1.1 变压器的结构及其分类（1）（课件）-《电机与变压器》同步精品课堂（高等教育出版社）

1.1 变压器的结构及其分类（1） 电机与变压器 高教版 同步精品课堂 1 学习目标 了解变压器的结构 掌握并学会变压器的分类的知识点并进行应用 知识目标 能力目标 新知学习 一、 变压器的结构 变压器的主要组成部分是铁心和绕组，它们组装在一起称为变压器的器身。为了改善散热条件，大、中容量的电力变压器的铁心和绕组固定在 浸入盛满变压器油的封闭油箱中，各绕组对外线路 的连接由绝缘套管引出。为了使变压器安全可靠地 运行，还设有储油柜、安全气道、气体继电器等附件。 新知学习 一、 变压器的结构 1—信号温度计；2—铭牌；3—吸湿器；4—储油柜； 5—油表；6—安全气道；7一气体继电器；8—高压套管； 9—低压套管；10—分接开关；11—油箱；12—铁心； 13—绕组；14—放油阀门；15—小车；16—接地板 新知学习 一、 变压器的结构 1. 铁心 (1)铁心材料 铁心是变压器磁路的主体，铁 心分为铁心柱和铁轭两部分。铁心柱上套装绕组， 铁轭的作用是使磁路闭合。 新知学习 一、 变压器的结构 1. 铁心 铁心的作用是建立较大 的磁通量。绕组通电后产生的磁通，绝大部分是循 着磁导率大的导磁体(铁心)内流通的。为了提高 铁心导磁性能，减少铁心内的磁滞损耗和涡流损耗， 铁心通常采用含硅量约为5%,厚度为0.35 mm,两 面涂绝缘漆或氧化处理的硅钢片叠装而成。 新知学习 一、 变压器的结构 1. 铁心 硅钢片 是软磁材料中应用最为广泛的一种，它是用电工硅 钢轧制而成。这类材料在较低的外磁场作用下，就能产生较高的磁感应强度，并且随着外磁场的增大，磁感应强度会很快达到饱和；当外磁场去掉 后，材料的磁性又能基本消失，剩磁很小。 新知学习 一、 变压器的结构 由于硅的加入，使硅钢片的电阻率提高，涡流损耗降 低，而且老化现象减小。 如硅含量(质量分数)在3%~4%时，120 ℃保温120 h(小时),磁性几乎 不变。 然而，硅的加入使硅钢片硬度提高，伸长率和韧性下降，使硅钢的加工变得困难。 02 01 03 (1)铁心材料 新知学习 一、 变压器的结构 (1)铁心材料 电气工 程所用硅钢片也称电工硅钢片，用D 表示，按其轧制方法和轧后硅钢片的晶粒取向(注：晶粒取 向是指硅钢片经冷轧以后，由于晶粒排列方向的不同，沿着轧制方向其导磁性能特别好，而垂直 于轧制方向的导磁性能较差 这种差别称为晶粒取向)可将硅钢片分为三类：热轧硅钢片，代号为 DR; 冷轧无取向硅钢片，代号为DW; 冷轧有取向硅钢片，代号为DQ。因此，使用冷轧有取向硅钢 片时，磁感线的方向必须和轧制方向吻合。 01 02 新知学习 一、 变压器的结构 1—铁心；2—绕组 新知学习 一、 变压器的结构 ① 心式变压器心式变压器的一次、二次绕组套装在铁心的两个铁心柱上，如图(a) 所 示。这种结构比较简单，有较多的空间装设绝缘，装配较容易，且用铁量较少，适用于容量大、电 压高的变压器，一般电力变压器均采用心式结构。 新知学习 一、 变压器的结构 ② 壳式变压器壳式变压器的铁心包围着绕组的上下和侧面，如图(b) 所示。这种结构的变压器机械强度较好，铁心容易散热，但用铁量较多，制造也较为复杂，小型干式变压器多采 用这种结构形式。 ① 条状铁心叠片 大、中型变压器的铁心，一般都将硅钢片裁成条状，采用交错叠片的方式 叠装而成，使各层磁路的接缝互相错开，这种方法可以 减小气隙和磁阻，如图1-3(a) 、(b) 所示。近年来在大 型变压器中多采用高磁导率、低损耗的冷轧硅钢片，如 30QG110(D330)等。由于冷轧硅钢片具有方向性，顺着 碾压方向磁导率高、损耗小，因此采用斜切法下料，叠片 方法如图1-3(c)所示。 新知学习 一、 变压器的结构 (3)铁心叠片形式 ① 条状铁心叠片 大、中型变压器的铁心，一般都将硅钢片裁成条状，采用交错叠片的方式叠装而成，使各层磁路的接缝互相错开，这种方法可以减小气隙和磁阻，如图1-3(a) 、(b) 所示。近年来在大 型变压器中多采用高磁导率、低损耗的冷轧硅钢片，如 30QG110(D330)等。由于冷轧硅钢片具有方向性，顺着 碾压方向磁导率高、损耗小，因此采用斜切法下料，叠片 方法如图1-3(c)所示。 ① 条状铁心叠片 大、中型变压器的铁心，一般都将硅钢片裁成条状，采用交错叠片的方式 叠装而成，使各层磁路的接缝互相错开，这种方法可以 减小气隙和磁阻，如图1-3(a) 、(b) 所示。近年来在大 型变压器中多采用高磁导率、低损耗的冷轧硅钢片，如 30QG110(D330)等。由于冷轧硅钢片具有方向性，顺着 碾压方向磁导率高、损耗小，因此采用斜切法下料，叠片 方法如图1-3(c)所示。 新知学习 一、 变压器的结构 (3)铁心叠片形式 小型变压器为了简化工艺和减小气隙，常采用口 形、E形、F 形 、C 形冲片交替叠装而成。还有采用特殊 工艺制成的C 形、0形铁心。这些冲片及铁心的形状如 图所示。 ① 条状铁心叠片 大、中型变压器的铁心，一般都将硅钢片裁成条状，采用交错叠片的方式 叠装而成，使各层磁路的接缝互相错开，这种方法可以 减小气隙和磁阻，如图1-3(a) 、(b) 所示。近年来在大 型变压器中多采用高磁导率、低损耗的冷轧硅钢片，如 30QG110(D330)等。由于冷轧硅钢片具有方向性，顺着 碾压方向磁导率高、损耗小，因此采用斜切法下料，叠片 方法如图1-3(c)所示。 新知学习 一、 变压器的结构 (3)铁心叠片形式 ② 渐开线式铁心 在20世纪六七十年代出现一种新的铁心结构 渐开线式铁心。它的 铁心柱用预先成形的渐开线形状的冷轧硅钢片插装压合而成 。 铁轭用成卷的带状冷轧硅钢片连 续卷绕而成。再用长螺杆等夹紧附件把铁轭和铁心柱对接紧固，如图所示。这种渐开线式 铁心叠片，各片形状相同，很适合机械化流水线生产，而且具有体积小、用料省、重量轻和铁损耗 少等优点。但由于制作工艺复杂，而未能广泛应用。 ① 条状铁心叠片 大、中型变压器的铁心，一般都将硅钢片裁成条状，采用交错叠片的方式 叠装而成，使各层磁路的接缝互相错开，这种方法可以 减小气隙和磁阻，如图1-3(a) 、(b) 所示。近年来在大 型变压器中多采用高磁导率、低损耗的冷轧硅钢片，如 30QG110(D330)等。由于冷轧硅钢片具有方向性，顺着 碾压方向磁导率高、损耗小，因此采用斜切法下料，叠片 方法如图1-3(c)所示。 新知学习 一、 变压器的结构 (3)铁心叠片形式 (4)铁心截面形式小型变压器铁心柱的截面是方形或长方形的，如图(a)所示。大型变压器为了充分利用空间，铁心柱的截面通常是梯形截面，如图(b)所示。为了改善铁心内 部的散热条件，当铁心柱截面较大时，中间留有油道，如图(c)所示 。 新知学习 一、 变压器的结构 2. 绕组 绕组是变压器的电路部分，用绝缘扁(或圆)铜线或绝缘铝线绕制而成，近年来还有用铝箔 绕制的。绕组的作用是作为电流的载体，产生磁通和感应电动势。 新知学习 一、 变压器的结构 2. 绕组 变压器中，接到高压电网的绕组称为高压绕组，接到低压电网的绕组称为低压绕组。按高、 低压绕组在铁心柱上放置方式的不同，绕组有同心式和交叠式两种。 新知学习 (1)同心式绕组 同心式绕组是将高、低压绕组同心地套在铁心柱上。为了便于绕组与铁心绝缘，通常低压绕组靠近铁心，高压绕组套装在低压绕组的外面， 如图所示。也有低压、大电流绕组安放在高压绕组外面的。 一、 变压器的结构 新知学习 同心式绕组具有结构简单、制造方便的特点，国产变压器多采 用这种结构。它又分为圆筒式、分段式、螺旋式和连续式等几种基 本形式，如图所示。 一、 变压器的结构 新知学习 ① 圆筒式绕组它是由一根或几根并联的绝缘导线沿铁心柱 高度方向连续绕制而成。它一般用于每柱容量在200 kV·A 以及电压在10 kV以下的变压器中。 ② 分段式绕组 它是将圆筒式绕组沿轴线分成若干段，每段之 间用绝缘衬垫隔开，然后在外部用连接线连接起来。它比圆筒式绕组机械强度好、散热能力强，一般用于每柱容量为350 kV·A 及以下的高压绕 组中。 一、 变压器的结构 新知学习 ③ 螺旋式绕组它是由多根扁线沿径向并联排列，然后沿铁心柱轴向像螺纹一样，一匝跟着一 匝绕制而成，这时， 一个线饼就是一 匝。当并联导线太多时，可把并联导线沿轴向分成两排，绕成双螺旋式线圈。为了减少导线中的附加损耗，在绕制过程中需将导线进行换位。它一般用于三相容量为800 kV·A 及以上，电压为35 kV及以下的大电流变压器中的 低压绕组。这种绕组导线截面积大、匝数少、绕组端部连接容易处理。 一、 变压器的结构 新知学习 ④ 连续式绕组它是由单根或多根扁漆包线盘绕，沿轴线分若干段绕制成线饼。从一个线 饼到另一个线饼的连接，不像分段式那样焊接，而是用特殊的“翻线法”连续绕线。线饼与线饼 之间无接头，中间有油道，加强冷却作用。 一、 变压器的结构 新知学习 (2)交叠式绕组交叠式绕组又称饼式绕组 它是高低压绕组分成若干线饼，沿着铁心柱的高度方向交替排列。为了便于绕线和铁心绝缘，一般最 上层和最下层放置低压绕组，如图所示。 一、 变压器的结构 新知学习 一、 变压器的结构 交叠式绕组 这种绕组仅用于壳式变压器中，如大型电炉变压器就采用这种结构。 交叠式绕组的主要优点是漏抗小，机械强度好，引线方便。 01 02 1.铁心是换流变压器的基本部件，主要由哪些部分组成？（多选） A. 铁心叠片 B. 绝缘件 C. 铁心结构件 D. 线圈组 课堂练习 正确答案：A、B、C 解析：铁心是变压器的核心部件，由铁心叠片、绝缘件和铁心结构件组成。线圈组虽然也是变压器的重要组成部分，但它不是铁心的组成部分。 2.变压器相邻两层铁心叠片的接缝要相互如何？ A. 对齐 B. 咬合 C. 错开 D. 独立 课堂练习 正确答案：C. 错开 解析：为了减少磁阻和磁通的不均匀，变压器的铁心叠片在叠装时，相邻两层的接缝应该错开，这样可以提高变压器的效率和性能。 3.单相变压器铁心叠片接缝增大，其他条件不变，则空载电流会如何变化？ A. 增大 B. 减小 C. 不变 课堂练习 正确答案：A. 增大 解析：铁心叠片接缝增大会导致磁阻增加，从而增加磁通的不均匀性，这会增加变压器的空载电流，因为空载电流主要是由铁心的磁滞和涡流损耗引起的。 4.硅钢片在搬运和叠积过程中，由于不细心产生了半径2以下的弯曲就会对其性能产生影响。下列哪个半径的弯曲影响最大？ A. 100mm B. 300mm C. 500mm D. 800mm 课堂练习 正确答案：A. 100mm 解析：硅钢片的弯曲半径越小，对其性能的影响越大，因为较小的弯曲半径会导致硅钢片的局部应力集中，影响其导磁性能。 5.变压器的铁心采用0.35—0.5mm厚的硅钢片叠压制造，其主要的目的是为了降低什么？ A. 铁损 B. 铜损 C. 机械强度 D. 绝缘性能 课堂练习 正确答案：A. 铁损 解析：硅钢片的厚度越薄，其电阻率越高，这有助于减少涡流损耗，从而降低铁损。这是变压器设计中常用的一种降低铁损的方法。 6.变压器的铁心通常采用的材料是（ ）。 A. 铜钢片 B. 铁（硅）钢片 C. 硅钢片 D. 磁钢片 课堂练习 答案：C. 去电气化。解析：硅钢片因其良好的磁性能和较低的成本，被广泛用于变压器铁心的制造。硅钢片的高电阻率有助于减少涡流损耗，而其良好的磁导性则有助于提高变压器的效率。 7.变压器铁芯的结构一般分为（ ）和壳式两类。 A. 圆式 B. 角式 C. 心式 D. 球式 课堂练习 答案：C. 解析：心式铁心是最常见的变压器铁心结构，它由中心的铁心柱和围绕它的铁轭组成，适用于大、中型变压器。壳式铁心则由铁心柱和外围的铁轭组成，常用于小型变压器或特殊用途的变压器。 8.变压器的铁芯硅钢片（ ）。 A. 片厚则涡流损耗大，片薄则涡流损耗小 B. 片厚则涡流损耗大，片薄则涡流损耗大 C. 片厚则涡流损耗小，片薄则涡流损耗小 D. 片厚则涡流损耗小，片薄则涡流损耗大 课堂练习 正确答案：A. 解析：硅钢片的厚度影响其涡流损耗。较薄的硅钢片可以减少涡流损耗，因为涡流损耗与材料的厚度成正比。因此，为了降低损耗，变压器铁心通常采用较薄的硅钢片。 课堂小结 1、变压器铁心通常采用什么材料？ 2、为什么变压器铁心采用叠片结构而不是整块材料？ 3、变压器铁心的材料有哪些类型？ 作业布置 感谢观看 $$