2.1 变压器的用途与结构（课件）-《电机与拖动》同步精品课堂（人邮版）

项目2 变压器 2.1 变压器的用途与结构 《电机与拖动》人邮版（第4版） 同步精品课堂 1 学习目标 知识目标 1.能够理解变压器的基本用途，包括电能的转换、传输、分配以及在不同电气系统中的功能。 2.理解变压器按绕组构成分类、铁芯结构分类和相数分类的方式，能够列举出各类分类下的常见类型及其基本结构特征。 能力目标 1.能够对比不同类型变压器（按用途、绕组构成、铁芯结构、相数等分类）的特点，分析其在不同应用场景中的优劣。 2.能够绘制变压器基本结构示意图（包括绕组结构、铁芯结构、主要附件的位置关系等），并准确标注各部分名称和功能。 情感目标 1.培养对电气工程学科的兴趣和探索精神，通过了解变压器在电力系统及工业生产中的重要作用，激发对电气领域深入学习和研究的热情。 2.通过小组协作，能够学会与他人沟通交流、分工合作，共同解决遇到的问题，培养团队协作精神，提高团队合作能力。 项目2 变压器 导入情景 01 手机充电器 变电站 新知学习 02 一、变压器的用途及分类 变压器是用来改变交流电压大小的电气设备。它是根据电磁感应原理，把某一等级的交流电压变化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之间的矛盾。因此，变压器在电力系统中占有很重要的地位。 变压器就是按照“动电生磁，动磁生电“的电磁感应原理制成的。 新知学习 02 一、变压器的用途及分类 据统计在电力系统中每1kW的发电功率需配备5~8KV·A容量的变压器。电能在传输过程中会有能量的损耗，主要是输电线路的损耗及变压器的损耗，占整个供电容量的 5%~9%，这是一个相当可观的数字。例如，我国2000 年发电设备的总装机容量约为3.16亿w，则输电线路及变压器损耗的部分为(1600~2800)万 kw，相当于前我国1020个装机容量最大的火力发电厂的总和。 在这个能量损耗中，变压器的损耗最大，占 60%左右，因此，变压器效率的不高成为输、配电系统中一个突出的问题。 新知学习 02 一、变压器的用途及分类 变压器的分类 1.按用途分类 (1)电力变压器。电力变压器用于电能的输送与分配，上面介绍的即属于电力变压器，这是生产数量最多、使用最广泛的变压器。按功能不同又可分为升压变压器、降压变压器、配电变压器等。电力变压器的容量从几十千伏安到几十万千伏安，电压等级从几百伏到几百千伏。 (2)特种变压器。特种变压器指在特殊场合使用的变压器，如作为焊接电源的电焊变压器专供大功率电炉使用的电炉变压器、将交流电整流成直流电时使用的整流变压器等。 新知学习 02 一、变压器的用途及分类 (3)仪用互感器。仪用互感器用于电工测量中，如电流互感器、电压互感器等 (4)控制变压器。控制变压器的容量一般比较小，用于小功率电源系统和自动控制系统如电源变压器、输入变压器、输出变压器、脉冲变压器等。 (5)其他变压器。如试验用的高压变压器、输出电压可调的调压变压器、产生脉冲信号的脉冲变压器等。 电力变压器 新知学习 02 一、变压器的用途及分类 2.按绕组构成分类 双绕组变压器、三绕组变压器、多绕组变压器、自耦变压器 3.按铁芯结构分类 叠片式铁芯变压器、卷制式铁芯变压器、非晶合金铁芯变压器 4.按相数分类 单相变压器、三相变压器、多相变压器 5，按冷却方式分类 干式变压器、油浸式自冷变压器、油浸式风冷变压器、强迫油循环变压器、充气式变压器等。 新知学习 02 一、变压器的用途及分类 新知学习 02 二、变压器的结构 主要部件:铁心和绕组(构成器身)；还有油箱、绝缘套管、分接开关、安全气道等。 新知学习 02 二、变压器的结构 新知学习 02 二、变压器的结构 1.变压器绕组 是变压器的电路部分，用纸包或纱包的绝缘扁线或圆线绕成 高压绕组匝数多，导线细;低压绕组匝数少，导线粗 依照高低压绕组的相对位置分为:同心式，交叠式 新知学习 02 二、变压器的结构 (1)同心式绕组。同心式绕组是将高、低压绕组同心地套装在铁芯柱上构成的，如图 2-3所示。 为了便于与铁芯绝缘，把低压绕组套装在里面，高压绕组套装在外面。对低压大电流、大容量的变压器，由于低压绕组引出线很粗，也可以把它放在外面。高、低压绕组之间留有空隙，可作为油浸式变压器的油道，既利于绕组散热，又可作为两绕组之间的绝缘。 新知学习 02 二、变压器的结构 同心式绕组按绕制方法的不同又可分为圆筒式、螺旋式、连续式等多种。 同心式绕组的结构简单、制造容易，常用于心式变压器中，这是一种最常见的绕组结构形式，国产电力变压器基本上均采用这种结构。 新知学习 02 二、变压器的结构 (2)交叠式绕组。交叠式绕组又称为饼式绕组，它是将高压绕组及低压绕组分成若干个线饼沿着铁芯柱的高度交替排列。为了便于绝缘，一般最上层和最下层安放低压绕组，如图 2-4 所示。 交叠式绕组的主要优点是漏抗小、机械强度高、引线方便。这种绕组形式主要用在低电压、大电流的变压器上，如容量较大的电炉变压器、电阻电焊机(如点焊、滚焊和对焊电焊机)变压器等。 新知学习 02 二、变压器的结构 三相电力变压器的绕组一般用绝缘纸包的扁铜线或扁铝线绕成，绕组的结构形式也有同心式绕组和交叠式绕组。 当前，新型的电力变压器绕组结构为箔式绕组，绕组用铝箔或铜箔氧化技术和特殊工艺绕制，使变压器整体性能得到较大的提高，我国已开始批量生产。 新知学习 02 二、变压器的结构 2.变压器铁芯 铁芯构成变压器磁路系统，并作为变压器的机械骨架。它由铁芯柱和铁扼两部分组成。 铁芯柱上套装变压器绕组，铁起连接铁芯柱使磁路闭合的作用。 对铁芯的要求是导磁性能要好磁滞损耗及涡流损耗要尽量小，因此均采用 0.35mm 厚的硅钢片制作。 新知学习 02 二、变压器的结构 根据变压器铁芯柱与绕组的相对位置可分为心式变压器和壳式变压器两大类。心式变压器是在两侧的铁芯柱上放置绕组，形成绕组包围铁芯的形式，如图 2-5 所示。壳式变压器则是在中间的铁芯柱上放置绕组，形成铁芯包围绕组的形状，如图 2-6 所示。 新知学习 02 二、变压器的结构 根据变压器铁芯的制作工艺可分叠片式铁芯和卷制式铁芯两种。叠片式铁芯的心式变压器及壳式变压器的制作顺序是:先将硅钢片冲剪成图 2-7 所示的形状，再将一片片硅钢片按其接口交错地插入事先绕好并经过绝缘处理的线圈中，最后用夹件将铁芯夹紧。为了减小铁芯磁路的磁阻以减小铁芯损耗，要求铁芯装配时，接缝处的气隙越小越好。 新知学习 02 二、变压器的结构 3.变压器的主要附件 (1)油箱和冷却装置 由于三相变压器主要用于电力系统变换电压等级，因此其容量都比较大电压也比较高。 目前，国产的高电压、大容量三相电力变压器OSFPSZ-360000/500 已批量生产(容量为 360000KV·A，电压为 500kV，每台变乐器质量达到 250t)。 为了铁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，旧型号电力变压器采用在油箱四周加焊扁形散热油管，新型电力变压器多采用片式散热器散热。容量大于10000kV·A 的电力变压器，采用风吹冷却或强迫油循环冷却装置。 新知学习 02 二、变压器的结构 油箱及其他附件 油箱 绝缘套管 储油柜 分接开关 呼吸器 冷却器 压力释放阀 气体继电器 新知学习 02 二、变压器的结构 (2)保护装置 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。 防爆管(安全气道)——防爆管装在油箱顶部，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，油流冲破酚醛纸板，可避免造成变压器箱体爆裂。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 题目 1： 下列哪种变压器用于为控制系统提供合适的电压？（ ） A. 电力变压器 B. 控制变压器 C. 特种变压器 D. 仪用互感器 答案：B 解析：控制变压器的主要作用是为控制系统中的电器设备提供合适的电压，以满足其正常工作的要求。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 题目 2： 以下关于特种变压器的说法正确的是（ ） A. 特种变压器只能用于电力传输 B. 特种变压器是按相数分类的 C. 电炉变压器属于特种变压器 D. 特种变压器的结构和普通变压器完全相同 答案：C 解析：电炉变压器是特种变压器的一种，特种变压器用于特殊的应用场合，不是用于电力传输（这是电力变压器的主要用途）；特种变压器是按用途分类的；特种变压器由于特殊的用途，其结构和普通变压器会有差异，例如电炉变压器要适应电炉的特殊负载特性。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 题目 3： 变压器按用途分类，以下主要用于电气设备的隔离和安全保护的是（ ） A. 控制变压器 B. 特种变压器 C. 仪用互感器 D. 电力变压器 答案：A 解析：控制变压器除了提供合适电压外，还可以起到隔离和安全保护的作用，防止电气设备之间的相互干扰和安全事故。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 题目 4： 以下变压器中，不属于按用途分类的是（ ） A. 自耦变压器 B. 电力变压器 C. 特种变压器 D. 仪用互感器 答案：A 解析：自耦变压器是按绕组构成分类的，而电力变压器、特种变压器和仪用互感器是按用途分类的类型。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 题目 5： 变压器铁芯的作用是（ ） A. 固定绕组 B. 构成磁路 C. 散热 D. 保护绕组 答案：B 解析：变压器铁芯的主要作用是构成磁路，为变压器的电磁感应提供良好的磁通路，以提高变压器的效率。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 题目 6： 以下属于变压器主要附件的是（ ） A. 熔断器 B. 分接开关 C. 接触器 D. 继电器 答案：B 解析：分接开关是变压器的主要附件之一，用于调节变压器的输出电压。熔断器、接触器和继电器虽然可能在变压器的外部电路中使用，但不属于变压器本身的主要附件。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 题目 7： 变压器铁芯一般采用（ ）材料制成。 A. 铜 B. 铝 C. 硅钢片 D. 铸铁 答案：C 解析：硅钢片是制造变压器铁芯的常用材料，因为硅钢片具有高磁导率、低铁损等优良的电磁性能。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 题目 8： 以下关于变压器结构的说法错误的是（ ） A. 变压器绕组是实现电能转换的关键部分 B. 铁芯的质量会影响变压器的性能 C. 所有变压器的绕组都采用交叠式绕组 D. 变压器的附件对其正常运行有重要作用 答案：C 解析：变压器绕组有同心式绕组和交叠式绕组两种类型，并非所有变压器都采用交叠式绕组。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 题目 9： 说明仪用互感器的分类及其在电路中的作用。 答案： 仪用互感器分为电压互感器和电流互感器。 电压互感器的作用是将高电压变换为低电压（通常为标准的低电压值，如 100V 等），以便于测量电路中的高电压，同时还能将高电压系统与测量、保护设备进行电气隔离，保证测量和保护设备以及操作人员的安全。 电流互感器的作用是将大电流变换为小电流（通常为标准的小电流值，如 5A 或 1A 等），方便测量电路中的大电流，同样起到电气隔离的作用，确保测量和保护装置能准确、安全地工作。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 题目 10： 阐述变压器铁芯的材料选择及其对变压器性能的影响。 答案： 变压器铁芯一般采用硅钢片作为材料。 硅钢片具有高磁导率的特性，这使得铁芯能够很好地传导磁通，减少磁路中的磁阻，提高变压器的电磁感应效率。同时，硅钢片的铁损（包括磁滞损耗和涡流损耗）较低。低磁滞损耗意味着在交变磁场作用下，铁芯内部的能量损耗较小；低涡流损耗是因为硅钢片通常是薄片状且表面有绝缘层，能够有效限制涡流的形成，从而减少电能转化为热能的损耗，提高变压器的效率，并且降低铁芯发热，有利于变压器的稳定运行。 1.电力变压器：用于电力系统的电能传输和分配，包括升压变压器和降压变压器。升压变压器将发电厂发出的较低电压升高，以便进行远距离传输；降压变压器则将传输过来的高电压降低到适合用户使用的电压等级。 2.特种变压器：适用于特殊场合和特殊用途，如电炉变压器用于电炉加热，整流变压器用于将交流电转换为直流电等。 3.自耦变压器：一次绕组和二次绕组有一部分共用，具有结构简单、成本低等特点，但也存在一些安全隐患。 4.双绕组变压器：一次绕组和二次绕组相互独立，是常见的变压器类型，广泛应用于各种电力变换场合。 5.多绕组变压器：有多个二次绕组，可以提供多种不同的电压输出，满足复杂电路的需求。 课堂小结 04 作业布置 05 按绕组构成分类，变压器有哪些类型？每种类型的特点是什么？ 画出同心式绕组和交叠式绕组的简单结构示意图，并分别标注各部分名称，同时简述它们的结构差异。 感谢观看 $$