項(xiàng)目五 任務(wù)2三相籠型異步電動(dòng)機(jī)自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng)

項(xiàng)目五：電鍍行車電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)控制三相異步電動(dòng)機(jī)的軟起動(dòng)623三相籠型異步電動(dòng)機(jī)的Y/△降壓起動(dòng)三相籠型異步電動(dòng)機(jī)的自耦變壓器降壓起動(dòng)4三相繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)控制1三相籠型異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)控制方案電鍍行車電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)控制電路設(shè)計(jì)5變壓器是根據(jù)電磁感應(yīng)原理，將某一等級(jí)的交流電壓和電流轉(zhuǎn)換成同頻率另一等級(jí)的交流電壓和電流的靜止電氣設(shè)備。一、變壓器簡(jiǎn)介變壓器具有變換電壓、變換電流和變換阻抗的功能。1）按用途分：2）按相數(shù)分:電力變壓器、特殊變壓器、儀用互感器、（高壓）試驗(yàn)用變壓器、控制變壓器及調(diào)壓器。3）按每相繞組的個(gè)數(shù)分：4）按冷卻方式分:雙繞組、三繞組、多繞組和自耦變壓器。5）按結(jié)構(gòu)形式分:干式、油浸式。心式、殼式。單相變壓器、三相變壓器、多相變壓器。1.變壓器的分類一次繞組（原繞組/原邊）：接電源，用下標(biāo)1標(biāo)注其參數(shù)。二次繞組（副繞組/副邊）：接負(fù)載，用下標(biāo)2標(biāo)注其參數(shù)。實(shí)際上，一、二次繞組并非繞在兩個(gè)不同的鐵心柱上，而是同心地繞在同一鐵心柱上。通常低壓繞組在內(nèi)，高壓繞組在外。大容量變壓器一般還配備有專門的散熱裝置。2.變壓器的基本結(jié)構(gòu)在一個(gè)閉合的鐵心磁路上，套兩個(gè)相互獨(dú)立、彼此絕緣的繞組，就構(gòu)成了單相變壓器。高、低壓繞組之間，低壓繞組與鐵心柱之間都必須留有一定的絕緣間隙和散熱通道(油道)，并用絕緣紙板筒隔開。安培定則也叫右手螺旋定則，是表示電流和電流所激發(fā)出的磁場(chǎng)的磁感線方向之間關(guān)系的定則。復(fù)習(xí)：安培定則通電直導(dǎo)線中的安培定則（安培定則一）：右手握住通電直導(dǎo)線，大拇指指電流方向，四指的指向就是磁感線的環(huán)繞方向。通電螺線管中的安培定則（安培定則二）：右手握住通電螺線管，四指彎曲與電流方向一致，大拇指所指的那一端就是通電螺線管的N極。根據(jù)電磁感應(yīng)原理，一、二次繞組中將分別感應(yīng)出交變電動(dòng)勢(shì)。若在二次繞組兩端接上負(fù)載，便會(huì)有交流電流過二次繞組。一次繞組接上交流電源，就會(huì)在鐵心中生成同時(shí)交鏈一、二次繞組的交變磁通。一次繞組和二次繞組之間只有磁的耦合，沒有電的聯(lián)系！3.變壓器的基本工作原理右手螺旋定則空載時(shí)，鐵心中的主磁通Φ由原邊繞組的磁通勢(shì)產(chǎn)生。有載時(shí)，鐵心中的主磁通Φ由原、副邊繞組的磁通勢(shì)共同產(chǎn)生。3.變壓器的基本工作原理4.單相變壓器的電壓變換一次側(cè)電路U1=-E1+(R1

+

jX1)I1=-E1+Z1I1R1、X1、Z1：一次繞組電阻、漏電抗和漏阻抗。U1≈-E1單相變壓器電路圖E1=-j4.44N1fΦm忽略Z1，則：二次側(cè)電路E2=

-j4.44N2fΦm

U2=E2-(R2

+

jX2)I2U2≈E2忽略Z2，則：一、二次繞組的電壓比≈U1U2=kE1E2=N1N2結(jié)論：改變變壓器的變比k，就可改變輸出電壓u2。k是一、二次繞組的匝數(shù)比，稱為變壓器的變比。=E2-Z2I2S9型配電變壓器（10kV）特種變壓器5.變壓器產(chǎn)品實(shí)物圖展示干式變壓器殼式變壓器電力變壓器自耦變壓器二、電力變壓器電力變壓器：

在供、輸、配電系統(tǒng)中，升高或降低電壓的變壓器。當(dāng)電流通過用電設(shè)備（電阻）后，其設(shè)備兩端產(chǎn)生的電位差（電勢(shì)差）稱為電壓降：U降=IR。電流通過電阻就會(huì)有能量損失，根據(jù)能量守恒定律，這部分損失的能量一定會(huì)以其他能量的形式釋放出來，如發(fā)光、發(fā)熱、發(fā)聲或者是機(jī)械能，普通的電阻只會(huì)發(fā)熱。電阻的熱功率公式為：P=I2R。

導(dǎo)線是有電阻的，輸電線路在輸送電能時(shí)既會(huì)有電壓降，又會(huì)有功率損耗。當(dāng)導(dǎo)線的電阻（R=ρl/S）一定時(shí)，輸電線路上的電壓降和功率損耗由輸電電流I決定。發(fā)電站一般遠(yuǎn)離用電區(qū)，而發(fā)電機(jī)發(fā)出的交流電往往是10.5kV和18kV，達(dá)不到高壓輸電要求。若直接向用戶送電，輸電線路上的電壓降和功率損耗都很大，不但不經(jīng)濟(jì)，甚至無法將電能送出。升壓變壓器發(fā)電站遠(yuǎn)距離輸送用戶降壓變壓器用電區(qū)超高壓電我國(guó)規(guī)定高壓輸電線路電壓為110kV、220kV、330kV和500kV等。輸電電壓U的高低與輸電距離l和輸電功率S有關(guān)。輸電距離越遠(yuǎn)，輸電功率越大，要求的輸電電壓越高。三相變壓器的輸出容量（視在功率）為：輸電功率S相同的情況下，電壓U越高，輸電電流I就越小，輸電線路上的電壓降U降和功率損耗P就越小。輸電電流I小，還可以減小輸電線的截面積S，節(jié)省材料，達(dá)到減小投資和降低運(yùn)行費(fèi)用的目的。在高壓輸電的用戶側(cè)，一定要把電壓降低之后再提供給用戶。二、電力變壓器1.電力變壓器的基本結(jié)構(gòu)三相油浸式電力變壓器基本結(jié)構(gòu)圖電力系統(tǒng)中應(yīng)用最廣泛的是油浸式電力變壓器。1-信號(hào)式溫度計(jì)2-吸濕器3-儲(chǔ)油柜4-油表5-安全氣道6-氣體繼電器7-高壓套管8-低壓套管9-分接開關(guān)10-油箱11-鐵心12-線圈13-放油閥門1）鐵心12341432奇數(shù)層偶數(shù)層形成閉合磁路，也是固定繞組及其他部件的骨架由鐵心柱和磁軛兩部分組成，大多采用厚度為0.35mm、表面涂有絕緣漆的硅鋼片疊成。主要由鐵心、繞組、絕緣套管、油箱及附件等組成。2）繞組變壓器的電路部分用絕緣圓導(dǎo)線或扁導(dǎo)線繞成，有銅導(dǎo)線和鋁導(dǎo)線兩種。根據(jù)工作電壓的高低，分為高壓繞組和低壓繞組。3）絕緣套管絕緣套管是繞組的引出裝置，裝在變壓器的油箱上，以實(shí)現(xiàn)帶電的繞組引出線與接地的油箱之間的絕緣。1.電力變壓器的基本結(jié)構(gòu)4）油箱裝在油箱和儲(chǔ)油柜的連通管里。變壓器內(nèi)部故障時(shí)絕緣物產(chǎn)生氣體，使氣體繼電器動(dòng)作，發(fā)故障信號(hào)或切除變壓器電源。鐵心和繞組浸泡在變壓器油中，不與空氣接觸，避免被潮濕侵蝕。同時(shí)，變壓器油的對(duì)流能夠?qū)⒆儔浩鞴ぷ髦需F心和繞組產(chǎn)生的熱量經(jīng)油箱和油箱上的散熱管散發(fā)出去，降低了變壓器的溫升。安裝在油箱上方的圓筒形的容器，經(jīng)連通管與油箱相連。變壓器的器身（鐵心與繞組）安裝在裝有變壓器油的油箱內(nèi)，變壓器油起絕緣和冷卻作用。5）儲(chǔ)油柜（油枕）柜內(nèi)油面高度隨變壓器油的熱脹冷縮而變化，因?yàn)楣駜?nèi)油與空氣接觸面積小，降低了變壓器油的受潮和老化速度，確保了變壓器油的絕緣性能。6）氣體繼電器采用高強(qiáng)度鋼板焊接而成1.電力變壓器的基本結(jié)構(gòu)2.心式變壓器與殼式變壓器

心式變壓器

殼式變壓器2.心式變壓器與殼式變壓器

心式變壓器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，繞組的裝配和絕緣工藝都比較簡(jiǎn)單。殼式變壓器特種變壓器。高、低壓繞組套在同一鐵心柱上，低壓在內(nèi)，高壓在外。鐵心接地，電位為0，低壓繞組在內(nèi)，易于與鐵心絕緣。易于加強(qiáng)對(duì)繞組的機(jī)械支撐，繞組能承受較大的電磁力，適于通過大電流。國(guó)產(chǎn)電力變壓器。特點(diǎn)：應(yīng)用：機(jī)械強(qiáng)度高，制造工藝復(fù)雜，所用材料較多。繞組大部分被鐵心包圍，高壓繞組也靠近鐵心柱，絕緣處理較困難。特點(diǎn)：應(yīng)用：11221.額定容量SN

視在功率，是變壓器在額定工作條件下輸出能力的保證值。額定值標(biāo)注在變壓器油箱表面的銘牌上，是正確、合理、經(jīng)濟(jì)地使用變壓器的依據(jù)。

單相變壓器：

三相變壓器：三、變壓器的銘牌與額定值

N=（P2N/P1N）×100%2.額定效率

N變壓器的輸出與輸入額定有功功率之比，用百分?jǐn)?shù)表示。3.額定電壓U1N/U2N

4.額定電流I1N/I2N

指在U1N作用下，一、二次繞組在允許發(fā)熱條件下工作時(shí)，允許長(zhǎng)期通過的最大電流值?！嘧儔浩鞯念~定電壓和額定電流是指線電壓和線電流。U1N是指保證變壓器一次繞組正常工作的電壓值。U2N指一次繞組加額定電壓，并且分接開關(guān)置于額定分接頭處時(shí)，二次繞組的空載電壓值。即：當(dāng)U1=U1N時(shí)，U20=U2N。5.額定頻率f1

我國(guó)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)用電頻率為50Hz。1.自耦變壓器的基本結(jié)構(gòu)自耦變壓器的一、二次繞組共用一個(gè)繞組，通電工作時(shí)繞組之間不僅有磁的耦合，而且有電的直接聯(lián)系。三相自耦變壓器結(jié)構(gòu)示意圖和電路原理圖環(huán)形鐵心單相自耦調(diào)壓器原理圖降壓自耦變壓器原理圖三相自耦變壓器常用作較大容量三相異步電動(dòng)機(jī)的減壓起動(dòng)設(shè)備；自耦調(diào)壓器常在實(shí)驗(yàn)室中作調(diào)壓設(shè)備。四、自耦變壓器2.自耦變壓器的工作原理1）電壓關(guān)系≈U1U2E1E2=N1N2=k忽略漏阻抗，則：外加電壓U1一定，改變繞組的匝數(shù)N2（降壓變）或N1（升壓變），就能改變自耦變壓器的變比k，從而達(dá)到調(diào)節(jié)輸出電壓U2的目的。2）電流關(guān)系注意：I1與

I2

相位相反。I1I2N2N1≈1k=I=

I1＋I(xiàn)2

公共繞組的電流：降壓變壓器中，I1<I2。

升壓變壓器中，I1>I2。降壓變升壓變3.自耦變壓器的特點(diǎn)

SN一定時(shí)，變比k越接近1，感應(yīng)功率的值越小，傳遞功率所占比例越大，經(jīng)濟(jì)效果越顯著，所以自耦變壓器常用于變比k<2的場(chǎng)合。②一次繞組從電源吸收的功率，由電路直接傳送到負(fù)載，稱為傳遞功率。自耦變壓器提供給負(fù)載的視在功率，包括感應(yīng)功率和傳遞功率兩部分。傳遞功率的存在，使自耦變壓器比相同容量的雙繞組變壓器的結(jié)構(gòu)尺寸更小、材料更省、損耗更少、效率更高。①由電磁感應(yīng)產(chǎn)生并傳送到負(fù)載，稱為電磁功率或感應(yīng)功率。因?yàn)樽择钭儔浩鞯囊淮蝹?cè)和二次側(cè)之間有電的直接聯(lián)系，所以一次側(cè)的電氣故障會(huì)波及到二次側(cè)，也可能會(huì)把高電壓引入低壓繞組。為確保使用安全，自耦變壓器必須正確接線，外殼必須接地，用在低壓側(cè)的電氣設(shè)備都應(yīng)設(shè)置高壓保護(hù)和短路保護(hù)。注意事項(xiàng)：五、儀用變壓器儀用互感器分為電流互感器和電壓互感器。1）儀用互感器能夠使測(cè)量回路與被測(cè)回路隔離，保證工作的安全可靠，特別在繼電保護(hù)測(cè)量系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。使用儀用互感器的好處：2）使用儀用互感器時(shí)，用普通量程的電壓表和電流表就能夠測(cè)量高電壓和大電流。儀用互感器比直接測(cè)量高電壓、大電流電路時(shí)所用的儀表、繼電器規(guī)格小得多，便于制造，也大大減小了測(cè)量?jī)x表的備用容量。儀用變壓器又稱儀用互感器，是利用變壓器既可變壓又可變流的原理，制造出來的專供測(cè)量用的變壓器。1.電壓互感器

國(guó)產(chǎn)電壓互感器的額定電壓等級(jí)一次繞組與被測(cè)電路并聯(lián)，輸入電壓是U1。二次繞組與阻抗很大的儀表線圈串聯(lián)，二次側(cè)電流近似為0，輸出電壓是U2。二次側(cè)電壓通常設(shè)計(jì)為U2N=100V，一次側(cè)電壓U1N選用與被測(cè)電路額定電壓相同的電壓等級(jí)，如：3kV、6kV、10kV等。

U1U2≈N1N2=ku因?yàn)镹1很大、N2很小，所以ku總是遠(yuǎn)大于1，即：電壓互感器能將高電壓轉(zhuǎn)換成低電壓來測(cè)量。電壓互感器實(shí)際上是空載運(yùn)行的降壓變壓器。ku是電壓互感器的電壓比。電壓互感器原理圖②鐵心和二次繞組的一端必須牢固接地，防止一次高壓繞組絕緣損壞時(shí)，高電壓傳到鐵心和二次繞組而使操作人員觸電。①二次繞組禁止短路，防止短路電流損壞電壓互感器。③電壓互感器有一定的額定容量，使用時(shí)二次側(cè)不宜接過多的儀表，否則將影響互感器測(cè)量的準(zhǔn)確度。即：應(yīng)在電壓互感器二次側(cè)電路中串聯(lián)熔斷器作短路保護(hù)。電壓互感器的使用注意事項(xiàng)電壓互感器實(shí)物照2.電流互感器電流互感器實(shí)質(zhì)上是短路運(yùn)行的升壓變壓器。一次繞組與被測(cè)電路串聯(lián)，流過的電流I1就是被測(cè)電流；二次繞組與電流表或儀表的電流線圈構(gòu)成閉合回路，流過的電流是I2。電流互感器的額定電流等級(jí)由于二次繞組所接儀表的阻抗很小，所以二次繞組工作在接近短路的狀態(tài)。因?yàn)镹1很小、N2很大，所以ki總是遠(yuǎn)大于1，即：電流互感器能將大電流轉(zhuǎn)換成小電流來測(cè)量。ki是電流互感器的電流比。I1I2=N2N1=ki

忽略勵(lì)磁電流，則有：二次側(cè)額定電流設(shè)計(jì)為I2N=5A，I1N有100A、500A、2000A等多個(gè)等級(jí)。電流互感器原理圖①電流互感器運(yùn)行時(shí)二次繞組絕不許開路。若二次繞組開路，則電流互感器成為空載運(yùn)行狀態(tài)，此時(shí)一次繞組中流過的大電流全部成為勵(lì)磁電流，鐵心中的磁通密度猛增，磁路嚴(yán)重飽和。一方面會(huì)使鐵心過熱而燒壞繞組絕緣，另一方面，因二次繞組匝數(shù)很多，將感應(yīng)出很高的電壓，可能使絕緣擊穿，危及儀表及操作人員的安全。因此，電流互感器的二次繞組電路中絕不允許裝熔斷器。在運(yùn)行中若要拆下電流表，應(yīng)先將二次繞組短路后再拆除。②電流互感器的鐵心和二次繞組的一端必須可靠接地，以免絕緣損壞時(shí)，高壓側(cè)電壓傳到低壓側(cè)而危及人身及儀表安全。③電流表內(nèi)阻抗應(yīng)很小，否則將影響測(cè)量精度。電流互感器的使用注意事項(xiàng)六、自耦變壓器減壓起動(dòng)電網(wǎng)電壓加在自耦變壓器一次繞組上，自耦變壓器二次繞組的電壓加在電動(dòng)機(jī)定子繞組上，電動(dòng)機(jī)在低壓下起動(dòng)。自耦變壓器被切除，電網(wǎng)電壓直接加在電動(dòng)機(jī)定子繞組上，電動(dòng)機(jī)全壓運(yùn)行。自耦變減壓起動(dòng)原理圖起動(dòng)時(shí)，雙投開關(guān)Q投向起動(dòng)側(cè)。自耦變減壓起動(dòng)等效電路起動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)定子繞組串入降壓自耦變壓器，定子繞組電壓為自耦變壓器的二次側(cè)電壓。起動(dòng)完成，切除自耦變壓器，定子繞組加上額定電壓，電動(dòng)機(jī)全壓運(yùn)行。起動(dòng)結(jié)束，雙投開關(guān)Q投向運(yùn)行側(cè)。自耦變壓器減壓起動(dòng)的參數(shù)關(guān)系自耦變壓器的變比k﹥1。1）在限制起動(dòng)電流相同的情況下，自耦變壓器減壓起動(dòng)比串電阻減壓起動(dòng)獲得的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩要大。線路復(fù)雜，設(shè)備價(jià)格較高、體積較大，不允許頻繁起動(dòng)。起動(dòng)電壓降為直接起動(dòng)時(shí)的（1/