低压油浸式变压器设计
第2章 变压器基本知识
2.1 变压器的作用
变压器是借助于电磁感应，以相同的频率，在两个或更多的绕组之间，变换交流电压和电流而传输交流电能的一种静止电器。它的用途很广，在国民经济的各部门，都十分广泛应用着各种各样的变压器。从电力系统角度而言，一个电力网将许多发电厂和用户连在一起。发电厂发出的电能往往需经远距离传输才能到达用电地区，在传输的功率恒定时，传输电压越高，则所需电流越小。因为电压降正比于电流，电能损耗正比于电流的平方，所以用较高的输电电压可以大大降低线路的电压降和电能损耗。要制造电压很高的发电机，目前技术上还很困难，所以需用升压变压器将发电机端的电压升高以后再输送出去。随着输送距离的增加，输电功率的增大，对变压器的容量和电压等级的要求也就越来越高。而电力网内部存在多种电压等级，这就需要用各种规格电压等级和容量的变压器来连接。
另一方面，当电能输送到受电端时，又必须用降压变压器将输电线路上的高电压降低到配电系统的电压，然后再经过配电变压器将电压降低到符合用户各种电气设备要求的电压。由此可见，在电力系统中变压器的地位是十分重要的，不仅需要变压器数量多，通常变压器的安装总容量为发电机安装总容量的8~10 倍。而且要求其性能好，运行安全可靠。
变压器除了应用在电力系统中，还应用在需要特种电源的工矿企业中。例如：冶炼用的电炉变压器，电解或化工用的整流变压器，焊接用的电焊变压器，试验用的试验变压器，铁路用的牵引变压器。属于变压器类产品范畴的还有互感器、电抗器、消弧线圈等。由于其基本原理和结构与变压器相似，常和变压器一起统称为变压器类产品。它们的用途更为广泛，品种更多。
2.2 变压器的分类
2.1.1按相数分
1.单相变压器：用于单相负荷和三相变压器组。 2.三相变压器：用于三相系统的升、降电压。
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2.2.2按冷却方式分
1.干式变压器：依靠空气对流进行自然冷却或增加风机冷却，多用于高层建筑、高速收费站点用电及局部照明、电子线路等小容量变压器。
2.油浸式变压器：依靠油作冷却介质、如油浸自冷、油浸风冷、油浸水冷、强迫油循环等。
2.2.3按用途分
1.电力变压器：用于输配电系统的升、降电压。
2.仪用变压器：如电压互感器、电流互感器、用于测量仪表和继电保护装置。 3.试验变压器：能产生高压，对电气设备进行高压试验。
4.特种变压器：如电炉变压器、整流变压器、调整变压器、电容式变压器、移相变压器等。
2.2.4按绕组形式分
1.双绕组变压器：用于连接电力系统中的两个电压等级。
2.三绕组变压器：一般用于电力系统区域变电站中，连接三个电压等级。
3.自耦变电器：用于连接不同电压的电力系统。也可做为普通的升压或降后变压器用。
2.2.5按铁芯形式分
1.芯式变压器：用于高压的电力变压器。
2.非晶合金变压器：非晶合金铁芯变压器是用新型导磁材料，空载电流下降约80%，是目前节能效果较理想的配电变压器，特别适用于农村电网和发展中地区等负载率较低的地方。
3.壳式变压器：用于大电流的特殊变压器，如电炉变压器、电焊变压器；或用于电子仪器及电视、收音机等的电源变压器。
2.3 变压器的工作原理
变压器的原理是电磁感应原理，是电生磁、磁生电现象的一个具体应用。以相同的频率，在两个或更多的绕组之间，变换交流电压和电流而传输交流电能。当变压器一次侧施加交流电压U1，流过一次绕组的电流为I1,则该电流在铁芯中会产生交变磁通，使一次绕组和二次绕组发生电磁联系，根据电磁感应原理，交变磁通穿过这两个绕组就会感应出电动势，其大小与绕组匝数以及主磁通的最大值成正比，绕组匝数多的一侧电压
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高，绕组匝数少的一侧电压低，当变压器二次侧开路，即变压器空载时，一二次端电压与一二次绕组匝数成正比，变压器起到变换电压的目的。
当变压器二次侧接入负载后，在电动势E2的作用下，将有二次电流通过，该电流产生的电动势，也将作用在同一铁芯上，起到反向去磁作用，但因主磁通取决于电源电压，而U1基本保持不变，故一次绕组电流必将自动增加一个分量产生磁动势F1,以抵消二次绕组电流所产生的磁动势F2,在一二次绕组电流L1、L2作用下，作用在铁芯上的总磁动势（不计空载电流I0), F1?F2?0, 由于F1?I1N1,F2?I2N2,故I1N1?I2N2?0,由式可知，I1和I2同相，所以I1/I2?N2/N1?1/K。由式可知，一二次电流比与一二次电压比互为倒数，变压器一二次绕组功率基本不变，（因变压器自身损耗较其传输功率相对较小），二次绕组电流I2的大小取决于负载的需要，所以一次绕组电流I1的大小也取决于负载的需要，变压器起到了功率传递的作用。下图所示为单相双绕组变压器工作原理图（三相变压器工作原理类似）：
图1-1 变压器的工作原理图
按照上图规定变压器各物理量的参考方向，其中：
d?d?ENUE1??N1,E2??N2，所以1?1?1?K
dtdtE2N2U2即一、二次侧端电压比等于一、二次绕组匝数比等于变压比K，所以调整一二次侧绕组匝数即可实现变压。
变压器的冷却能力是保证变压器长时间稳定工作的一个重要条件。变压器的冷却方式分为油浸式和干式两种。本设计以油浸式变压器为例讲解了变压器的设计方法。
2.4 油浸式变压器的冷却方式
油浸式电力变压器在运行中，绕组和铁芯的热量先传给油，然后通过油传给冷却介质。油浸式电力变压器的冷却方式，按容量的大小，可分为以下几种：
1.自然油循环自然冷却（油浸自冷式） 2.自然油循环风冷（油浸风冷式）
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3.强迫油循环水冷却 4.强迫油循环风冷却
正常使用条件：海拔不超过1000m 户内或户外；最高环境气温+40℃最高日平均温度+30℃；最高年平均温度+20℃ 最低气温-25℃；根据用户要求可提供在特殊使用条件下运行的变压器。
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第3章 油浸式变压器的结构
3.1 变压器的基本结构组成
变压器是由套在一个闭合铁心上的两个绕组组成的，铁心和绕组是变压器最基本的组成部分。此外，还有油箱、储油柜、吸尘器、散热器、防爆管或压力释放阀、绝缘套管等等。图3-1为油浸式变压器构造图。
图3-1 油浸式变压器构造图
1、 放油阀 2、线圈及绝缘 3、铁芯 4、油箱 5、分接开关 6、低压套管 7、高压套管 8、气体继电器 9、防爆管 10、油面指示器 11、储油柜 12、吸湿器 13、温度计
3.2 变压器各部分的作用
1.铁心：铁心是变压器电磁感应的通路，由硅钢片叠装而成，采用硅钢片叠装可以减少涡流，变压器的一、二次绕组都绕在铁心上；
2.绕组：绕组是变压器的电路部分，分高、低压绕组，即一、二次绕组，绕组由绝缘的铜线或铝线绕成的多层线圈构成，套装在铁心上；
3.油箱：它是变压器的外壳，内装铁芯、绕组和变压器油，起一定的散热作用； 4.储油柜：当变压器油的体积随温度的变化而膨胀或缩小时，储油柜起着储油和补油的作用，以保证油箱内充满油，储油柜还能减少空气的接触面，以防止被过快氧化和受潮； 5.吸尘器：储油柜内的油通过吸尘器与空气相通；
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