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变压器构造及主要部件详解

时间:2023-06-25 理论教育 版权反馈
【摘要】:变压器的结构主要由铁心、绕组、油箱和绝缘套管等部件组成。铁心和绕组是变压器进行电磁感应的基本部分,称为器身。在实际生产中,铁心柱的级数随变压器容量的增加而增多。为了减少变压器的空载电流和铁耗,在心式铁心中,铁轭截面一般比铁心柱截面大5%~10%。在变压器中,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。变压器的高、低绕组分别由一个或多个线圈构成。

变压器构造及主要部件详解

变压器的结构主要由铁心、绕组、油箱和绝缘套管等部件组成。铁心和绕组是变压器进行电磁感应的基本部分,称为器身。油箱起机械支撑、冷却散热和保护作用;油起冷却和绝缘作用;套管主要起绝缘作用。下面分别介绍这几部分的结构形式。

1.铁心

铁心是变压器的磁路部分。为了提高磁路的磁导率和降低铁心内的磁路损耗,铁心通常用厚度为0.35mm、表面涂绝缘漆的含硅量较高的硅钢片制成。铁心分为铁心柱和铁轭两部分,铁心柱上套绕组,铁轭将铁心柱连接起来,使之形成闭合磁路。

图2-3 变压器的铁心

a)心式 b)壳式

根据结构形式,铁心又分成心式和壳式两种,如图2-3所示。为了清楚起见,图中同时画出了绕组。心式铁心(图2-3a)结构的特点是铁轭靠着绕组的顶面和底面,但不包围绕组的侧面。图2-3b是壳式变压器的铁心,其特点是铁轭不仅包围绕组的顶面和底面,而且还包围着绕组的侧面。由于心式铁心结构比较简单,绕组的布置和绝缘也比较容易,因此电力变压器主要采用心式铁心结构,而只在一些特种变压器(如电炉变压器)才采用壳式铁心结构。

铁心的装配方法一般采用交错式装配,它是剪成一定尺寸的长方形硅钢片交错叠装而成。在叠装时,相邻层的接缝要错开,如图2-4所示。为了减少装配工时,通常用2~3张硅钢片做一层。这种叠法的优点是接缝处气隙小,夹紧结构简单,缺点是装配工艺较复杂。

近年来,铁心材料采用冷轧硅钢片愈来愈多。有一种冷轧硅钢片,沿着轧辗方向有较小的铁耗和较高的磁导率,如按图2-4下料和叠装,则在磁路转角处,由于磁通方向和轧辗方向呈90°,将引起铁耗增加。因此,为了使磁通方向和轧辗方向基本一致,采用了图2-5所示的冷轧硅钢片的叠装法。

图2-4 三相铁心的叠装次序

图2-5 冷轧硅钢片的叠装法

为了使绕组便于制造和在电磁力作用下受力均匀以及机械性能良好,一般都把绕组做成圆形。这时为了充分利用绕组内的圆柱形空间,铁心柱一般做成阶梯形的多边形,如图2-6所示。阶梯的级数越多,截面越接近于圆形,空间利用情况越好,但制造工艺也越复杂。在实际生产中,铁心柱的级数随变压器容量的增加而增多。小容量变压器的铁心柱也有做成正方形的。在大容量变压器中,为了改善铁心的冷却条件,常在铁心柱中开设油道,以利散热。

变压器铁轭的截面有矩形的,也有阶梯形的,如图2-7所示。为了减少变压器的空载电流和铁耗,在心式铁心中,铁轭截面一般比铁心柱截面大5%~10%。在大容量变压器中也有做成相等的。

图2-6 铁柱截面的形状

图2-7 铁轭截面的各种形状

2.绕组

绕组是变压器的电路部分,一般用绝缘纸包的铝线或铜线绕成。(www.xing528.com)

在变压器中,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。高、低压绕组之间的相对位置有同心式和交迭式两种不同的排列方式。同心式绕组的排列方式如图2-3所示,高、低压绕组同心地套在铁心柱上。为了便于绕组和铁心绝缘,通常低压绕组靠近铁心。交叠式绕组的排列方式如图2-8所示。高、低压绕组沿铁心柱高度方向交叠地放置。为了减小绝缘距离,通常低压绕组靠近铁轭。这种结构主要用在壳式变压器中。

变压器的高、低绕组分别由一个或多个线圈构成。在这里,线圈是构成绕组的一种零部件。根据线圈绕制的特点,变压器所用的线圈可分为圆筒式、饼式、连续式、纠结式和螺旋式等几种主要形式。

(1)圆筒式线圈 圆筒式线圈是最简单的一种线圈形式,它是由一根或几根并联的绝缘导线沿铁心高度方向连续绕制而成,一般用于10~630kVA三相变压器的高压绕组或低压绕组。用作高压绕组时,由于电压较高,电流较小,导线细,匝数多,通常采用圆线绕成多层圆筒式线圈(图2-9)。为了便于线圈内部散热,当层数较多时,中间开设轴向油道。用作低压绕组时,由于电压较低,电流较大,导线截面大,匝数少,通常采用扁线绕成单层或双层圆筒式线圈。在双层圆筒式线圈中,有时在层间再开设轴向油道。

图2-8 交叠式绕组的饼式线圈排列方式

图2-9 多层圆筒式线圈

(2)饼式线圈 饼式线圈是由一根或几根并联的绝缘扁线沿铁心柱的径向一匝接着一匝地串联绕制而成,数匝成一饼。为了便于散热,饼间开设径向油道。通常以两饼作为一个单元一次绕成,中间无接头,称为双饼式,一般用于壳式变压器中,如图2-8所示。

(3)连续式线圈 连续式线圈是由很多个如前面所述的线饼沿轴向串联绕成。但绕制时,先是若干匝沿径向串联绕成一个线饼,然后采用特殊的“翻绕法”,使绕制连续地过渡到下一个线饼,线饼之间没有焊接头,如图2-10所示。连续式线圈一般用于三相容量为630kVA及以上、电压为3~110kV的绕组。

图2-10 连续式线圈

a)连续式线圈的外形 b)线饼间的连接法

(4)纠结式线圈 纠结式线圈的外形与连续式线圈相似,但焊接头较多。为使在过电压时起始电压比较均匀地分布于各线饼之间,这种线圈的线匝不是依次排列的,而是前后纠结在一起。当线圈由一根导线组成时,先用两根导线并绕,在交叉串联成一路,如图2-11所示。这时每两个线饼为一单元,各单元之间再依次串联起来。这种线圈用于大容量变压器的高压绕组。一般用于三相容量为6300kVA及以上、电压为110~330kV的绕组。

(5)螺旋式线圈 螺旋式线圈是由多根扁线沿径向并联排列,然后沿铁心柱轴向高度像螺纹一样,一匝跟着一匝地绕制而成。这时一个线饼就是一匝。当并联导线数太多时,可把并联导线沿轴向分成两排,绕成双螺旋式线圈。为了减小导线中的附加损耗,绕制过程中,将导线进行换位。这种线圈一般用于三相容量为800kVA及以上、电压为35kV及以下的大电流绕组。

3.套管

变压器的引出线从油箱内穿过油箱盖时,必须经过绝缘套管,以使带电的引线和接地的油箱绝缘。绝缘套管一般是瓷质的,它的结构主要取决于电压等级。1kV以下的采用实心瓷套管;10~35kV采用空心充气式或充油式套管,如图2-12所示。电压为110kV及以上时,采用电容式套管。为了增强表面放电距离,套管外形做成多级伞形,电压愈高级数愈多。

图2-11 纠结式线圈线饼间的连接法

图2-12 35kV充油式套管

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