《光伏電子產(chǎn)品設(shè)計與實踐》課件-第7章 小型變壓器繞制及交流電焊機維修

第7章小型變壓器繞制及交流電焊機維修

理論知識點（1）變壓器的分類與結(jié)構(gòu)。（2）制作小型變壓器的計算方法，重繞小型變壓器的計算方法。（3）變壓器同名端的判別。（4）交流電焊機的工作原理與結(jié)構(gòu)。

技能點（1）變壓器線圈的繞制。（2）變壓器的絕緣處理。（3）變壓器鐵芯的裝配。（4）變壓器成品的一般測試。（5）交流弧焊機的維護與檢修。7.1變壓器的分類與結(jié)構(gòu)7.1.1變壓器的功用及分類在輸電時必須利用變壓器將電壓升高。在用電方面，為了保證用電的安全和滿足設(shè)備要求，還要利用變壓器將電壓降低。在電子線路中，除電源變壓器外，變壓器還用來耦合電路，傳遞信號，并實現(xiàn)阻抗匹配。按交流電相數(shù)不同，可分為單相變壓器和三相變壓器；按用途分為輸配電用的電力變壓器，調(diào)節(jié)電壓用的自耦變壓器；測量電路用的儀用互感器以及電子設(shè)備中常用的電源變壓器、耦合變壓器、脈沖變壓器等。7.1.2變壓器的結(jié)構(gòu)1．鐵芯根據(jù)鐵芯結(jié)構(gòu)不同，變壓器鐵芯分為殼式和芯式結(jié)構(gòu)兩種。圖7-1（a）所示變壓器的鐵芯為殼式結(jié)構(gòu)。圖7-1（b）所示變壓器的鐵芯為單相芯式結(jié)構(gòu)。三相小型變壓器，通常用E字形鐵芯組成芯式結(jié)構(gòu)，如圖7-1（c）示。

（a）單相殼式

（b）單相芯式

（c）三相芯式

圖7-1小型變壓器的結(jié)構(gòu)

圖7-2小型變壓器常用的鐵芯形狀

圖7-3變壓器鐵芯的疊裝2．線圈一般小容量變壓器的線圈用高強度漆包線繞制而成，大容量變壓器可用絕緣扁銅線或鋁線繞制。線圈的形狀有筒形和盤形兩種。圖7-4（a）所示為筒形線圈，圖7-4（b）所示為盤形線圈。

圖7-4變壓器的線圈3．其他組件變壓器工作時，鐵芯和繞組都要發(fā)熱，對于大容量的電力變壓器來說，還必須采取冷卻措施。變壓器按冷卻方式又可分為自冷式變壓器和油冷式變壓器兩種。在自冷式變壓器中，熱量依靠空氣的自然對流和輻射直接發(fā)散到周圍的空氣中。但是，大容量的電力變壓器通常采用油冷式，把變壓器的鐵芯和繞組全部浸在礦物油（即變壓器油）中，使其產(chǎn)生的熱量通過油傳給箱壁和油管散發(fā)到空氣中去。因此，變壓器除鐵芯、繞組等主要部件外，還有其他一些組件。例如：用于散熱的油箱（在油箱壁上裝有散熱管）以及引出高、低壓繞組絕緣套管等。7.2

小型變壓器簡易設(shè)計的計算方法

7.2.1制作小型變壓器的計算方法1.

容量的計算變壓器的副邊繞組可能是多個繞組，每個繞組需供給負(fù)載的電壓、電流分別U2、I2、U3、I3、U4、I4,…；副邊輸出的總功率為Ps2=U2I2+U3I3+U4I4+（7.1）考慮小型變壓器的損耗，原邊輸入總功率

應(yīng)為

（7.2）變壓器的設(shè)計功率應(yīng)為

（7.3）2.鐵心尺寸的計算

小容量單相變壓器鐵心芯截面積的計算可采用經(jīng)驗公式:S=K/Ps式中,K為系數(shù),它與容量有關(guān)鐵心窗口面積為S0=ch，可用下式估算S0=1.6Ps/S

（7.6）

.式中,

S0、S的單位為cm2，Ps單位為V·A。3．繞組匝數(shù)的計算E=4.44?BmSKFeN10–8

（7.7）考慮到U≈E，變壓器用50Hz電源，則近似地得到原邊匝數(shù)為

N1=N0U1一般可取

N2=N0U2(1.05～1.10)原邊、副邊繞組電流分別為

I1=PS1/U1，I2=PS2/U2考慮勵磁分量，I1修正

I1=(1.1～1.2)PS1/U1原邊繞組導(dǎo)線截面積為F1=I1/Δ1副邊導(dǎo)線截面積為F2=I2/Δ24．線圈層數(shù)和厚度的計算繞組每層匝數(shù)線圈的層數(shù)為

n=N/N1線圈的厚度為紙圈總厚度為式中，

為線圈框架厚度，1.1～1.2為制造寬裕系數(shù)。7.2.2重繞小型變壓器計算方法

1．用圖算法設(shè)計小型變壓器公式：

圖7-51kVA以下小型變壓器的圖算法

2．計算匝數(shù)的簡便方法例7.2

一只小型電源變壓器需重繞線圈,已知電源頻率為50Hz,一次額定電壓為220V,二次輸出電壓為15V,從實物測得的鐵心舌寬為1.4cm,疊厚為2cm，經(jīng)彎折鐵心的硅鋼片而判斷是冷軋的。問一、二次繞組各應(yīng)繞多少匝？已知：Ｕ1＝220Ｖ，Ｕ2＝15Ｖ，Ｓ＝1.4×2×0.9×10-4＝2.52×10-4ｍ2，Ｂ＝1.2Ｔ，ｆ＝50Hz解:代入得Ｎ＝＝≈１４.９匝故Ｎ1＝Ｕ1Ｎ＝220×14.9＝3278匝Ｎ2＝Ｕ2Ｎ×1.05＝15×14.9＝235匝答:一次繞組應(yīng)繞3278匝,二次繞組應(yīng)繞235匝7.3變壓器同名端的判別

7.3.1變壓器的同名端

為了正確聯(lián)接，我們在線圈上標(biāo)以記號“?”.標(biāo)有“?”號的兩端稱為同名端（又稱為同極性端）.

圖7－6變壓器原繞組的正確聯(lián)接

7.3.2變壓器同名端的判別

1．交流判別法將兩個繞組1-2和3-4的任意兩端（如2和4）連接在一起，在其中一個繞組（如1-2）兩端加上較低的便于測量的電壓。用伏特計分別測量1、3兩端的電壓V13和兩繞組的電壓V12及V34。如果V13的數(shù)值是兩繞組電壓之差，則1和3是同名端。如果V13是兩繞電壓之和，則1和4是同名端。

圖7－7

線圈反繞圖7－8用交流法測定變壓器的極性

2．直流判別法

用直流法測定繞組極性的電路如圖7－8所示。當(dāng)開關(guān)K閉合瞬間，如果毫安計的指針正向偏轉(zhuǎn)，則1和3是同名端；反向偏轉(zhuǎn)時，則1和4是同名端。

圖7－9用直流法測定變壓器繞組的極性

3．多繞組變壓器的同名端

因為同名端指的是兩個繞組的同極性端點，所以判別多繞組變壓器的同名端也只能兩個兩個繞組分別判定，其判別方法與前述相同。圖7－10多繞組變壓器

7．4小型單相變壓器的繞制

7.4.1變壓器線圈的繞制繞制步驟：選擇導(dǎo)線和絕緣材料；木芯和框架的制作；線圈的繞線；絕緣處理；鐵芯鑲片；成品測試等幾道工藝。1．選擇導(dǎo)線和絕緣材料絕緣材料須考慮耐壓要求和允許厚度，表7-3列出了常用絕緣材料的性能和用途。層間絕緣厚度按兩倍層間電壓的絕緣強度選用，對于1000V以內(nèi)，要求不高的變壓器也有用電壓峰值（即1.414倍層間電壓）為選用標(biāo)準(zhǔn)的；對鐵芯絕緣及繞組間絕緣，按對地電壓的兩倍來選用。

2.木芯和框架的制做

（1）制作木芯（2）制作骨架（繞組架）①紙質(zhì)無框骨架。

圖7－11木心圖圖7－12紙質(zhì)無框骨架圖

②有框骨架電壓較高的變壓器則用有框骨架來繞線?？蚣芸捎娩摷埌寤虿ＡЮw維板等材料制成。

圖7－13

活絡(luò)框架的結(jié)構(gòu)

3．繞線

繞制程序如下：（1）木芯固定在繞線機軸上，并在木芯上套好紙質(zhì)無框骨架。如圖7-14（a）所示。（2）用一層電纜紙與一層黃蠟布重疊在一起繞兩周后用膠水粘牢，作為繞組與鐵芯間的絕緣。（3）開始繞線，線頭壓入一條1cm寬的黃蠟布折條，以便抽緊起頭，如圖7-14（b）所示。

圖7－14線圈的繞制

（4）起繞時導(dǎo)線距骨架邊沿留出大約2～3mm寬的空間。（5）繞時將導(dǎo)線稍微拉向繞組前進的相反方向（約5°左右），如圖7-15所示。拉線的手順繞組前進方向移動，拉力大小隨導(dǎo)線的直徑增大而稍微變大。（6）繞完一層就刷一層薄凡立水，墊上一層層間絕緣紙，再繞下一層。若中間有抽頭，當(dāng)線徑小于0.2mm時，應(yīng)采用多股軟線焊接引出，若線徑大于0.2mm時，可按圖7-16所示方法，利用繞組原線絞合引出。（7）原邊繞完后，用一層電纜紙與一層黃蠟布重疊在一起繞兩周后用膠水粘牢，作為原邊繞組與副邊繞組間的層間絕緣。（8）電子設(shè)備用的電源變壓器，需在原、副邊繞組間放置靜電屏蔽層，屏蔽層用0.1mm左右的薄銅箔，在銅箔上焊一根多股軟線引出接地，如圖7-17所示。（9）按繞組間絕緣處理方法在銅箔外再墊上一層絕緣。（10）對于繞組末頭的固定可用1cm寬的黃蠟布折條按圖7-14（b）所示方法處理。圖7－15繞制過程中持線方法

圖7－16利用原線作引出線圖7-17靜電屏蔽層7.4.2變壓器的絕緣處理

處理方法：將繞好的線圈放在電烘箱內(nèi)加溫到70～80℃，預(yù)熱3～5h，取出后立即浸入1260漆等絕緣清漆中約0.5h左右，取出后放在通風(fēng)處滴干，然后再進烘箱加溫到80℃，烘12h即可。

圖7-18欲烘干時繞組的接法7.4.3變壓器鐵芯鑲片

鐵心鑲片要求緊密、整齊，否則會使鐵心截面達不到計算要求，造成磁通密度增大，在運行時硅鋼片會發(fā)熱并產(chǎn)生振動噪聲。鑲片時，在線圈兩邊，兩片兩片地交叉對鑲，鑲到快要結(jié)束較緊難插時，則用一片一片地交叉對鑲。緊片需用一字旋具撬開硅鋼片夾縫才能插入，還要用木錘輕輕敲入。在插鑲條形片時，切忌直向插片，以免擦傷線圈。

鑲片完畢后，應(yīng)把變壓器放在平板上，兩頭用木錘敲打平整，對E字形硅鋼片的對接口間不能留有空隙；最后，用螺釘或夾板固緊鐵心，并參照圖7－18所示把引出線焊到焊片上或連接在接線柱上。

圖7－19小型變壓器的外形結(jié)構(gòu)及引出線圖

7.4.4變壓器成品的一般測試

1．變壓器的空載特性測試變壓器空載特性測試電路如圖7-21示。圖7-21中T1為自耦變壓器；T2為待測小型變壓器。測量變壓器空載特性的方法是：調(diào)節(jié)自耦變壓器，使電壓表讀數(shù)從0逐漸增加到240V，觀察并逐次記錄

與

的值，再根據(jù)圖7-20的坐標(biāo)系逐點繪圖，就可以得到如圖7-20所示的變壓器的空載特性曲線。圖7-20變壓器的空載特性曲線

圖7-21測試變壓器空載特性電路

2．變壓器的負(fù)載特性測試

當(dāng)電源電壓

和負(fù)載功率因數(shù)

為常數(shù)時，

和

的變化關(guān)系可用負(fù)載特性曲線

來表示，如圖7-22所示。

圖7-22變壓器的負(fù)載特性曲線

圖7-23變壓器的負(fù)載特性測試電路3．變壓器的短路電壓測試測量方法：首先調(diào)整自耦變壓器，使電流表A1的讀數(shù)為變壓器原邊的電流額度值（

），電壓表V1的讀數(shù)為

，再由式（7.12）計算出短路電壓Ud%。

圖7-24短路電壓的測量電路4．變壓器損耗與效率的測試變壓器的效率常用下式確定：式中，

為變壓器的輸出功率，

為輸入功率。變壓器的損耗為

圖7-25變壓器的損耗與效率的測量電路5．線圈直流電阻的測量（1）萬用表測量法（2）外加直流電壓測量法

圖7-26變壓器的原邊繞組直流電阻

的測量電路6．絕緣電阻的測試用兆歐表測量各繞組間和它們對鐵芯（地）的絕緣電阻，對于400V以下的變壓器，其值應(yīng)不低于90MΩ。例如，用兆歐表測量繞組對鐵芯（地）的絕緣電阻的示意圖如圖7-27所示。

圖7-27絕緣電阻的測量7.5交流焊機的維修

7.5.1交流電焊機的工作原理與結(jié)構(gòu)

1.交流弧焊機的工作原理：交流弧焊機實際上是一種特殊的降壓變壓器，這就是電焊變壓器。

圖7-28電焊變壓器的外特性曲線

交流弧焊機的原理示意圖

電焊變壓器的原、副繞組不是同心地套在一起，而是分裝在兩個鐵芯柱上。焊接時，不同的焊件或不同規(guī)格的焊條，要求的焊接電流也不同，因此要求交流弧焊機能夠根據(jù)需要，調(diào)節(jié)其輸出電流；為此，有的還在副邊電路中串聯(lián)一只氣隙可以調(diào)節(jié)的鐵芯式電抗器，相當(dāng)增加電焊變壓器副繞組的阻抗，如圖7-29所示。圖7－29

交流弧焊機的原理示意圖

1—固定的原繞組，2—可動的副繞組，

3—鐵芯，4—副繞組調(diào)節(jié)機構(gòu)

圖7－30動鐵式電焊變壓器圖7-31動圈式電焊變壓器2.常用交流弧焊機的結(jié)構(gòu)及其電路

（1）BX1系列交流弧焊機

圖7－32BX1系列磁分路動鐵式焊接變壓器結(jié)構(gòu)示意圖

BX1系列交流弧焊機電路接線

圖7－33

BX1系列交流弧焊機電路接線

（2）BX2系列交流弧焊機BX2鐵芯形狀如同“日”字，“上口”為電抗器鐵芯，“下口”為變壓器鐵芯。電抗器下軛和變壓器上軛是公用磁路部分。原邊繞組分成兩部分裝于“下口”兩個鐵芯柱上，副邊繞組亦分成兩部分裝在主繞組外層。電抗線圈一半固定在“上口”鐵芯上，另一半固定在“上口”鐵芯動鐵軛上。

圖7-34BX2系列同體組合電抗式焊接變壓器結(jié)構(gòu)示意圖BX2-500型焊機電路如圖7-35示?？蛰d時，由于無焊接電流通過，電抗線圈不產(chǎn)生電壓降，空載電壓基本上等于副邊電壓，便于引弧。焊接時焊接電流通過電抗線圈產(chǎn)生電壓降，從而獲得下降特性。短路時，由于有很大電流通過電抗線圈，產(chǎn)生很大的電壓降，使副邊繞組電壓接近于零，限制了短路電流。

圖7-35BX2-500型交流弧焊機電路接線圖（3）BX3系列交流弧焊機采用動圈式單相弧焊變壓器，鐵芯采用口字形，原邊繞組分成兩部分固定在兩鐵芯柱底部，副邊繞組亦分成兩部分，裝在鐵芯柱上非導(dǎo)磁材料做成的活動架上?？山枋直D(zhuǎn)動螺桿，使副邊繞組沿鐵芯柱上下移動。改變原、副邊繞組間距離可改變它們間的漏抗大小，從而改變焊接電流。圖7-36BX3系列動圈式焊接變壓器

圖7-37BX3系列交流弧焊機電

結(jié)構(gòu)示意圖

路接線圖7.5.2交流弧焊機的維護與檢修

1.交流弧焊機一般是單相的，使用前必須檢查一次繞組的額定電壓是否和電源電壓相符，并檢查接線端子板上的接線是否正確，外接電抗器還應(yīng)檢查焊接變壓器與電抗器的接線是否正確。如果是第一次投入運行或長期停用后的機器，則應(yīng)用500V的兆歐表測量各繞組對鐵心和繞組間的絕緣電阻，不應(yīng)低于0.5MΩ。2.交流弧焊機一次側(cè)、二次側(cè)的接線板上的螺母、銅接線片和導(dǎo)線接觸必須緊密可靠，如接觸不好，會使螺栓、螺母和連接片燒壞。運行一個時期以后應(yīng)用細(xì)砂布將各接觸面的氧化層擦凈，再將螺栓緊固。交流弧焊機的維護與檢修

3.

交流弧焊機一次側(cè)到電源的接線可用BXR型橡膠絕緣銅芯軟電線，焊接用電纜可用YHH型橡套銅心軟電纜。4.

用電動機傳動通風(fēng)機或電抗器動鐵心的交流弧焊機，在第一次接通電動機電源時，必須注意電動機的轉(zhuǎn)動方向是否正確。焊機在工作時，通風(fēng)機不應(yīng)停止，以免焊機過熱曉壞。

5.

交流弧焊機不可過載，以免繞組過熱燒壞。在室外

運行時，應(yīng)避免雨水滲入。6.交流弧焊機的常見故障及排除方法見表7-8。

技能訓(xùn)練7－１小型變壓器的制作

一、訓(xùn)練目的１.掌握單相小型變壓器的簡單計算方法；２.學(xué)會小型變壓器的制作工藝；