《变压器与电动机》变压器的结构（一）（举一反三考点练）- 讲义

举一反三考点练 《变压器与电动机》变压器的结构（一）-讲义 1.掌握变压器的基本结构。 2.了解变压器的工作原理。 知识点一 铁心材料 一、变压器总体结构： 变压器主要由器身和附件组成，其中器身（铁心与绕组的组合体）为核心部分，附件（油箱、绝缘套管、储油柜、安全气道、气体继电器等）用于保障安全运行和散热，如图1所示，为油浸自冷式三相电力变压器的外形及器身组成。 图1 油浸自冷式三相电力变压器 二、铁心： 1. 作用：构成变压器磁路主体，建立磁通量，使绕组通电产生的磁通主要通过铁心闭合。 2. 结构： （1）铁心柱：套装绕组，承载磁路的主要部分。 （2）铁轭：连接铁心柱，闭合磁路。 三、铁心材料： 1. 硅钢片：含硅量约5%，厚度0.35mm，表面涂绝缘漆或氧化处理，属于软磁材料。 2. 特性： （1）高导磁性能：低外磁场下产生高磁感应强度，易饱和，剩磁小。 （2）低损耗：硅提高电阻率，减少涡流损耗；老化现象弱（如3%~4%硅含量时，120℃保温120小时磁性几乎不变）。 （3）加工性：硅含量增加导致硬度提高、韧性下降，加工难度增大。 四、铁心分类（按轧制方法和晶粒取向）： 1. 热轧硅钢片（DR）：无特定晶粒取向，导磁性能均匀性一般。 2. 冷轧无取向硅钢片（DW）：晶粒无规则排列，各方向导磁性能相近。 3. 冷轧有取向硅钢片（DQ）：晶粒沿轧制方向排列，仅沿轧制方向导磁性能优异，使用时磁感线需与轧制方向一致。 五、铁心性能代号（D△***—□□）： 1. D：电工硅钢片。 2. △：轧制工艺（R——热轧，W——冷轧无取向，Q——冷轧有取向）。 3. ***：50Hz、1.5T下每千克铁损耗值的100倍（如“315”表示铁损3.15W/kg）。 4. □□：厚度的100倍（如“50”表示0.5mm）。 5. 示例：DR315-50为热轧、0.5mm厚，50Hz/1.5T时铁损3.15W/kg的硅钢片。 下列关于冷轧有取向硅钢片（DQ）的说法，正确的是（ ） A. 晶粒无规则排列，各方向导磁性能相近 B. 晶粒沿轧制方向排列，仅沿轧制方向导磁性能优异 C. 使用时磁感线无需与轧制方向一致 D. 属于热轧硅钢片的一种 【答案】B 【解析】冷轧有取向硅钢片（DQ）的特点是晶粒沿轧制方向排列，仅沿轧制方向导磁性能优异，使用时磁感线需与轧制方向一致。 1.变压器的核心部分是（ ） A. 附件 B. 器身（铁心与绕组组合体） C. 油箱 D. 绝缘套管 【答案】B 【解析】器身（铁心与绕组的组合体）为核心部分，附件用于保障安全运行和散热。 2.下列属于铁心结构组成的是（ ） A. 储油柜 B. 气体继电器 C. 安全气道 D. 铁心柱 【答案】D 【解析】铁心结构包括铁心柱（套装绕组）和铁轭（闭合磁路），其他选项均为附件（储油柜、安全气道、气体继电器）。 3.硅钢片属于（ ） A. 软磁材料 B. 硬磁材料 C. 导电材料 D. 绝缘材料 【答案】A 【解析】硅钢片 "属于软磁材料"，软磁材料特点是易磁化、易退磁，适合高频磁路。 1.硅钢片中硅的主要作用是（ ） A. 提高导磁性能 B. 提高电阻率，减少涡流损耗 C. 降低硬度，改善加工性 D. 增加剩磁 【答案】B 【解析】硅提高电阻率，使涡流路径电阻增大，减少涡流损耗；选项 A 错误，导磁性能主要与晶粒取向相关；硅含量增加会提高硬度（选项 C 错误），剩磁小是软磁材料特性（选项 D 错误）。 2.性能代号中 "Q" 表示（ ） A. 热轧 B. 冷轧无取向 C. 冷轧有取向 D. 电工硅钢片 【答案】C 【解析】"△" 代表轧制工艺，R— 热轧，W— 冷轧无取向，Q— 冷轧有取向。 3.铁心柱的主要作用是（ ） A. 闭合磁路 B. 连接铁心柱 C. 套装绕组，承载磁路主要部分 D. 散热 【答案】C 【解析】铁心柱的作用是 "套装绕组，承载磁路的主要部分"，铁轭用于闭合磁路，散热是附件功能。 · 铁心作用与结构：作为变压器磁路主体，由铁心柱（套装绕组）和铁轭（闭合磁路）组成。 · 铁心材料特性：硅钢片含硅约5%，具高导磁、低损耗（减少涡流）和特定加工性。 · 按轧制方法和晶粒取向分为热轧（DR）、冷轧无取向（DW）、冷轧有取向（DQ）。 · D 表示电工硅钢片，△代表轧制工艺，*** 为铁损耗值 100 倍，□□为厚度 100 倍。 知识点二 铁心结构与铁心叠片形式 一、铁心结构分类（按绕组套入形式）： 根据绕组套入铁心柱的形式，铁心可分为心式结构和壳式结构两种。 1.心式变压器： （1）结构特点：一次、二次绕组套装在铁心的两个铁心柱上，绕组呈外露状态（如图2-a所示）。 （2）优势：结构简单，有充足空间装设绝缘，装配容易，且用铁量较少。 （3）应用场景：适用于容量大、电压高的变压器，是一般电力变压器的主流结构。 2.壳式变压器： （1）结构特点：铁心包围绕组的上下和侧面，绕组被铁心包裹（如图2-b所示）。 （2）优势：机械强度较好，铁心散热性能优良。 （3）不足：用铁量较多，制造工艺相对复杂。 （4）应用场景：多应用于小型干式变压器。 图2 心式和壳式变压器 二、铁心叠片形式——条状铁心叠片： 1.大、中型变压器： （1）叠装工艺：将硅钢片裁成条状，采用交错叠片的方式叠装，使各层磁路的接缝相互错开，以减小气隙和磁阻（如图3-a、3-b所示）。 （2）材料与技术：近年来多采用高磁导率、低损耗的冷轧硅钢片。由于冷轧硅钢片具有方向性（顺碾压方向磁导率高、损耗小），需通过斜切法下料，叠片方式如图3-c所示。 图3 铁心叠片 2.小型变压器： 简化工艺：为简化加工流程并减小气隙，常采用口形、E形、F形、C形等标准冲片交替叠装，或通过特殊工艺制成C形、O形铁心（冲片及铁心形状如图4所示）。 图4 单相小容量铁心形式及外形 下列哪种变压器结构更适用于容量大、电压高的电力变压器（ ） A. 心式变压器 B. 壳式变压器 C. 两者均可 D. 两者均不适用 【答案】A 【解析】心式变压器的优势在于结构简单、有充足空间装设绝缘、装配容易且用铁量较少，这些特点使其适用于容量大、电压高的变压器，是一般电力变压器的主流结构。而壳式变压器用铁量较多、制造工艺复杂，多应用于小型干式变压器。 1.心式变压器的绕组套装在（ ） A. 铁心柱上 B. 铁轭上 C. 铁心外部 D. 绕组内部 【答案】A 【解析】心式变压器的一次、二次绕组直接套装在铁心的两个铁心柱上，这是其定义性结构特征。 2.下列属于壳式变压器优势的是（ ） A. 用铁量少 B. 机械强度好 C. 装配容易 D. 适用于高压场景 【答案】B 【解析】壳式变压器的优势明确包括机械强度较好和散热性能优良，用铁量多是其不足，装配容易和高压场景适用属于心式优势。 3.冷轧硅钢片的方向性表现为（ ） A. 顺碾压方向磁导率低、损耗大 B. 顺碾压方向磁导率高、损耗小 C. 垂直碾压方向磁导率高、损耗小 D. 各方向磁导率一致 【答案】B 【解析】冷轧硅钢片顺碾压方向磁导率高、损耗小，这是采用斜切法下料的原因。 1.小型干式变压器多采用（ ）结构 A. 壳式 B. 心式 C. 混合式 D. 不确定 【答案】A 【解析】壳式变压器的应用场景明确为多应用于小型干式变压器，心式是电力变压器主流。 2.大中型变压器叠片时采用交错叠装的主要目的是（ ） A. 美观 B. 减小气隙和磁阻 C. 节省材料 D. 方便加工 【答案】B 【解析】交错叠片使各层磁路接缝错开，核心目的是减小气隙和磁阻，提升磁路效率。 3.心式变压器的 “外露绕组” 结构带来的优势不包括（ ） A. 绝缘空间充足 B. 用铁量少 C. 散热性能好 D. 装配容易 【答案】C 【解析】式优势为结构简单、绝缘空间充足、装配容易、用铁量少，散热性能好是壳式优势。 · 铁心结构分类：按绕组套入形式分为心式（绕组外露，适用于大容量高压变压器）和壳式（绕组被铁心包裹，适用于小型干式变压器）。 · 心式优势：结构简单、绝缘空间充足、装配容易、用铁量少；壳式优势为机械强度好、散热优，但用铁量多、工艺复杂。 · 叠片形式：大中型变压器用条状硅钢片交错叠装（斜切法下料应对冷轧硅钢片方向性）；小型变压器用标准冲片或特殊工艺制成 C 形、O 形铁心。 知识点三 铁心叠片形式、铁心截面形式与交叠式绕组 一、铁心叠片形式——渐开线式铁心： 1.结构特点：铁心柱由预先成形的渐开线形状冷轧硅钢片插装压合而成，铁轭则用成卷的带状冷轧硅钢片连续卷绕，最后通过长螺杆等夹紧附件将铁轭与铁心柱对接紧固（如图5所示）。 图5 渐开线式铁心 2.技术优势：各片形状相同，适合机械化流水线生产，具有体积小、用料省、重量轻、铁损耗少等优点。 3.局限性：因制作工艺复杂，未能广泛应用。 二、铁心截面形式： 1.小型变压器： 截面形状：铁心柱截面多为方形或长方形（如图6-a所示），结构简单，适用于小容量场景。 2.大型变压器： 截面形状：为充分利用空间，铁心柱截面通常设计为梯形（如图6-b所示），以提高绕组装配的空间利用率。 3.大截面铁心： 散热优化：当铁心柱截面较大时，为改善内部散热条件，会在截面中间预留油道（如图6-c所示），通过油循环增强散热效率。 图6 铁心柱截面 三、绕组——交叠式绕组： 1.绕组的定义与本质： （1）定义：绕组是变压器的电路部分，由绝缘扁（或圆）铜线、绝缘铝线绕制而成，近年来也有采用铝箔绕制的形式。 （2）本质：作为电流的载体，通过电流的流通产生磁通，并感应出电动势，实现电磁能量的转换。 2.绕组的分类与功能： （1）按电压等级分类：高压绕组；低压绕组 （2）核心功能：承载电流；通过电流产生交变磁通；感应电动势。 3.交叠式绕组（饼式绕组）： （1）结构特点： 高低压绕组分成若干“线饼”，沿铁心柱高度方向交替排列； 为便于绕线和绝缘，最上层和最下层通常放置低压绕组（如图7所示）。 （2）优点： 漏抗小：绕组交叠排列减少漏磁，提高电磁效率； 机械强度好：线饼结构紧凑，抗电磁力能力强； 引线方便：分层排列便于出线端子的布置。 （3）应用场景：仅用于壳式变压器，典型案例为大型电炉变压器（需承受大电流、高机械应力）。 图7 交叠式绕组 渐开线式铁心的技术优势不包括以下哪一项（ ） A. 适合机械化流水线生产 B. 体积小、重量轻 C. 铁损耗少 D. 制作工艺简单 【答案】D 【解析】渐开线式铁心的技术优势包括各片形状相同适合机械化生产、体积小用料省重量轻、铁损耗少。但其局限性是制作工艺复杂，因此未广泛应用。 1.小型变压器铁心柱截面多为（ ） A. 梯形 B. 方形或长方形 C. 圆形 D. 带油道的多边形 【答案】B 【解析】小型变压器用方形 / 长方形，梯形用于大型，油道用于大截面。 2.交叠式绕组的 “线饼” 排列特点是（ ） A. 高低压绕组交替排列 B. 高压绕组集中在上层，低压在下层 C. 所有绕组同向排列 D. 仅用于芯式变压器 【答案】A 【解析】高低压绕组交替排列，最上层和下层是低压绕组，用于壳式变压器。 3.大截面铁心预留油道的主要目的是（ ） A. 减轻重量 B. 增强机械强度 C. 改善散热条件 D. 降低生产成本 【答案】C 【解析】油道作用是通过油循环增强散热效率，与重量、强度、成本无关。 1.渐开线式铁心未广泛应用的主要原因是（ ） A. 铁损耗大 B. 制作工艺复杂 C. 体积过大 D. 重量过重 【答案】B 【解析】局限性是制作工艺复杂，其优点包括铁损耗少、体积小、重量轻。 2.壳式变压器常用的绕组形式是 ( ) A. 同心式绕组 B. 交叠式绕组 C. 螺旋式绕组 D. 纠结式绕组 【答案】B 【解析】由于公差数值远小于零件尺寸，通常采用放大比例仅放大公差部分，便于观察。 3.公差带图中，孔和轴的公差带用什么区分（ ） A. 不同颜色 B. 相反方向的剖面线 C. 不同线型 D. 文字标注 【答案】B 【解析】交叠式绕组仅用于壳式变压器，同心式常见于芯式。 · 渐开线式铁心由成形硅钢片插装与带状硅钢片卷绕组成，适合机械化生产但工艺复杂。 · 小型变压器用方形 / 长方形，大型用梯形提高空间利用率，大截面预留油道优化散热。 · 高低压绕组分层交替排列，漏抗小、机械强度好，仅用于壳式变压器（如大型电炉变压器）。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$