变压器内部结构图_变压器的容量计算

　　变压器简介

　　变压器（Transformer）是利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置，主要构件是初级线圈、次级线圈和铁芯（磁芯）。主要功能有：电压变换、电流变换、阻抗变换、隔离、稳压（磁饱和变压器）等。按用途可以分为：电力变压器和特殊变压器（电炉变、整流变、工频试验变压器、调压器、矿用变、音频变压器、中频变压器、高频变压器、冲击变压器、仪用变压器、电子变压器、电抗器、互感器等）。电路符号常用T当作编号的开头。例：T01，T201等。

　　变压器内部结构

　　变压器的基本结构部件是铁心和绕组，由它们组成变压器的器身。为了改善散热条件，大、中容量变压器的器身浸入盛满变压器油的封闭油箱中，各绕组与外电路的连接则经绝缘套管引出。为了使变压器安全可靠地运行，还设有储油柜、气体继电器和安全气道等附件。

　　（一）铁心

　　铁心既作为变压器的磁路;又作为变压器的机械骨架。为了提高导磁性能、减少交变磁通在铁心中引起的损耗，变压器的铁心都采用厚度为0.35-0.5mm的电工钢片叠装而成。电工钢片的两面涂有绝缘层，起绝缘作用。大容量变压器多采用高磁导率、低损耗的冷轧电工钢片。电力变压器的铁心一般都采用心式结构，其铁心可分为铁心柱（有绕组的部分）和铁轭（联接两个铁心柱的部分）两部分。绕组套装在铁心柱上，铁轭使铁心柱之间的磁路闭合。在铁心柱与铁轭组合成整个铁心时，多采用交叠式装配，使各层的接缝不在同一地点，这样能减少励磁电流，但缺点是装配复杂，费工费时。在一般变压器中，铁心柱截面采用外接圆的阶梯形。只有当变压器容量很小时才采用方形。交流磁通在铁心中会引起涡流损耗和磁滞损耗，使铁心发热。在大容量变压器的铁心中，往往设置油道。铁心浸在变压器油中，当油从油道中流过时，可将铁心中的热量带走。

　　（二）绕组

　　绕组是变压器的电路部分，用来传输电能，一般分为高压绕组和低压绕组。接在较高电压上的绕组称为高压绕组;接在较低电压上的绕组称为低压绕组。从能量的变换传递来说，接在电源上，从电源吸收电能的绕组称为原边绕组（又称一次绕组或初级绕组）;与负载连接，给负载输送电能的绕组称副边绕组（又称二次绕组或次级绕组）。绕组一般是用绝缘的铜线绕制而成。高压绕组的匝数多、导线横截面小;低压绕组的匝数少、导线横截面大。为了保证变压器能够安全可靠的运行以及有足够的使用寿命，对绕组的电气性能、耐热性能和机械强度都有一定的要求。绕组是按照一定规律连接起来的若干个线圈的组合。根据高压绕组和低压绕组相互位置的不同，绕组结构型式可分为同心式和交叠式两种。同心式绕组是将高压绕组和低压绕组同心地套装在铁心柱上。为了绝缘方便，低压绕组紧靠着铁心，高压绕组则套装在低压绕组的外面，两个绕组之间留有油道。油道一是作为绕组间的绝缘间隙;二是作为散热通道，使油从油道中流过冷却绕组。在单相变压器中，高、低压绕组均分为两部分，分别套装在两铁心柱上，这两部分可以串联或并联;在三相变压器中属于同一相的高、低压绕组全部套装在同一铁心柱上。同心式绕组的结构简单、制造方便，心式变压器一般都采用这种结构。交叠式绕组是将高压绕组和低压绕组分成若干线饼，沿着铁心柱交替排列而构成。为了便于绝缘和散热，高压绕组与低压绕组之间留有油道并且在最上层和最下层靠近铁轭处安放低压绕组。交叠式绕组的机械强度高，引线方便，壳式变压器一般采用这种结构。

　　（三）油箱及附件

　　1、油箱：油箱就是油浸式变压器的外壳。变压器在运行中绕组和铁心会产生热量，为了迅速将热量散发到周围空气中去，可采用增加散热面积的方法。变压器油箱的结构型式主要有平板式、管式等。对容量较大的变压器，采用在油箱壁的外侧装有散热管的管式油箱来增加散热面积，当油受热膨胀时，箱内的热油上升到油箱的上部，经散热管冷却后的油下降到油箱的底部，形成自然循环，把热量散发到周围空气中。对大容量变压器，还可采用强迫冷却的方法，如用风扇吹冷变压器等以提高散热效果。变压器油由高、低压绕组套装在铁心上总称为器身，器身放在油箱中，油箱中充以变压器油。

　　2、变压器油：变压器油是一种矿物油，具有很好的绝缘性能。变压器油起两个作用：①在变压器绕组与绕组、绕组与铁心及油箱之间起绝缘作用，提高绕组的绝缘强度。因为油的绝缘性能比空气好。②变压器油受热后产生对流，对变压器铁心和绕组起散热作用，因为通过油受热后的对流作用，可以将绕组及铁心的热量带到油箱壁，再由油箱壁散发到空气中去。对变压器油的要求是：介质强度高;着火点高;粘度小;水分和杂质含量尽可能少。

　　3、储油柜：变压器油受热后要膨胀，因此油箱不能密封。为了减小油与空气的接触面积，变压器安装有储油柜。储油柜固定在油箱顶上并用管子与油箱直接连通，储油柜的上部有加油栓，可以向变压器内补油，油箱的下部有放油活门，可以排放变压器油。储油柜使油箱内部与外界空气隔绝，减少了油氧化及吸收水分的面积。储油柜内的油面高度被控制在一定范围内，当油受热膨胀时，一部分油被挤入储油柜中使油面升高，而油遇冷收缩时，这部分油再流回油箱使油面降低。储油柜的大小应能满足变压器在各种可能的运行温度下，油面的升降总是能保持在储油柜的范围内。储油柜的一侧有油位计，可查看油面高度的变化。另外，储油柜上还装有吸湿器，它是一种空气过滤装置，外部空气经过吸湿器干燥后才能进人储油柜，从而使油箱中的油不易变质损坏。

　　4、气体继电器（瓦斯继电器）：装在变压器的油箱和储油柜间的管道中，主要保护装置。内部有一个带有水银开关的浮筒和一块能带动水银开关的挡板。当变压器发生故障，产生的气体聚集在气体继电器上部，油面下降，浮筒下沉，接通水银开关而发出信号;当变压器发生严重故障，油流冲破挡板，挡板偏转时带动一套机构使另一水银开关接通，发出信号并跳闸，切除变压器的电源。

　　5、安全气道（防爆管）：大容量变压器的油箱盖上还装有安全气道，它是一个长的钢筒，下面与油箱相通，上端装有防爆膜。当变压器内部发生严重故障产生大量气体时，油箱内部压力迅速升高而冲破安全气道上的防爆膜，喷出气体，消除压力，以免产生重大事故。

　　6、分接开关：在电力系统，为了使变压器的输出电压控制在允许变化的范围内，变压器的原边绕组匝数要求在一定范围内调节，因而原绕组一般备有抽头，称为分接头。利用开关与不同接头连接，可改变原绕组的匝数，达到调节电压的目的。分接开关分为有载调压分接开关和无载调压分接开关。

　　7、绝缘套管：装在变压器的油箱盖上作用是把线圈引线端头从油箱中引出，并使引线与油箱绝缘。电压低于1KV采用瓷质绝缘套管，电压在10-35KV采用充气或充油套管，电压高于110KV采用电容式套管。

　　8、测温装置：监测变压器的油面温度。小型的油浸式变压器用水银温度计，较大的变压器用压力式温度计。

　　变压器工作原理

　　单相变压器有两个线圈共同绕在一个闭合铁芯上，如下图所示，其中与电源相连的线圈称为原边线圈，与原边线圈相关的各量的标示符号均在右下角标注以角码1，如U1、I1等，与负载项链的线圈称为副边线圈，相关度额各量的标示符号均在右下角标注角码2，如U2、I2等。

　　此变压器工作原理为：当变压器的原绕组施以交变电压u1时，便在原绕组中产生一个交变电流i1，这个电流在铁芯中产生交变磁通Φ，因为原、副绕组在同一个铁芯上，所以当磁通Φ穿过副绕组时，便在变压器副边产生感应电动势e2（即变压电压）。变压器中感应电动势的大小是和线圈的匝数、磁通的大小及电源的频率成正比。

　　变压器特征参数

　　工作频率

　　变压器铁芯损耗与频率关系很大，故应根据使用频率来设计和使用，这种频率称工作频率。

　　额定功率

　　在规定的频率和电压下，变压器能长期工作而不超过规定温升的输出功率。

　　额定电压

　　指在变压器的线圈上所允许施加的电压，工作时不得大于规定值。

　　电压比

　　指变压器初级电压和次级电压的比值，有空载电压比和负载电压比的区别。

　　空载电流

　　变压器次级开路时，初级仍有一定的电流，这部分电流称为空载电流。空载电流由磁化电流（产生磁通）和铁损电流（由铁芯损耗引起）组成。对于50Hz电源变压器而言，空载电流基本上等于磁化电流。

　　空载损耗

　　指变压器次级开路时，在初级测得功率损耗。主要损耗是铁芯损耗，其次是空载电流在初级线圈铜阻上产生的损耗（铜损），这部分损耗很小。

　　效率

　　指次级功率P2与初级功率P1比值的百分比。通常变压器的额定功率愈大，效率就愈高。

　　绝缘电阻

　　表示变压器各线圈之间、各线圈与铁芯之间的绝缘性能。绝缘电阻的高低与所使用的绝缘材料的性能、温度高低和潮湿程度有关.

　　变压器的容量计算

　　1.常规方法：根据《电力工程设计手册》，变压器容量应根据计算负荷选择，对平稳负荷供电的单台变压器，负荷率一般取85％左右。即：β=S/Se式中：S———计算负荷容量（kVA）；Se———变压器容量（kVA）；β———负荷率（通常取80％～90％）。

　　2.计算负载的每相最大功率：将A相、B相、C相每相负载功率独立相加，如A相负载总功率10KW，B相负载总功率9KW，C相负载总功率11KW，取最大值11KW。（注：单相每台设备的功率按照铭牌上面的最大值计算，三相设备功率除以3，等于这台设备的每相功率。）例如：C相负载总功率=（电脑300WX10台）+（空调2KWX4台）=11KW

　　3.。计算三相总功率：11KWX3相=33KW（变压器三相总功率）三相总功率/0.8，这是最重要的步骤，目前市场上销售的变压器90%以上功率因素只有0.8，所以需要除以0.8的功率因素。

　　33KW/0.8=41.25KW（变压器总功率）

　　41.25KW/0.85=48.529KW（需要购买的变压器功率），那么在购买时选择50KVA的变压器就可以了。