线圈之间的电压相位关系的。将 360°角共分为 12 等份,即每相
差 30°为一种,一般以联结组标号表示。如,Dyn11,Yyn4……等 12 种组别。
负载损耗——一侧线圈过额定电流,而另一侧短路时所产生的损耗。单位为 W 或 KW 表示。短路损
耗主要是由线圈的电阻产生时的,电阻越大损耗越大,除此之处还包括附加损耗〔也
叫杂散损耗〕,为了计算方便都并入短路损耗。
变压器的各项额定数据是由国家标准规定的,不能随意改动。各变压器厂生产的变压器都应符合国
家规定的标准要求。
四. 变压器的调压方式:
输电线路的电压由于受用户负荷的影响,有时高、有时低,即电压有一定波动。线路电压的波动
〔即过高或过低〕直接影响到用电设备的使用,甚至无法工作。为此,对变压器提出了能够调整电
压的要求以满足用户的需要。变压器的调压原理是在变压器额定电压的根底上允许有一个变动围,
一般无载调压的电力变压器调整围在±5%或±2×2.5%,特种变压器的调整围一般很大。
变压器的调压方式根本上有两种:无励磁调压和有载调压。无励磁调压是在变压器高压线圈上引出
一些分接头,通过调整分接头的连结〔即改变线圈的匝数〕以到达调整二次输出电压的目的,改变
分接头的连结时通过专用的分接开关来实现的。
有载调压也是通过改变变压器线圈的分接头或者调压线圈的分接头来实现调压的目的。有载调压变
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压器时载保证变压器载运行种不断负载的情况可以改变分接头,以适应电压波动的需求。有载调压
的实现是使用专用的构造非常复杂的带有自动控制的有载开关来实现的。
在某些特殊的使用条件,要求变压器电压调整的围很大,而且还必须是无级调压,这样就使用有载
分接开关和饱和电抗器同时进展调压。有载开关作分级调压,利用饱和电抗器作均匀调压。
第二章 电工根底知识
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