变压器设计基础知识

变压器基础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，要求它能安全可靠的运行。

当变压器出现故障或损坏，将造成大面积的停电。

随着技术的发展，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 KVAⅢ类 800~6300 KVAⅣ类 8000~63000 KVAⅤ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（把电压降为38.5或110KV）和二次变电所（降为10.5或6.3KV）供电区域后还要经过一次变电所，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给的。

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，有的可达到几万安。

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行。

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：在进行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。

调压器因结构形式不同可分为：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）防潮密封式结构。

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，进出线为电缆式结构。

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。

变压器按结构形式分类时，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。

按线圈结构分为：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相同）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）；按铁芯结构形式分为：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——连接组是决定高低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基础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。

变压器的调压方式基本上有两种：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）以达到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结构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行调压。

有载开关作分级调压，利用饱和电抗器作均匀调压。

第二章 电工基础知识1.电磁感应：人们很早就发现了磁铁，后来又制造出了磁铁，磁铁的两端称为磁极，一个是南极（S 极），另一个是北极（N 级），在磁铁的周围产生磁场。

当在磁铁的中间放置一个线圈，当线圈以一定的速度旋转时，就会在线圈的两端产生电势。

如果在线圈的两端接上负载，线圈就会又电流流过。

（注意线圈转动的瞬时切割磁力线数时变化的，所以线圈才又电流的变化。

）磁场越强，转动速度越快，则线圈两端的电压越高，即在线圈种的感应电势与切割线圈磁力线的增长速度成正比。

这就是电磁感应定律。

感应电势的大小可用下式来表示，e=810N -⨯∆∆⨯tφ式中 e ——感应电势（伏） φ∆——磁场的变化（T ）∆ t ——时间（s ） N ——线圈的匝数2.磁通和磁感应为了表明磁力线通过多少，就要又一个衡量单位。

在磁场种通过某一个垂直面积的总磁力线数叫做磁通。

为了衡量磁力线的强弱又引入了一个物理量名词——磁感应强度（也叫磁通密度），一般用字母B 表示，单位以高斯表示。

B=Sφ式中 φ——马克斯威尔 S ——面积2mB ——磁感应强度（高斯）在油浸式电力变压器中的磁感应强度一般威15-17.5K 高斯之间。

3.磁路与安匝磁力线所通过的路径称磁路。

线圈交流电流通过，这个电流在线圈的空间产生交变的磁场。

如果在这个线圈附近再放一个线圈，与交变磁场穿过另一个线圈后则另一个线圈产生感应电势。

由于空气等不导磁物质对磁场的阻力很大，一般都选用导磁物质（如硅钢片）来作为磁力线的通路。

变压器的铁芯是磁路的一种结构形式。

在空心线圈中的磁通和线圈中的电流有一定的关系；如果线圈中的电流一定时，则有磁通量与线圈的匝数成正比，若线圈的匝数一定时，则磁通与电流成正比。

线圈中的电流与匝数的乘积称作安匝（即安培匝数），也叫做磁势。

（安匝/cm2）（安匝）（A）N——线圈的匝数L——磁路的长度（cm）当磁场强度增加时，铁芯中的磁通密度B也相应增加。

一开始，H与B近似正比关系，但当H增大到某一定数值时，B的增加变的缓慢，这种现象叫做磁饱和。

表示B与H关系的曲线叫磁化曲线。

不同的导磁物质有不同的磁化曲线。

B（高斯）2520 硅钢片15 钢铁105 铸铁H（安匝/cm）4.交流电工业和生活及照明用的电源一般都是交流电。

交流电的电压、电流幅值和方向都是随着时间作周期（最大值）时停止增加，然后随时间（t）增性变化。

（如下图）当电压或电流（U或I）从零值增加到Um加逐渐下降到零；当时间（t）再继续增加，则U或I的幅值开始向反方向增加，然后又回到零，再开始下一个循环。

这样循环一次为一个周期。

每秒电压或电流循环的周期次数叫做频率。

通常用f 表示。

我国的交流电电源国标规定为50周/秒，也叫工频。

周期和频率互为倒数，T=1/f 。

T 为周期（秒）f 为频率，赫兹（周/秒）。

为了计算的方便，将一个周期分为360°角，交流电压u 的变化曲线是按正弦函数的规律变化时的，所以电压的波形又称为正弦波。

在研究正弦波变化时，就要选定一个起点，用电压零上升或下降与纵坐标相交的角度表示，这个角度称为初相角。

在一般电工计算中，均按有效值进行计算，而有效值的定义是指当交流电流通过某一纯电阻元件时所产生的热量与该电阻直流通过时产生的热量相等时，这时交流电流叫做有效值。