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1、第1章 变压器第第1章章 变压变压器器1.1 单相变压单相变压器器1.2 三相变压器三相变压器1.3 其他用途的变压器其他用途的变压器1.1 单相变压器单相变压器 1.1.1 变压器的结构与分变压器的结构与分类类1.变压器的用途变压器的用途变压器的作用是在交流电路中变换电压、变换电流、变换阻抗及电气隔离。2.变压器的基本结构变压器的基本结构变压器的基本结构主要由铁芯和绕组两部分组成。（1）铁）铁芯芯铁芯是变压器的主磁路，它又是绕组的支撑骨架。铁芯的基本结构形式有心式和壳式两种，如图1-2所示。心式结构的适用于容量大、电压高的变压器。壳式结构的一般多用于小型干式变压器。（2）绕组）绕组绕组的作用
2、是构成电路，一般用绝缘漆包铜线或铝线绕制而成。接于电源的绕组称为一次绕组，接于负载的绕组称为二次绕组。3.变压器的分类变压器的分类按用途分为电力变压器和特殊变压器。按绕组数目分为单绕组变压器、双绕组变压器、三绕组变压器和多绕组变压器等。按相数分为单相变压器、三相变压器等。按铁芯结构分为心式变压器和壳式变压器。按调压方式分为无励磁调压变压器和有载调压变压器。按冷却介质和冷却方式分为空气自冷式变压器、油浸式变压器和充气式冷却变压器。电力变压器按容量大小通常分为小型变压器、中型变压器、大型变压器和特大型变压器。单相变压器的表示符号如图1-8所示。1.1.2 变压器的运行变压器的运行1.变压器的空载运
3、行变压器的空载运行变压器空载运行是指变压器的一次绕组接在额定频率、额定电压的交流电源上，而二次绕组开路时的运行状态，如图1-10所示。设msint，则e1与e2的有效值分别为则即一次、二次绕组中的感应电动势之比等于一次、二次绕组匝数之比。U1E1，U20E2。于是有上式说明，变压器空载时，原、二次绕组端电压之比近似等于电动势之比（即匝数之比），比值k称为变压比，简称变比。k1为降压变压器，k1为升压变压器。例例1-1 某台单相降压变压器的一次绕组接到6600V的交流电源上，二次绕组电压为220V，试求其变比。若一次绕组匝数N13300匝，试求副绕匝数N2。若电源电压减小到6000V，为使二次绕
4、组电压保持不变，试问一次绕组匝数应调整到多少？2.变压器的负载运行变压器的负载运行变压器的负载运行是指一次绕组加额定电压，二次绕组与负载相接通时的运行状态，如图1-11所示。由U14.44fN1m式知，只要U1、f都保持一定，则m就基本上保持不变，铁芯磁路中的磁动势也应基本不变。即当变压器接近满载时，I0N1的远小于I1N1，即可认为I0N10，量值关系为I1N1I2N2，则上式为变压器的变流作用。注注意意：上上式只适用于满载或重载的运行状态，而不适用于轻载的运行状态。变压器的阻抗变换作用：图1-12是表示这种变换作用的等效电路图。Tr例例1-2 某台降压变压器的一次绕组的电压为220V，二次
5、绕组的电压为110V，一次绕组为2200匝，若二次绕组接入阻抗为10的阻抗，问变压器的变比；二次绕组匝数及一次、二次绕组中电流。4.变压器的运行特性变压器的运行特性衡量变压器运行性能的重要标志是外特性和效率特性。（1）变压器的外特性）变压器的外特性变压器的外特性是指电源电压U1和负载的功率因数cos2为常数时，U2f（I2）。不同负载性质时，变压器的外特性曲线如图1-13所示。（2）变压器的电压变化率（电压调整率）变压器的电压变化率（电压调整率）电压变化率用U%表示为（3）变压器的损耗）变压器的损耗变压器实际输出的有功功率P2为P2U2I2cos2式中，2为u2与i2的相位差。变压器输入功率决
6、定于它的输出功率。输入的有功功率P1为P1U1I1cos1式中，1为u1与i1的相位差。变压器输入功率与输出功率之差（P1P2）是变压器本身消耗的功率，称为变压器的功率损耗，简称损耗，它包括以下两部分：铜损耗PCu，铜损耗为可变损耗。铁损耗PFe，为不变损耗。（4）变压器的效率和效率特性）变压器的效率和效率特性变压器的效率是指变压器的输出功率与输入功率之比，用百分数表示，即一般中、小电力变压器效率在95%以上，大容量电力变压器最高效率可达98%99%以上。在计算效率时，可采用下列几个假定。以额定电压下的空载损耗P0作为铁损耗PFe，并认为铁损耗不随负载而变化，即P0PFe常数。以额定电流时的短
7、路损耗Pk作为额定电流时的铜损耗PCuN，且认为铜损耗与负载电流的平方成正比，即由于变压器的电压变化率很小，负载时U2的变化可不予考虑，即认为U2U2N。故输出功率为P2U2NI2cos2U2NI2Ncos2U2NI2Ncos2SNcos2 式中，为负载系数，I2/I2N。变压器的效率特性曲线，如图1-14所示。最高效率的条件是：铜损耗PCu等于铁损耗PFe。最高效率为1.1.3 小型变压器的检测小型变压器的检测1.变压器绕组的同极性端与测定变压器绕组的同极性端与测定（1）绕组的极性与正确接法）绕组的极性与正确接法如图1-15所示线圈1的端钮a和线圈2的端钮c为同极性端。而端钮a、d及b、c则
8、是异极性端。如图1-16（a）所示，变压器的一次绕组有两个绕向和匝数相同的绕组，每个绕组的额定电压为110V。当电源电压为220V时，这两个绕组必须串联，正确串联的方法是把两个绕组的异极性端连在一起，而将剩下的两个端接入电源，如图1-1（b）所示。当电源电压为110V时，两个绕组应并联，正确并联的方法是把两个绕组的同极性端分别连在一起，然后接入电源，如图1-16（c）所示。（2）同极性端的测定）同极性端的测定实验法测定同极性端有直流法和交流法两种。直流法。如图1-17（a）所示，当开关S迅速闭合时，若此时电压表的指针正向偏转，则线圈A的1端和线圈B的3端为同极性端。交流法。如图1-17（b）所
9、示，用交流电压表分别测量U12、U13、U34。如果测得U13U12U34，则1和3端为同极性端；若测得U13U12U34，则1、3端为异极性端。（4）铁芯噪声过大）铁芯噪声过大如果是电磁噪声，属于设计原因的，可换用质量较佳的同规格硅钢片；属于其他原因的应减轻负载或排除漏电故障。如果是机械噪声，应压紧铁芯。（5）线圈漏电）线圈漏电若是受潮，只要烘干后故障即可排除；若是绝缘老化，严重的一般较难排除，轻度的可拆去外层包缠的绝缘层，烘干后重新浸漆。（6）线圈过热）线圈过热（7）铁芯过热）铁芯过热（8）输出侧电压下降）输出侧电压下降1.2 三相变压器三相变压器1.2.1 三相变压器的磁路系统三相变压器
10、的磁路系统1.三相组式变压器的磁路系统三相组式变压器的磁路系统三相组式变压器是将三台完全相同的单相变压器的绕组按一定方式接成三相，如图1-19所示。2.三相心式变压器的磁路系统三相心式变压器的磁路系统三相心式变压器的每一相都有一个铁芯柱，三个铁芯柱用铁轭连接起来，构成三相铁芯，三相铁芯的磁路系统，如图1-20所示。中、小容量的电力变压器都采用三相心式变压器。1.2.2 三相变压器的电路系统三相变压器的电路系统1.变压器三相绕组的联结方法变压器三相绕组的联结方法电力变压器高、低压绕组的首端和末端的标志规定如表1-7所示。2、三三相变压相变压器器的的联联结结组组别别确定三相变压器联结组标号的步骤如
11、下：按绕组接线方式（Y或y、D或d）画出高、低压绕组接线图。在接线图上画出相电动势和线电动势的假定正方向。判断同一相的相电动势相位，并画出高、低压绕组三相对称电动势相量图。根据高、低压绕组线电动势的相位差，确定联结组标号。举例说明Y，y0联结组。联结组。如图1-22所示。 Y，d11联结组。联结组。如图1-24所示。3.三相变压器的标准联结组三相变压器的标准联结组国家规定三相双绕组电力变压器的标准联结组为：Y，yn0；YN，y0；Y，y0；Y，d11；YN，d11。其中Y，yn0；Y，d11；YN，d11联结组最常用。图图1-25 三相变压器的结构示意图三相变压器的结构示意图1.2.3 三相变
12、压器的结构和铭牌数据三相变压器的结构和铭牌数据1.三相变压器的结构三相变压器的结构三相变压器的结构示意图如图1-25所示。1-高压套管；2-分接开关；3-低压套管；4-气体继电器；5-防爆管；6-储油柜；7-油位表；8-吸湿器；9-散热器；10-铭牌；11-接地螺栓；12-油样阀门；13-放油阀门；14-蝶阀；15-绕组；16-信号温度计；17-铁芯；18-净油器；19-油箱；20-变压器油2.三相变压器的铭牌三相变压器的铭牌为了使变压器安全、经济、合理地运行，在每台变压器上都安装有一块铭牌，上面标明了变压器的型号及各种额定数据，作为正确使用变压器的依据。三相电力变压器的铭牌如图1-26所示。
13、图图1-26 电力变压器的铭牌电力变压器的铭牌3.变压器的型号变压器的型号变压器的型号表示了变压器的结构特点、额定容量（kVA）和高压侧的电压等级（kV），电力变压器的全型号的表示和含义如下。4.变压器的技术参数变压器的技术参数（1）额定容量SN（kVA）。（2）额定电压UN（kV 或V）（3）额定电流IN（kA或A）。（4）额定频率fN（Hz）。我国规定标准频率为50Hz。（5）阻抗电压（又称为短路电压）Uk。（6）空载电流I0%。（7）空载损耗P0。（8）短路损耗Pk。（9）变压器的效率。（2）变压器大修后的试验）变压器大修后的试验变压器油的耐压试验。变压器油的检化试验。变压器绝缘电阻的检
14、测项目。变压器大修后通电试验。（3）验收）验收变压器大修后，验收时须检查以下项目。实际检修项目和检修质量。大修后各项试验记录。大修技术报告书。1.3 其他用途的变压器其他用途的变压器1.3.1 自自耦耦变变压器压器1.自耦变压器的特点自耦变压器的特点图1-27为单相自耦变压器的工作原理图。自耦变压器的工作原理与普通变压器一样，原边和副边的电压、电流与匝数的关系仍为如图1-28（a）、（b）所示，这种自耦变压器称为自耦调压器，其副边电压U2可在0到稍大于U1的范围内变动。图1-28（a）所示是单相自耦调压器的外形。1.3.2 电焊变压器电焊变压器1.电焊工艺对变压器的要求电焊工艺对变压器的要求（
15、1）空载时应有足够的引弧电压（约6075V），以保证电极间产生电弧。但考虑操作者的安全，空载起弧电压不超过85V。（2）有载（即焊接）时，变压器应具有迅速降压的外特性，如图1-29所示。在额定负载时的输出电压约为30V。（3）短路时，短路电流I2k不能过大，以免损坏焊机。（4）为了适应不同的焊件和不同规格的焊条，要求焊接电流的大小在一定范围内要均匀可调。2.电焊变压器的类型电焊变压器的类型（1）磁分路动铁芯（衔铁）电焊变压器）磁分路动铁芯（衔铁）电焊变压器磁分路动铁芯电焊变压器的结构示意图，如图1-30所示。动铁芯通过一螺杆可以移动调节，以改变磁通的大小，从而改变电抗的大小。（2）串联可变电抗
16、器的电焊变压器）串联可变电抗器的电焊变压器如图1-31所示，在普通双绕组变压器的二次绕组中串联一可变电抗器。电抗器的气隙通过一螺杆调节其大小。当电抗器的气隙调小时，焊接电流I2减小。当电抗器的气隙调大时，焊接电流I2增大。根据焊件与焊条的不同，可灵活地调节电抗器的气隙的大小，达到输出电流可调的目的。电焊机变压器的一次绕组还备有抽头，可以调节起弧电压的大小。1.3.3 仪用互感器的认识与使用仪用互感器的认识与使用1.电压互感器电压互感器电压互感器的原理图如图1-32所示。为防止互感器一次、二次绕组之间绝缘损坏时造成危险，铁芯以及二次绕组的一端应当接地。电压互感器的主要原理是根据变压器的变压作用。
17、要求N1N2，一般规定副边的额定电压为100V。2.电流互感器电流互感器电流互感器的原理图如图1-33所示。电流互感器的主要原理是根据变压器的变流作用。为减小电流，要求N1N2，一般规定副边的额定电流为5A。 使用互感器时，必须注意：必须注意：由于电压互感器的二次绕组电流很大，因此绝不允许短路；电流互感器的一次绕组匝数很少，而二次绕组匝数较多，这将在二次绕组中产生很高的感应电动势，因此电流互感器的二次绕组绝不允许开路。便携式钳形电流表就是利用电流互感器原理制成的，图1-34是它的外形图和原理图，其二次绕组端接有电流表，铁芯由两块U形元件组成，用手柄能将铁芯张开与闭合。测量电流时，不需断开待测电路，只需张开铁芯将待测的载流导线钳入（即图1-34（a）中的A、B端），这根导线就成为互感器的一次绕组，于是可从电流表直接读出待测电流值。