任務(wù)11 單相變壓器的認識與使用

1、項目項目1 變壓器的運行與維護變壓器的運行與維護【項目目標】【項目目標】【項目內(nèi)容】【項目內(nèi)容】 單相變壓器的結(jié)構(gòu)、工作原理、運行持性及極性測定；單相變壓器的結(jié)構(gòu)、工作原理、運行持性及極性測定； 其其他用途變壓器的結(jié)構(gòu)、工作原理；三相變壓器的認識及聯(lián)結(jié)組他用途變壓器的結(jié)構(gòu)、工作原理；三相變壓器的認識及聯(lián)結(jié)組別的判定；別的判定； 變壓器的使用與維護。變壓器的使用與維護。 掌握變壓器的作用、基本結(jié)構(gòu)；理解變壓器的電壓、電流和掌握變壓器的作用、基本結(jié)構(gòu)；理解變壓器的電壓、電流和阻抗變換原理。阻抗變換原理。 掌握自耦變壓器、多繞組變壓器、電焊變壓器、掌握自耦變壓器、多繞組變壓器、電焊變壓器、儀用互感器

2、等特殊變壓器的結(jié)構(gòu)特點；理解其工作原理；了解其儀用互感器等特殊變壓器的結(jié)構(gòu)特點；理解其工作原理；了解其應(yīng)用范圍。掌握三相變壓器的結(jié)構(gòu)；理解其工作原理。應(yīng)用范圍。掌握三相變壓器的結(jié)構(gòu)；理解其工作原理。 會進行小會進行小型變壓器的測試、維護與故障檢修。型變壓器的測試、維護與故障檢修。 一、一、變壓器的結(jié)構(gòu)與分類變壓器的結(jié)構(gòu)與分類變電壓：電力系統(tǒng)變電壓：電力系統(tǒng) 變阻抗：電子電路中的阻抗匹配變阻抗：電子電路中的阻抗匹配 ( (如輸出變壓器如輸出變壓器) ) 變電流：電流互感器變電流：電流互感器 1.變壓器的應(yīng)用變壓器的應(yīng)用任務(wù)任務(wù)1.1 單相變壓器的認識與使用單相變壓器的認識與使用lrIp2 IU

3、節(jié)省金屬材料節(jié)省金屬材料 ( (經(jīng)濟經(jīng)濟) )電能損耗小電能損耗小I導(dǎo)線截面積導(dǎo)線截面積S電力工業(yè)中常采用電力工業(yè)中常采用高壓輸電、低壓配電高壓輸電、低壓配電(保證用電安全保證用電安全)。 在能量傳輸過程中，當輸送功率在能量傳輸過程中，當輸送功率P= UIcos 及負載功率因數(shù)及負載功率因數(shù)cos 一定時一定時3 電能的輸送示意圖電能的輸送示意圖G發(fā)電機發(fā)電機輸電線輸電線降壓變壓器降壓變壓器高壓配高壓配電電 線線降壓變降壓變壓壓 器器低壓配低壓配電電 線線發(fā)電廠發(fā)電廠區(qū)域變電所區(qū)域變電所工廠工廠(用戶用戶)發(fā)電廠發(fā)電廠工廠工廠6.310.5 kV35500 kV610 kV380 V / 22

4、0 V2. 變壓器的結(jié)構(gòu)變壓器的結(jié)構(gòu) 變壓器的基本結(jié)構(gòu)主要由鐵芯和繞組兩部分組成。變壓器的基本結(jié)構(gòu)主要由鐵芯和繞組兩部分組成。(1)鐵芯鐵芯 鐵芯采用厚度為鐵芯采用厚度為0.350.5mm，材料表面涂有絕緣漆的熱軋，材料表面涂有絕緣漆的熱軋(或冷軋或冷軋)硅鋼片，沖壓成型并疊合組裝成一個整體的鐵芯。硅鋼片，沖壓成型并疊合組裝成一個整體的鐵芯。 鐵芯的基本結(jié)構(gòu)形式有心式和殼式兩種，如圖鐵芯的基本結(jié)構(gòu)形式有心式和殼式兩種，如圖1-1所示。所示。 各種變壓器的鐵芯，先將硅鋼片沖壓成條形，然后將條形硅各種變壓器的鐵芯，先將硅鋼片沖壓成條形，然后將條形硅鋼片交錯地疊合組裝成鋼片交錯地疊合組裝成“囗囗”字

5、形或字形或“曰曰”字形，如圖字形，如圖1-2所示。所示。 鐵軛的截面有矩形、外鐵軛的截面有矩形、外T 形、內(nèi)形、內(nèi)T形和多級階梯形，如圖形和多級階梯形，如圖1-3所示。所示。 鐵芯柱的截面如圖鐵芯柱的截面如圖1-4所示。所示。 (2)繞組繞組 根據(jù)高、低壓繞組在鐵芯柱上排列的方式不同，變壓器的繞根據(jù)高、低壓繞組在鐵芯柱上排列的方式不同，變壓器的繞組可分為同心式和交疊式兩種，如圖組可分為同心式和交疊式兩種，如圖1-5和和1-6所示。所示。 二、變壓器的運行二、變壓器的運行 1.單相變壓器的工作原理單相變壓器的工作原理 單相變壓器的工作原理如圖單相變壓器的工作原理如圖1-8所示。所示。 根據(jù)電磁感

6、應(yīng)定律，交變根據(jù)電磁感應(yīng)定律，交變的主磁通的主磁通 在原、副繞組中分在原、副繞組中分別感應(yīng)出電動勢別感應(yīng)出電動勢e1與與e2有有 忽略繞組中的漏電抗壓降，不考慮繞組中的電阻壓降，原、忽略繞組中的漏電抗壓降，不考慮繞組中的電阻壓降，原、副繞組的端電壓可表示為副繞組的端電壓可表示為 若二次繞組開路，這種運行方式稱為變壓器的空載運行。若若二次繞組開路，這種運行方式稱為變壓器的空載運行。若二次繞組接負載，這種運行方式稱為變壓器的負載運行。其中二次繞組接負載，這種運行方式稱為變壓器的負載運行。其中N1和和N2分別為一次、二次繞組的匝數(shù)。分別為一次、二次繞組的匝數(shù)。 2.變壓器的空載運行變壓器的空載運行

7、變壓器空載運行是指變壓器的一變壓器空載運行是指變壓器的一次繞組接在額定頻率、額定電壓的交次繞組接在額定頻率、額定電壓的交流電源上，而二次繞組開路時的運行流電源上，而二次繞組開路時的運行狀態(tài)，如圖狀態(tài)，如圖1-9所示。所示。設(shè)設(shè)主磁能主磁能為：為： msin t ，則，則e1與與e2的有效值分別為：的有效值分別為： 則則于是有于是有 3.變壓器負載運行變壓器負載運行 變壓器的負載運行是指原繞組加額定電壓，副繞組與負載相變壓器的負載運行是指原繞組加額定電壓，副繞組與負載相接通時的運行狀態(tài)，如圖接通時的運行狀態(tài)，如圖1-10所示。這時副邊電路中有了電流所示。這時副邊電路中有了電流i2，它的大小由副繞

8、組電動勢和副邊電路的等效阻抗來決定。它的大小由副繞組電動勢和副邊電路的等效阻抗來決定。 磁動勢平衡方程式為：磁動勢平衡方程式為： 當變壓器接近滿載時，當變壓器接近滿載時，I0N1的遠小于的遠小于I1N1，即可認為，即可認為I0N10，于是有于是有 變壓器除有變壓作用和變流作用之外，還可用來實現(xiàn)阻抗的變壓器除有變壓作用和變流作用之外，還可用來實現(xiàn)阻抗的變換。設(shè)在變壓器的副邊接入阻抗為變換。設(shè)在變壓器的副邊接入阻抗為ZL，由圖，由圖1-11可知，從原繞可知，從原繞組輸入端看進去的輸入阻抗值組輸入端看進去的輸入阻抗值|Z L|為：為： 4.變壓器的工作特性變壓器的工作特性 (1)變壓器的外特性變壓器

9、的外特性 變壓器的外特性是指電源電壓和負載的功率因數(shù)為常數(shù)時，二變壓器的外特性是指電源電壓和負載的功率因數(shù)為常數(shù)時，二次側(cè)電壓隨負載電流變化的規(guī)律，即次側(cè)電壓隨負載電流變化的規(guī)律，即U2f(I2)。變壓器的外特性曲。變壓器的外特性曲線如圖線如圖1-12所示。所示。 (2)電壓變化率電壓變化率 電壓變化率是指變壓器一次繞組加上交電壓變化率是指變壓器一次繞組加上交流流50Hz的額定電壓，二次繞組空載電壓的額定電壓，二次繞組空載電壓U20和帶負載后在某一功率因數(shù)下二次繞組電壓和帶負載后在某一功率因數(shù)下二次繞組電壓U2之差與二次繞組額定電壓之差與二次繞組額定電壓U2N的比值，用的比值，用U表示，即表示

10、，即 (3)變壓器的損耗變壓器的損耗 變壓器輸入功率與輸出功率之差變壓器輸入功率與輸出功率之差(P1P2)是變壓器本身消耗的是變壓器本身消耗的功率，稱為變壓器的功率損耗，簡稱損耗，它包括以下兩部分：功率，稱為變壓器的功率損耗，簡稱損耗，它包括以下兩部分： 銅損耗銅損耗PCu，也稱為可變損耗；鐵損耗，也稱為可變損耗；鐵損耗PFe，又稱之為不變損耗。，又稱之為不變損耗。 (4)變壓器的效率和效率特性變壓器的效率和效率特性 變壓器的效率是指變壓器的輸出功率與輸入功率之比，用百變壓器的效率是指變壓器的輸出功率與輸入功率之比，用百分數(shù)表示，即分數(shù)表示，即 一般中、小電力變壓器效率在一般中、小電力變壓器效

11、率在95%以上，大容量電力變壓器以上，大容量電力變壓器最高效率可達最高效率可達98%99%以上。以上。 在計算效率時，可采用下列幾個假定。在計算效率時，可采用下列幾個假定。 以額定電壓下的空載損耗以額定電壓下的空載損耗P0作為鐵損耗作為鐵損耗PFe，并認為鐵損耗，并認為鐵損耗不隨負載而變化，即不隨負載而變化，即P0PFe常數(shù)。常數(shù)。 以額定電流時的短路損耗以額定電流時的短路損耗Pk作為額定電流時的銅損耗作為額定電流時的銅損耗PCuN，且認為銅損耗與負載電流的平方成正比，即，且認為銅損耗與負載電流的平方成正比，即， 由于變壓器的電壓變化率很小，負載時由于變壓器的電壓變化率很小，負載時U2的變化可

12、不予考的變化可不予考慮，即認為慮，即認為U2U2N。故輸出功率為。故輸出功率為 式中，式中， 為負載系數(shù)，為負載系數(shù)， I2/I2N，則，則 在功率因數(shù)一定時，變壓器效率與負在功率因數(shù)一定時，變壓器效率與負載系數(shù)之間的關(guān)系載系數(shù)之間的關(guān)系f()稱為變壓器的效稱為變壓器的效率特性曲線，如圖率特性曲線，如圖1-13所示。所示。 為提高變壓器的運行效率，設(shè)計時使鐵損耗相對比較小一些，為提高變壓器的運行效率，設(shè)計時使鐵損耗相對比較小一些，一般取一般取m0.50.6。 三、其他用途的變壓器三、其他用途的變壓器 1.自耦變壓器自耦變壓器 普通雙繞組變壓器原、副繞組之間僅有磁的耦合，并無電的直接聯(lián)系。自耦變

13、壓器只有一個繞組，如圖1-14所示，即原、副繞組公用一部分繞組，所以自耦變壓器原、副繞組之間除有磁的耦合外，又有電的直接聯(lián)系。實質(zhì)上自耦變壓器就是利用一個繞組抽頭的方法來實現(xiàn)改變電壓的一種變壓器。 自耦變壓器的中間出線端，如果做成能沿著整個線圈滑動的自耦變壓器的中間出線端，如果做成能沿著整個線圈滑動的活動觸點，如圖活動觸點，如圖1-15(b)、(c)所示，這種自耦變壓器稱為自耦調(diào)壓所示，這種自耦變壓器稱為自耦調(diào)壓器，其副邊電壓器，其副邊電壓U2可在可在0到稍大于到稍大于U1的范圍內(nèi)變動。圖的范圍內(nèi)變動。圖1-15(a)所所示是單相自耦調(diào)壓器的外形。示是單相自耦調(diào)壓器的外形。 自耦變壓器的變比不

14、宜過大，通常選擇變比自耦變壓器的變比不宜過大，通常選擇變比k3，而且不能，而且不能用自耦變壓器作為用自耦變壓器作為36V以下安全電壓的供電電源。以下安全電壓的供電電源。 2.電焊變壓器電焊變壓器 電焊變壓器是交流弧焊機的主要組成部分，它是一種雙繞組變壓器，在副繞組電路中串聯(lián)一個可變電抗器。如圖1-16所示。 對電焊變壓器的要求是：空載時應(yīng)有足夠的引弧電壓(約為6075V)，以保證電極間產(chǎn)生電弧。有載時，副繞組電壓應(yīng)迅速下降，當焊條與工件間產(chǎn)生電弧并穩(wěn)定燃燒時，約有30V的電壓降，短路時(焊條與工件相碰瞬間)，短路電流不能過大，以免損壞焊機。另外，為了適應(yīng)不同的焊件和不同規(guī)格的焊條，焊接電流的大

15、小要能夠調(diào)節(jié)。 3.儀用互感器儀用互感器 儀用互感器有兩種：電壓互感器和電流互感器。 電壓互感器的原理圖如圖1-17所示。電壓互感器的主要原理是根據(jù)變壓器的變壓作用而工作的。 電流互感器的原理圖如圖1-18所示。電流互感器的主要原理是根據(jù)變壓器的變流作用而工作的。 使用互感器時，必須注意：由于電壓互感器的副繞組電流很大，因此絕不允許短路；電流互感器的原繞組匝數(shù)很少，而副繞組匝數(shù)較多，這將在副繞組中產(chǎn)生很高的感應(yīng)電動勢，因此電流互感器的副繞組絕不允許開路。 便攜式鉗形電流表，圖1-19是它的外形圖和原理圖，其副繞組端接有電流表，鐵芯由兩塊U形元件組成，用手柄能將鐵芯張開與閉合。 測量電流時，不需

16、斷開待測電路，只需張開鐵芯將待測的載流導(dǎo)線鉗入(即圖1-19(a)中的A、B端)，這根導(dǎo)線就成為互感器的原繞組，于是可從電流表直接讀出待測電流值。 【任務(wù)實施】【任務(wù)實施】 1.任務(wù)實施的內(nèi)容任務(wù)實施的內(nèi)容 小型變壓器的變壓、變流和阻抗變換作用的測試；變壓器的空載試驗和短路試驗。 2.任務(wù)實施的要求任務(wù)實施的要求 (1)正確使用測試儀表。 (2)正確測試電壓及電流等相關(guān)數(shù)據(jù)并進行數(shù)據(jù)分析。 3.設(shè)備器材設(shè)備器材 小型變壓器(220V/55V) ，1臺；交流電流表，1塊；交流電壓表，1塊；萬用表，1塊；燈泡(36V/25W)，3只；交流調(diào)壓器(0250V)，1臺；電工實驗實訓(xùn)臺，1套。 4.任務(wù)

17、實施的步驟任務(wù)實施的步驟 (1)小型變壓器變換電壓、電流和阻抗試驗小型變壓器變換電壓、電流和阻抗試驗 按照圖1-20所示電路接好線路，調(diào)節(jié)調(diào)壓器使用單相變壓器空載時的輸出為36V，然后分別在變壓器的副邊接入1只、2只、3只燈泡，測量單相變壓器的輸入電壓和輸出電壓、輸入電流和輸出電流，將測量數(shù)據(jù)填入表1.1中。根據(jù)表中的數(shù)據(jù)計算|ZL|、|ZL|值，分析變壓器的阻抗變換作用。 (2)變壓器的空載試驗變壓器的空載試驗 斷開交流電源，將圖1-20中所示的單相變壓器的低壓線圈a、x接電源，高壓線圈A、X開路。 將調(diào)壓器旋鈕向逆時針方向旋轉(zhuǎn)到底，即將其調(diào)到輸出電壓為零的位置。合上交流電源開關(guān)，調(diào)節(jié)調(diào)壓器

18、的旋鈕，使變壓器空載電壓U01.2UN，然后逐次降低電源電壓，在1.20.2UN的范圍內(nèi)，測取變壓器的U0、I0、P0。 測取數(shù)據(jù)時，U0UN點必須測，并在該點附近測的點較密，共測取數(shù)據(jù)78組。記錄于表1.2中。 為了計算變壓器的變比，在UN以下測取原邊電壓的同時測出副邊電壓數(shù)據(jù)記錄于表1.2中。 空載試驗數(shù)據(jù)分析 a.計算變壓比。由空載試驗測變壓器的一、二次側(cè)電壓的數(shù)據(jù)，計算出電壓比，然后取其平均值作為變壓器的變壓比。 b.繪出空載特性曲線U0f(I0)，P0f(U0)，cos0f(U0)。 (3)變壓器的短路實驗變壓器的短路實驗 將變壓器的高壓線圈接電源，低壓線圈直接短路。 斷開交流電源，將圖1-20中所示的單相變壓器的高壓線圈