专题一 变压器的结构及其分类（一）（课件）-河北省对口升学《电机与变压器》（第5版）(高教社）专题复习讲练测

《电机与变压器》（第5版） 高教社 专题一 变压器的结构及其分类（一） 目录 01 考纲解读 04 内容归纳小结 02 知识点梳理和重点概念复习 03 真题或常考题讲解 2 考纲解读—常见考点 03 02 01 需掌握硅钢片作为铁心材料的原因，能区分心式与壳式铁心结构的差异，并理解叠片形式的作用。 需理解阶梯形截面能更充分利用绕组内部空间，减少材料消耗，提高变压器的效率，而矩形截面制造简单但空间利用率较低。 需明确同心式绕组的结构简单、制造方便，适用于大多数中小型变压器；交叠式绕组的机械强度高、绝缘简单，多用于大容量、高电压变压器。 考纲解读—考试要求 需认识到铁心和绕组作为变压器核心部件的协同关系，理解不同铁心结构与绕组类型的搭配对变压器性能的影响。 要全面理解同心式绕组和交叠式绕组的结构组成，明确两种绕组在高低压绕组排列方式上的区别，掌握它们各自的优缺点。 需准确识记铁心的常用材料及其特性，清晰区分心式与壳式两种铁心结构的构造特点和适用场景。 4 考纲解读—易考题型 考试常将铁心与绕组结合考查，例如 “某变压器铁心采用阶梯形截面，绕组为同心式，分析其设计优势”，需理解结构选择与变压器效率、体积、成本的关系。 实操分析题 叠片形式的目的和截面形式的特点是易错点，考试可能以填空题考查 “铁心叠片采用交错叠装的作用”，需牢记叠片并非简单堆叠，而是通过交错减少磁路气隙。 简答题 铁心材料是高频考点，需重点区分硅钢片的特性及选用原因，考试常以选择题形式考查 “变压器铁心为何多采用硅钢片”，易错点在于混淆硅钢片与普通钢材的性能差异。 选择题 5 知识点梳理和重点概念复习—知识点思维导图 知识点梳理和重点概念复习 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、气体继电器等附件图1-1所示为油浸自冷式三相电力变压器的外形及器身组成。 一、变压器的结构 知识点梳理和重点概念复习 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。铁心的作用是建立较大的磁通量。绕组通电后产生的磁通,绝大部分是着磁导率大的导磁体(铁心)内流通的。 一、变压器的结构 知识点梳理和重点概念复习 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。 一、变压器的结构 由于硅的加人,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。 知识点梳理和重点概念复习 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品粒取向。 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。 一、变压器的结构 知识点梳理和重点概念复习 电工硅钢片的品种性能代号 D△ ※ ※ ※ - □□ 的意义如下: D 表示电工硅钢片; △表示硅钢片轧制工艺的字母代号,即R——热轧,W——冷轧无取向,Q——冷轧有取向;※ ※ ※3位数字,表示该材料在 50 Hz 的磁感应强度1.5T作用下,每千克材料的铁损耗值的 100 倍; □□2 位数字,表示硅钢片厚度的 100 倍。 例如,DR315-50 表示为热轧、厚度为 0.5 mm,在频率为 50 Hz 磁感应强度为 1.5T时,每千克硅钢片铁损为 3.15 W。 一、变压器的结构 知识点梳理和重点概念复习 (2)铁心结构 按照绕组套人铁心柱的形式,铁心可分为心式结构和壳式结构两种,如图1-2 所示。 一、变压器的结构 知识点梳理和重点概念复习 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。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 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1-2(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。 变压器的结构 知识点梳理和重点概念复习 (3)铁心叠片形式 一、变压器的结构 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。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300G110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。 ①条状铁心叠片 知识点梳理和重点概念复习 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 1-4 所示。 一、变压器的结构 知识点梳理和重点概念复习 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面成。再用长螺杆等夹紧附件把铁轭和铁心柱对接紧固。 一、变压器的结构 知识点梳理和重点概念复习 (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 1-6(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戳面,如图1-6(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 1-6(c)所示。 一、变压器的结构 知识点梳理和重点概念复习 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。 一、变压器的结构 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。 知识点梳理和重点概念复习 (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 1-7 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 知识点梳理和重点概念复习 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 1-8 所示。 一、变压器的结构 知识点梳理和重点概念复习 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,如图1-8(a)所示。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 它是将圆简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 知识点梳理和重点概念复习 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。 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 知识点梳理和重点概念复习 (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1-9 所示。交叠式绕组的主要优点是漏抗小,机械强度好,引线方便。这利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。 一、变压器的结构 常考习题练习与讲解—选择题 答案：B 解析：硅钢片具有高磁导率、低铁损的特性，能有效减少变压器的能量损耗，是制作铁心的主要材料。 1.变压器铁心的主要材料是（ ） A. 普通钢板 B. 硅钢片 C. 铜片 D. 铝片 24 常考习题练习与讲解—选择题 答案：C 解析：硅钢片的磁导率高，能增强磁场强度；铁损小，可减少能量损耗，这是其作为铁心材料的核心优势。 2.变压器铁心采用硅钢片的主要原因是（ ） A. 价格便宜 B. 强度高 C. 磁导率高、铁损小 D. 导电性好 25 常考习题练习与讲解—选择题 答案：B 解析：心式铁心结构中，绕组套在铁心柱上，即绕组包裹铁心柱，多用于大容量电力变压器。 3.心式铁心的特点是（ ） A. 铁心包裹绕组 B. 绕组包裹铁心柱 C. 体积较大 D. 适用于小型变压器 26 常考习题练习与讲解—选择题 答案：B 解析：壳式铁心结构紧凑，铁心包裹绕组，机械强度较好，适合小型变压器。 4.壳式铁心通常适用于（ ） A. 大型电力变压器 B. 小型变压器 C. 高压变压器 D. 所有变压器 27 常考习题练习与讲解—选择题 答案：B 解析：交错叠装能使叠片之间的缝隙错开，减少涡流的流通路径，从而降低涡流损耗。 5.铁心叠片采用交错叠装的目的是（ ） A. 便于安装 B. 减少涡流损耗 C. 增加铁心强度 D. 降低成本 28 常考习题练习与讲解—选择题 答案：B 解析：绝缘漆可使叠片之间相互绝缘，阻止涡流在叠片间流动，进一步减少涡流损耗。 6.铁心叠片之间涂绝缘漆的作用是（ ） A. 防止生锈 B. 增强绝缘性，减少涡流 C. 便于散热 D. 增加美观度 29 常考习题练习与讲解—选择题 答案：B 解析：阶梯形截面更接近绕组的圆形，能有效利用绕组内部空间，减少材料浪费。 7.变压器铁心的截面形式中，阶梯形截面的优点是（ ） A. 制造简单 B. 能充分利用空间，节省材料 C. 散热性能好 D. 强度高 30 常考习题练习与讲解—选择题 答案：A 解析：矩形截面制造简单，适合小型变压器，对材料利用率的要求相对较低。 8.小型变压器的铁心截面常采用（ ） A. 矩形 B. 阶梯形 C. 圆形 D. 三角形 31 常考习题练习与讲解—填空题 答案：电路；原绕组；副绕组；解析：绕组是变压器的电路部分，传输电能。接电源的原绕组输入电能，接负载的副绕组输出电能。 1.变压器绕组是变压器的______部分，常用漆包圆铜线绕制而成。接电源的绕组称为______，接负载的绕组称为______。 32 常考习题练习与讲解—填空题 答案：对接；插片 解析：对接式和插片式是铁心柱与铁轭常见装配工艺，影响铁心的组装难度、磁路性能，根据设计和生产需求选用。 2.铁芯柱与铁轭的装配工艺有______式和______式两种。 33 常考习题练习与讲解—填空题 答案：涡流损耗 解析：交错叠装能减少叠片间的缝隙，阻碍涡流流通，从而降低涡流损耗，同时减小磁阻。 3.铁心叠片采用交错叠装的目的是减少______和磁阻。 34 常考习题练习与讲解—填空题 答案：阶梯形 解析：阶梯形截面更接近绕组的圆形，能充分利用空间，适合大型变压器对材料利用率的高要求。 4.大型变压器的铁心截面多为______，以提高材料利用率。 35 常考习题练习与讲解—判断题 答案：× 解析：变压器基于电磁感应原理，只能对交流电压进行变换 。要得到直流电，需通过整流装置，将变压器输出的交流电转换为直流电，所以变压器无法直接提供直流电。 1.在电路中所需的各种直流电，可以通过变压器来获得。（ ） 36 常考习题练习与讲解—判断题 答案：× 解析：变压器的基本工作原理是电磁感应 。电流的磁效应是指电流产生磁场，而变压器是原绕组电流产生交变磁场，使副绕组产生感应电动势，实现能量传递，核心是电磁感应的 “互感” 过程，并非单纯电流的磁效应。 2.变压器的基本工作原理是电流的磁效应。（ ） 37 常考习题练习与讲解—判断题 答案：× 解析：同心绕组中，为便于绝缘处理，一般低压绕组在内层，高压绕组在外层 。因为低压绕组电压低，与铁心的绝缘要求相对容易满足；高压绕组电压高，放在外层能增大与接地部分的距离，降低绝缘难度和成本。 3.同芯绕组是将一次绕组、二次绕组套在同一铁柱的内、外层，一般低压绕组在外层，高压绕组在内层。（ ） 38 常考习题练习与讲解—判断题 答案：× 解析：冷轧硅钢片性能优于热轧硅钢片 。冷轧工艺使硅钢片的晶粒更有序排列，磁导率更高、铁损（磁滞损耗和涡流损耗 ）更小，在变压器等设备中，更能提升效率、降低发热，所以是热轧硅钢片性能不如冷轧的。 4.热轧硅钢片比冷轧硅钢片的性能更好，其磁导率高而损耗小。（ ） 39 常考习题练习与讲解—简答题 答案： 电能传输采用高压送电，核心原因是降低输电损耗。此外，高压送电还能提高输电效率，减少电能在传输中的浪费；同时，在相同功率下，高压输电可选用更细的导线，节省导线材料成本，降低电网建设投入。 1.电能传输为什么要采用高压送电？ 40 常考习题练习与讲解—简答题 答案：变压器主要分为心式变压器和壳式变压器； 用途：心式变压器适用于大容量、高电压的电力变压器。 壳式变压器适用于小型、低电压的变压器。 2.按铁心结构形式分，变压器可分为哪几种？各有怎样的用途？ 41 常考习题练习与讲解—简答题 答案：变压器主要由铁心、绕组、油箱、绝缘套管等部分构成。 油箱：容纳变压器油，起散热、绝缘作用；冷却装置加速油的热量散发，保证变压器在额定温度下运行。 绝缘套管：贯穿油箱，起绝缘和导电作用。 3.变压器主要由哪些部分构成？说出其中两部分的作用。 42 常考习题练习与讲解—简答题 答案：变压器铁心采用叠片形式是为了减少涡流损耗。因为交变磁场会在铁心中产生涡流，叠片能将涡流限制在较小的截面内，增大涡流电阻，从而降低损耗。 叠片之间涂绝缘漆（绝缘）是为了阻止涡流在叠片之间流通，避免涡流路径扩大，进一步减小涡流损耗。 4.为什么变压器铁心要采用叠片形式，且叠片之间需要绝缘？ 43 重点复习知识点： 1.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。 2.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。 3.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。 阅读相关教材和课堂笔记，梳理重点知识点和关键概念。制作复习提纲或思维导图，以帮助理清知识框架和内部逻辑。进行练习题和例题的练习，加深对知识的理解和应用。 课堂小结 44 $