建筑電工第三章變壓器

2024/3/8第三章變壓器2016.032024/3/8變壓器是一種靜止的，將某一等級的交流電壓和電流轉(zhuǎn)換為同頻率的另一等級的交流電壓和電流的設(shè)備。功能：變電壓——電力系統(tǒng)變電流——電流互感器變阻抗——電子電路中的阻抗匹配變壓器2024/3/8

發(fā)電廠10.5千伏輸電線220千伏升壓變電站10千伏降壓

變壓器應(yīng)用舉例…降壓實(shí)驗(yàn)室380/220伏降壓儀器36伏降壓我國規(guī)定：輸電線路的電壓為110KV，220KV，500KV等幾種2024/3/8第一節(jié)變壓器基本工作原理和結(jié)構(gòu)一、變壓器的結(jié)構(gòu)變壓器是由套在閉合鐵心上的原、副兩線圈組成．1、鐵心（磁路部分）鐵心的材料2024/3/8為了提高磁路的導(dǎo)磁性能，減小鐵心中的磁滯、渦流損耗，鐵心一般采用高磁導(dǎo)率的鐵磁材料—0.35～0.5mm厚的硅鋼片疊成。變壓器用的硅鋼片其含硅量比較高。硅鋼片的兩面均涂以絕緣漆，這樣可使疊裝在一起的硅鋼片相互之間絕緣。2024/3/8鐵心形式鐵心是變壓器的主磁路，電力變壓器的鐵心主要采用心式結(jié)構(gòu)，它是將A、B、C三相的繞組分別放在三個(gè)鐵心柱上，三個(gè)鐵心柱由上、下兩個(gè)鐵軛連接起來，構(gòu)成閉合磁路。如圖2024/3/82、繞組繞組是變壓器的電路部分，它是由銅或鋁的絕緣導(dǎo)線繞制而成。為了便于絕緣，低壓繞組靠近鐵心柱，高壓繞組套在低壓繞組外面。P872024/3/81、單相變壓器的空載運(yùn)行I2=0U2=U20=E2U1≈E1二、變壓器的工作原理？空載運(yùn)行2024/3/8繞組：一次繞組二次繞組單相變壓器+–+–變壓器的磁路由硅鋼片疊成厚0.35mm或0.5mm鐵心變壓器的電路一次繞組N1二次繞組N2鐵心空載運(yùn)行時(shí)各物理量？p872024/3/8空載電流(勵(lì)磁電流)：占額定電流的3%—8%空載損耗(鐵心損耗

PFe)：磁滯損耗和渦流損耗

磁滯損耗：磁滯現(xiàn)象引起鐵心發(fā)熱，造成的損耗；渦流損耗：交變磁通在鐵心中產(chǎn)生的感應(yīng)電流(渦流)造成的損耗。銅損耗

(

PCu：繞組的損耗)很小變壓器的損耗：P=

PFe＋

PCu

可變損耗不變損耗2024/3/82、單相變壓器的負(fù)載運(yùn)行

？負(fù)載運(yùn)行2024/3/8結(jié)論：原、副邊電流與匝數(shù)成反比2、變電流：Z變壓器的作用1、變電壓2024/3/83、變阻抗：應(yīng)用：阻抗匹配在電子電路中，為了提高信號(hào)的傳輸功率和效率，常用變壓器將負(fù)載阻抗變換為適當(dāng)?shù)臄?shù)值，以取得最大的傳輸功率和效率，這種做法稱為阻抗匹配。2024/3/8變電壓變電流變阻抗2024/3/8

解：變壓比K=N1/N2=800/200=4

副邊電壓U2=U1/K=220/4=55V

原邊電流I1=I2/K=8/4=2A

輸入功率S1=U1I1=440V·A

輸出功率S2=U2I2=440V·A

可見當(dāng)變壓器的功率損耗忽略不計(jì)時(shí)，輸入功率與輸出功率相等，這符合能量守恒定律。例：已知一變壓器N1=800，N2=200，U1=220V，I2=8A，負(fù)載為純電阻，忽略變壓器的漏磁和損耗，求變壓器的副邊電壓U2，原邊電流I1，輸入和輸出功率。2024/3/8[解]例2：一只電阻為8

的揚(yáng)聲器(喇叭)，需要把電阻提高到800

才可以接入半導(dǎo)體收音機(jī)的輸出端，問應(yīng)該利用電壓比為多大的變壓器才能實(shí)現(xiàn)這一阻抗匹配。k===10

ReRL80082024/3/84、變壓器的運(yùn)行特性（一）變壓器的外特性和電壓變化率電壓變化率：

反映電壓的穩(wěn)定性

變壓器主要性能指標(biāo)電力變壓器：

U％=4%~6%外特性效率特性當(dāng)U1=U1N，cos

2不變時(shí)，U2=f(I2)1-感性負(fù)載；2-純電阻負(fù)載；3-容性負(fù)載一般供電系統(tǒng)希望要硬特性（隨I2的變化，U2

變化不多）2024/3/8例：某單相變壓器的額定電壓為10000/230V，接在10000V的交流電源上向一電感性負(fù)載供電，電壓調(diào)整率為0.03，求變壓器的電壓比、空載和滿載時(shí)的二次電壓。解：變壓器的電壓比為空載時(shí)的二次電壓U20=U2N=230V滿載時(shí)的二次電壓

U2=U2N(1－

U%

)=230×(1－0.03)=223Vk==

=43.5U1N

U2N

100002302024/3/8（二）變壓器的效率特性輸出功率輸入功率

cos

2不變時(shí)，效率=f(I2)；電力變壓器，最大效率出現(xiàn)在I2=（0.5—0.7）I2N2024/3/8例例：一鐵心線圈，加上12V直流電壓時(shí)，電流為1A；加上110V交流電壓時(shí)，電流為2A，消耗的功率為88W。求后一種情況下線圈的銅損耗、鐵損耗。解：

由直流電壓和電流求得線圈的電阻為由交流電流求得線圈的銅損耗為

PCu=RI2

=12×22

=48W由有功功率和銅損耗求得線圈的鐵損耗為

PFe=P－PCu=(88－48)W=40WR==

=12

UI1212024/3/8解:忽略電壓調(diào)整率，則

P2=

SNcos

2=10×103×0.8W=8kWP

=

PFe＋PCu=(300＋400)W=700WP1=

P2＋P

=(8000＋700)W=8.7W例：一變壓器容量為10kV·A，鐵損為300W，滿載時(shí)銅損為400W，求該變壓器在滿載情況下功率因數(shù)為0.8的負(fù)載供電時(shí)輸入功率、輸出功率及效率。P1P2

=×100%88.7=×100%=92%2024/3/8第三節(jié)電力變壓器一、外形2024/3/82024/3/8二、變壓器的應(yīng)用與分類按用途分：1）電力變壓器：電力系統(tǒng)傳輸電能的升壓變壓器/降壓變壓器等。2)特殊變壓器：給電焊機(jī)供電的電焊變壓器，給煉鋼爐供電的電爐變壓器等3)儀用互感器：電壓互感器/電流互感器

4)試驗(yàn)變壓器：高壓試驗(yàn)用5)調(diào)壓變壓器：能在一定范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)輸出電壓6)控制變壓器：隔離防止觸電安全，同時(shí)提供多種電壓

2024/3/8按相數(shù)分單相變壓器三相變壓器多相變壓器按制造方式殼式(用在小容量變壓器）心式（工藝簡單應(yīng)用廣泛）2024/3/8三相電力變壓器分類：干式變壓器：空氣冷卻。一般用于小容量變壓器，如電站、工廠等。在電力系統(tǒng)中，變壓比為6000V/400V，用于額定電壓為380V的負(fù)載。油浸式變壓器：油冷卻。一般用于升壓站和發(fā)電廠，變壓比為20KV/500KV，20KV/6KV等。2024/3/8三相油浸式電力變壓器鐵心（硅鋼片）繞組（銅線或鋁線）絕緣套管（引出裝置）油箱及附件2024/3/82024/3/8三、變壓器的名牌數(shù)據(jù)1．額定電壓UN1和UN2：繞組正常工作時(shí)的電壓值2．額定電流IN1和IN2：繞組長期允許的最大電流值3．額定容量SN

：額定條件下的輸出功率

4．額定頻率f：50Hz單相變壓器的是相電壓；三相變壓器的是線電壓。

2024/3/85、電力變壓器的型號(hào)參見教材P902024/3/8三相鋁線高壓邊額定電壓10kv額定容量1000kv·A變壓器型號(hào)：三相設(shè)計(jì)序號(hào)高壓邊額定電壓10kv額定容量500kv·A變壓器型號(hào)：S9–500/10組合式冷卻方式高壓邊額定電壓10kv額定容量630kv·A變壓器型號(hào)：Zb-F-630/102024/3/8四、三相變壓器三相變壓器組：三個(gè)獨(dú)立單相變壓器組成的變壓器組特點(diǎn)：三相之間只有電的聯(lián)系，沒有磁的聯(lián)系。1、三相變壓器的種類2024/3/8ABCXYZabczyx三相心式變壓器：鐵心為三相所共有的三相變壓器特點(diǎn)：三相之間既有電的聯(lián)系，又有磁的聯(lián)系。2024/3/8繞組名稱首端末端中性點(diǎn)高壓繞組A、B、CX、Y、ZN低壓繞組a、b、cx、y、zn2、三相繞組的聯(lián)結(jié)方式同極性端的確定三相變壓器的Y和D連接為確定相電壓的相位關(guān)系，高壓、低壓繞組相電壓相量的正方向規(guī)定為：從繞組的首端指向尾端。相電壓的相位關(guān)系，取決于繞組的同名端是否同在尾端或首端。AUAXaxuaAUAXxaua2024/3/8相電壓相量的正方向規(guī)定為：從繞組的首端指向尾端相電壓的相位關(guān)系，取決于繞組的同名端是否同在尾端或首端。同在首端或尾端，電壓相位相同；否則，電壓相位相反。AUAXxauaAUAXaxuaUA與ua反相UA與ua反相2024/3/8繞組連接方式和連接組別國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定五種連接組別：Y，Yn12；YN，y12；Y，y12；YN，d11；Y，d11星形接法（Y），或者帶中性點(diǎn)（YN）三角形接法（D）三相繞組原邊、副邊采用不同的連接方式時(shí)，高壓側(cè)線電壓與低壓側(cè)線電壓之間可以形成不同的相位。為表明這種高低壓線電壓之間的關(guān)系，采用“時(shí)鐘表示法”。；2024/3/8UA.UB.UC.Ub.Uc.Ua.ABCUAB.abcab.UY,y12連接組UA.UB.UC.UAB.ub.ua.uab.時(shí)鐘法組別判定UAB.uab.UAB相量作為時(shí)針指向12點(diǎn)，固定不動(dòng)；uab相量作為分針，其指向的點(diǎn)數(shù)即為連接組號(hào)。2024/3/8UA.UB.UC.ub.uc.ua.ABCUAB.abcab.uY,y6連接組UA.UB.UC.UAB.ub.ua.uab.UAB.uab.2024/3/8UA.UB.UC.ua.ub.uc.ABCUAB.cabab.uY,y4連接組UA.UB.UC.UAB.ua.ub.uab.UAB.uab.2024/3/8UA.UB.UC.ub.uc.ua.ABCUAB.abcab.uY,d11連接組UA.UB.UC.UAB.ub.ua.uab.UAB.uab.注意：對D形接法，線電壓等于相電壓2024/3/82024/3/8第三節(jié)其它用途的變壓器一、自耦變壓器自耦變壓器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：一次、二次繞組共用一個(gè)繞組。忽略漏阻抗，則=U1U2E1E2=N1N2=k2024/3/8

可調(diào)式自耦變壓器（調(diào)壓器）手柄繞組接觸臂

使用~220V電源時(shí)，輸入線接在1、3兩端；使用~110V電源時(shí)，輸入線接在1、2兩端；旋轉(zhuǎn)手柄，改變耦合匝數(shù)，能在4、5之間得到0～250V的不同輸出電壓。接線柱

三相自耦變壓器2024/3/8三相自耦變壓器2024/3/82024/3/8二、儀用互感器

實(shí)現(xiàn)用低量程的電壓表測量高電壓。VR

N1（匝數(shù)多）保險(xiǎn)絲

N2（匝數(shù)少）~u（被測電壓）被測電壓=電壓表讀數(shù)

N1/N2（一）電壓互感器

電壓互感器2024/3/8注意：1）二次繞組絕不允許短路，否則短路電流很大，將互感器燒壞。為此應(yīng)串聯(lián)熔斷器作短路保護(hù)；2）鐵心和二次繞組的一端必須可靠接地，以防一次側(cè)高壓繞組絕緣損壞時(shí)，其上帶上高電壓而觸電；3）電壓互感器有一定的額定容量，使用時(shí)不宜接過多的儀表，否則將影響互感器的準(zhǔn)確度。2024/3/8（二）電流互感器

實(shí)現(xiàn)用低量程的電流表測量大電流。（被測電流）N1（匝數(shù)少）N2（匝數(shù)多）ARi1i2被測電流=電流表讀數(shù)

N2/N12024/3/8注意：1）二次繞組絕不許開路，否則一次繞組中流過的大電流使鐵心過熱而燒壞繞組絕緣；二次繞組中因匝數(shù)很多，將產(chǎn)生高電壓，可能將絕緣擊穿，危及安全。

2）在運(yùn)行中若要拆下電流表，應(yīng)先將二次繞組短路后再進(jìn)行。

3）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)，危及儀表及人身安全。

4）電流表內(nèi)阻抗應(yīng)很小，否則影響測量精度。2024/3/8三、鉗形電流表1、外形2016/03/222、用途它可以在不中斷負(fù)載運(yùn)行的條件下測量低壓線路上的交流電流。鉗形電流表的結(jié)構(gòu)是由開口電流互感器和電流表組成，當(dāng)按下鉗口扳張開鉗口卡入待測負(fù)荷或電源的一根單獨(dú)導(dǎo)線，使被測導(dǎo)線不必切斷就可進(jìn)入電流互感器的鐵心窗口，這樣被測導(dǎo)線相當(dāng)于互感器的初級繞組，而次級統(tǒng)組中將出現(xiàn)感應(yīng)電流，與次級相連接的電流表指示出被測電流的數(shù)值。3、工作原理2016/03/224、分類及組成分為指針和數(shù)字式兩類。數(shù)字鉗形表與指針式鉗形表相比，其準(zhǔn)確度、分辨力和測量速度等方面都有著極大的優(yōu)越性。2016/03/225、使用1.選擇適當(dāng)?shù)臋n位。選檔的原則是：（1）已知被測電流范圍時(shí)：選用大于被測值但又與之最接近的那一檔。（2）不知被測電流范圍時(shí)：可先置于電流最高檔試測（或根據(jù)導(dǎo)線截面，并估算其安全載流量，適當(dāng)選檔）、根據(jù)試測情況決定是否需要降擋測量?？傊瑧?yīng)使表針的偏轉(zhuǎn)角度盡可能地大。2.測試人應(yīng)帶手套，