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第三章第三章 变压器变压器电机及拖动基础电机及拖动基础(3(3版版)变压器变压器 变压器是一种静止的交流电气设备，它利用电磁变压器是一种静止的交流电气设备，它利用电磁感应原理，将一种等级的交流电压和电流转变成同频感应原理，将一种等级的交流电压和电流转变成同频率的另一种等级的交流电压和电流。它对电能的经济率的另一种等级的交流电压和电流。它对电能的经济传输、灵活分配和安全使用具有重要的意义；同时，传输、灵活分配和安全使用具有重要的意义；同时，它在电气的测试、控制和特殊用电设备上也有广泛的它在电气的测试、控制和特殊用电设备上也有广泛的应用。应用。第三章第三章 变压器变压器 本章主要叙述一般用途的电力变压器有工作原本章主要叙述一般用途的电力变压器有工作原理、分类、结构和运行特性。理、分类、结构和运行特性。电机及拖动基础电机及拖动基础(3(3版版)变压器变压器电源变压器电力变压器控制变压器调压器三相干式变压器电机及拖动基础电机及拖动基础(3(3版版)变压器变压器第一节第一节 变压器的基本工作原理和结构变压器的基本工作原理和结构 一次绕组N1二次绕组N2互相绝缘且匝数不同只有互相绝缘且匝数不同只有磁的耦合而没有电的联系磁的耦合而没有电的联系 e2u1i0F0e1可向负载供电 u2根据电磁感应原理根据电磁感应原理改变改变N1、N2，就可达，就可达到改变电压的目的。到改变电压的目的。一、变压器一、变压器的基本工作原理的基本工作原理电机及拖动基础电机及拖动基础(3(3版版)变压器变压器电力系统中应用的变压器称作电力变压器，它是电力系统中的重要设备。如果输电线路输送的电功率及功率因数cos一定，越高时，则线路电流越小，输电线的截面积 ，节省材料，减小投资和降低运行费用。由于发电厂的交流发电机受绝缘和工艺技术的限制，通常输出电压为10.5、16kV或更高的20、27kV，而一般高压输电线路的电压为110、220、330、500、800、1000kV，因此需用升压变压器升压变压器将电压升高后送入输电线路。当电能输送到用电区后，为了用电安全，又必须用降压变降压变压器压器将输电线路上的高电压降低为配电系统的配电电压，然后再经过降压变压器降压后供电给用户。电力系统的多次升压和降压，使得变压器的应用相当广泛。1、变压器的应用、变压器的应用二、变压器二、变压器的应用和分类的应用和分类电机及拖动基础电机及拖动基础(3(3版版)变压器变压器三相电力系统三相电力系统的变压器应用的变压器应用 电厂、电电厂、电站电能站电能升压升压高压高压输电输电降压降压用户用户电机及拖动基础电机及拖动基础(3(3版版)变压器变压器2、变压器的分类、变压器的分类（1）按用途分类）按用途分类（2）按绕组构成分类）按绕组构成分类（3 3）按相数分）按相数分类前面所述的应用就是按用途分类，如电力变压器前面所述的应用就是按用途分类，如电力变压器 有单相变压器、三相变压器、多相变压器。有单相变压器、三相变压器、多相变压器。双绕组、三绕组、多绕组、自耦变压器。双绕组、三绕组、多绕组、自耦变压器。电机及拖动基础电机及拖动基础(3(3版版)变压器变压器 另外，变压器的应用还有，测量系统中使用的另外，变压器的应用还有，测量系统中使用的仪用互感器仪用互感器（可将高电压变换成低电压，或将大（可将高电压变换成低电压，或将大电流变换成小电流，以隔离高压和便于测量）；电流变换成小电流，以隔离高压和便于测量）；自耦调压器自耦调压器（可任意调节输出电压的大小，以适（可任意调节输出电压的大小，以适应负载对电压的要求）；在电子线路中用的应负载对电压的要求）；在电子线路中用的电源电源变压器变压器；变压器还用来耦合电路、传递信号、实；变压器还用来耦合电路、传递信号、实现阻抗匹配。现阻抗匹配。作为焊接电源的作为焊接电源的电焊变压器电焊变压器；专供；专供大功率电炉使用的大功率电炉使用的电炉变压器电炉变压器；将交流电整流成；将交流电整流成直流电时使用的直流电时使用的整流变压器整流变压器等。等。1、变压器的应用、变压器的应用电机及拖动基础电机及拖动基础(3(3版版)变压器变压器 干式变压器、油浸自冷变压器、油浸风冷变干式变压器、油浸自冷变压器、油浸风冷变压器、强迫油循环变压器、充气式变压器等。压器、强迫油循环变压器、充气式变压器等。（4 4）按冷却方式分）按冷却方式分类 尽管变压器种类繁多，但它们皆是利用电磁尽管变压器种类繁多，但它们皆是利用电磁感应的原理制成的。感应的原理制成的。电机及拖动基础电机及拖动基础(3(3版版)变压器变压器三、变压器的基本结构三、变压器的基本结构 储油柜安全气道线圈铁心油箱放油阀门储油柜式油浸电力变压器储油柜式油浸电力变压器分接开关信号式温度计吸湿器油表高压套管低压套管变压器的主要组成主要组成是铁心铁心和绕组绕组（俗称为器身器身）。为了改善散热条件，大、中容量的电力变压器的铁心和绕组浸入盛满变压器油的封闭油箱中，各绕组对外线路的联接由绝缘套管引出。为了使变压器安全、可靠地运行，还设有储油柜、安全气道和气体继电器等附件。电机及拖动基础电机及拖动基础(3(3版版)变压器变压器三、变压器的基本结构三、变压器的基本结构 波纹片式油浸电力变压器波纹片式油浸电力变压器6-气体继电器气体继电器 7-高压套管高压套管 8-低压套管低压套管 10-油箱油箱(铁心铁心和绕组在油箱和绕组在油箱内内)14-吊攀吊攀 15-盘形分接盘形分接开关开关 16-温度温度计座计座 17-油位油位计计 18-波纹片波纹片电机及拖动基础电机及拖动基础(3(3版版)变压器变压器三、变压器的基本结构三、变压器的基本结构 1.1.铁心铁心构成变压器磁路系统，并作为变压器的支撑骨架构成变压器磁路系统，并作为变压器的支撑骨架 铁心柱心柱 磁磁轭0.3mm0.3mm或或0.27mm0.27mm或更薄的硅或更薄的硅钢片，减小片，减小铁耗。耗。目前主要采用晶目前主要采用晶粒有取向冷轧硅粒有取向冷轧硅钢片钢片,其导磁性好其导磁性好,铁耗小铁耗小.热轧硅热轧硅钢片已基本淘汰钢片已基本淘汰.电机及拖动基础电机及拖动基础(3(3版版)变压器变压器 大、中型变压器的铁心，一般先将硅钢片裁成大、中型变压器的铁心，一般先将硅钢片裁成条形，然后采用交错叠片的方式叠装而成。交条形，然后采用交错叠片的方式叠装而成。交错叠片的目的是使各层磁路的接缝互相错开，错叠片的目的是使各层磁路的接缝互相错开，以减小接缝处的气隙和磁路的磁阻，从而减小以减小接缝处的气隙和磁路的磁阻，从而减小励磁电流。励磁电流。1.铁心铁心电机及拖动基础电机及拖动基础(3(3版版)变压器变压器2.2.绕组绕组 变压器中的电路部分，小型变压器一般用具有变压器中的电路部分，小型变压器一般用具有 绝缘的漆包圆铜线绕制而成，对容量稍大的变绝缘的漆包圆铜线绕制而成，对容量稍大的变 压器则用扁铜线绕制。压器则用扁铜线绕制。同心式同心式绕组高、低压绕组同心地套高、低压绕组同心地套装在铁心柱上。为了便装在铁心柱上。为了便于与铁心绝缘，把低压于与铁心绝缘，把低压绕组套装在里面，高压绕组套装在里面，高压绕组套装在外面。绕组套装在外面。电机及拖动基础电机及拖动基础(3(3版版)变压器变压器（）油箱（）油箱 油浸式变压器的外壳就是油箱，它起机械支撑、油浸式变压器的外壳就是油箱，它起机械支撑、和冷却散热作用。变压器的器身放在装有变压器油的油箱和冷却散热作用。变压器的器身放在装有变压器油的油箱内。变压器油既是绝缘介质，又是冷却介质，通过变压器内。变压器油既是绝缘介质，又是冷却介质，通过变压器油的对流，将铁心和绕组所产生的热量传递给油箱和散热油的对流，将铁心和绕组所产生的热量传递给油箱和散热管或波纹片，再往空气中散发热量管或波纹片，再往空气中散发热量。3.其他结构附件其他结构附件(2）储油柜）储油柜 亦称油枕，保证器身始终浸在变压器油中。亦称油枕，保证器身始终浸在变压器油中。（4）分接开关）分接开关 变压器运行时，输出电压可控制在允许的变变压器运行时，输出电压可控制在允许的变化范围内，通过化范围内，通过分接开关改变一次绕组匝数分接开关改变一次绕组匝数，使输出电压，使输出电压的调节为额定电压的的调节为额定电压的(3）波纹片）波纹片 图图3-2b中的波纹片是特殊的一种碳钢材料，它即中的波纹片是特殊的一种碳钢材料，它即是连接油箱的散热管片是连接油箱的散热管片(道道)又可起到热胀冷缩作用，其热胀冷又可起到热胀冷缩作用，其热胀冷缩作用可取代图缩作用可取代图3-2a中的储油柜作用。所以目前中的储油柜作用。所以目前2000KV.A及及下，下，10/0.4kV的油浸式电力变压器均采用波纹片式的，储油的油浸式电力变压器均采用波纹片式的，储油柜（油枕）式已很少生产。柜（油枕）式已很少生产。电机及拖动基础电机及拖动基础(3(3版版)变压器变压器四、变压器的铭牌和额定值四、变压器的铭牌和额定值 为了使变压器安全、经济、合理地运行，每一为了使变压器安全、经济、合理地运行，每一台变压器都安装了一块铭牌，上面标明了变压器型台变压器都安装了一块铭牌，上面标明了变压器型号及各种额定数据，只有理解铭牌上的各种数据的号及各种额定数据，只有理解铭牌上的各种数据的含义，才能正确、安全地使用变压器含义，才能正确、安全地使用变压器。电机及拖动基础电机及拖动基础(3(3版版)变压器变压器铭牌铭牌1电机及拖动基础电机及拖动基础(3(3版版)变压器变压器1、变压器的型号与冷却方式、变压器的型号与冷却方式型号：型号：冷却方式：冷却方式：电机及拖动基础电机及拖动基础(3(3版版)变压器变压器铭牌铭牌2电机及拖动基础电机及拖动基础(3(3版版)变压器变压器干式电力变压器干式电力变压器 SGB是干式电力变压器(简称干变)中的一类。其中S三相；GNOMEX绝缘纸作匝绝缘；B低压绕组用铜箔绕制；高低绕组都用真空压力漆作绝缘处理。SCB是另一类干变，C环氧树脂浇注，高压线圈用环氧树脂浇注密封；低压铜箔线圈的端部用环氧树脂密封当今2000KVA及以下，10/0.4kV的干式电力变压器广泛应用于工厂、学校的变电场所。这是由于如今的冷轧硅钢片质量好，损耗小，绕组的绝缘等级不断提高，允许的温升提高等因素。电机及拖动基础电机及拖动基础(3(3版版)变压器变压器（1 1）额定电压）额定电压U U1N1N和和U U2N2N U1N：加在一次绕组上的正常工作电压值（加在一次绕组上的正常工作电压值（kV)kV)。根据。根据 变压器的绝缘强度和允许发热等条件规定变压器的绝缘强度和允许发热等条件规定U2N：一次绕组加上额定电压后，额定分接，二次一次绕组加上额定电压后，额定分接，二次绕组的绕组的空载空载电压值（电压值（kV)kV)。注意：注意：U U2N2N不等于额定负载时的负载电压不等于额定负载时的负载电压额定电压在三相变压器中是指线电压。额定电压在三相变压器中是指线电压。2.变压器的额定值变压器的额定值电机及拖动基础电机及拖动基础(3(3版版)变压器变压器（2 2）额定电流）额定电流I I1N1N和和I I2N2N 根据变压器允许发热的条件而规定的满载电流根据变压器允许发热的条件而规定的满载电流 值（值（A A）。在三相变压器中额定电流是指线电流。）。在三相变压器中额定电流是指线电流。（3 3）额定容量）额定容量S SN N变压器在额定工作条件下变压器输出能力即视在变压器在额定工作条件下变压器输出能力即视在 功率（功率（kVAkVA）。）。单相变压器的额定容量单相变压器的额定容量 三相变压器的额定容量三相变压器的额定容量 电机及拖动基础电机及拖动基础(3(3版版)变压器变压器例例3 31 1：一台三相油浸自冷式变压器，已知SN560kVA，U1N/U2N=10000V/400V，试求一次、二次绕组的额定电流I1N、I2N各是多大?解：解：电机及拖动基础电机及拖动基础(3(3版版)变压器变压器第二节第二节 单相变压器的空载运行单相变压器的空载运行变压器的一次绕组接在额定电压的交流电源上，而二次绕组开路，这种运行方式称为变压器的空载运行。一般电工惯例来规定图中各物理量的正方向)同一条支路中，电压的正方向与电流的正方向一致；)由电流产生的磁通势所建立的磁通其二者的正方向符合右手螺旋法则；)由磁通产生的感应电动势，其正方向与产生该磁通的电流的正方向一致。一、空载运行时的物理状况一、空载运行时的物理状况电机及拖动基础电机及拖动基础(3(3版版)变压器变压器一、空载运行时的物理状况一、空载运行时的物理状况 空载时，当一次绕组加上交流电源电压1时，一次绕组中就有空载电流0流过，产生空载磁通势001，并建立空载磁场。主磁通通过铁心闭合，同时交链一次、二次绕组，并产生感应电动势1和2，如果二次绕组与负载接通，则在电动势作用下向负载输出电功率，所以主磁通起着传递能量的媒介作用；另有一小部分磁通主要由非磁性材料（空气或变压器油等）形成闭路，只与一次绕组交链，不参与能量传递，称之为一次绕组的漏磁通1，它在一次绕组中产生漏磁电动势E1。以上过程可表示为：电机及拖动基础电机及拖动基础(3(3版版)变压器变压器二、感应电动势和漏磁电动势二、感应电动势和漏磁电动势在变压器一次绕组加上正弦交流电压在变压器一次绕组加上正弦交流电压1时，时，设设m msintsint1、感应电动势、感应电动势可见；由产生的感应电动势e1也按正弦规律变化，频率频率为电源频率，有效值有效值 ；时间时间相位相位上滞后于主磁通90。(三要素)用相量形式表示：同理:电机及拖动基础电机及拖动基础(3(3版版)变压器变压器二、感应电动势和漏磁电动势二、感应电动势和漏磁电动势2、漏磁电动势、漏磁电动势变压器一次绕组的漏磁通1也将在一次绕组中感应产生一个漏磁电动势1。根据前面的分析，同样可得出：由电工基础知识，引入参数L1，X1（一次绕组的漏电感或漏电抗），可推得电路形式的漏磁电动势表达式：从物理意义上讲，漏电抗反映了漏磁通对电路的电磁效应。对已制成的变压器，漏电感1为一常数，频率一定，漏电抗也是常数。电机及拖动基础电机及拖动基础(3(3版版)变压器变压器三、空载运行时的等效电路和电动势平衡方程式三、空载运行时的等效电路和电动势平衡方程式 除了前面引入的漏电抗参数X1，这里再引入参数Zm，把前面的单相变压器空载运行的电磁关系用电路形式“等效”表示：空载变压器看成两个电抗线圈串联，一个有铁心其阻抗为Zm，一个没有铁心其阻抗为Z1（一次侧漏阻抗）图中：励磁参数励磁电阻励磁电抗由图可得一次侧电动势平衡方程式：空空载载等等效效电电路路电机及拖动基础电机及拖动基础(3(3版版)变压器变压器三、空载运行时的等效电路和电动势平衡方程式三、空载运行时的等效电路和电动势平衡方程式 电力变压器的I0主要是用于建立空载磁场的感性无功电流,其值很小,一般1,降压变压器KN2是自耦降压变压器。将抽头做成滑动触头，就成为自耦调压器。常用于调节试验电压的大小 自耦调压器电机及拖动基础电机及拖动基础(3(3版版)变压器变压器二、仪用互感器二、仪用互感器为了测量人员的安全，使测量回路与高压电网为了测量人员的安全，使测量回路与高压电网 相互隔离；相互隔离；扩大测量仪表（电流表及电压表）的测量范围。扩大测量仪表（电流表及电压表）的测量范围。作作用用电压互感器电压互感器电流互感器电流互感器分分类类电机及拖动基础电机及拖动基础(3(3版版)变压器变压器1.电压互感器电压互感器二次侧额定电压二次侧额定电压100V 100V，但电压表刻度已换算成一次侧电压，但电压表刻度已换算成一次侧电压，可以直接读数。有可以直接读数。有3000V/100V3000V/100V、10000V/100V10000V/100V等。等。实际上是一台降压变压器 二次绕组绝对不允许短路，应串入熔断器作短路保护。使用时二次绕组回路不宜接入过多的仪表，以免影响电压互感器的测量精度。电压互感器原理图用于测量高电压电压互感器的铁心及二次绕组一端必须可靠接地。电机及拖动基础电机及拖动基础(3(3版版)变压器变压器2.电流互感器电流互感器实际上是一台升压变压器 用于测量大电流串在电路中，流过被测电流,匝数少，导线粗。二次侧额定流表二次侧额定流表5A,5A,但电流表按一次侧的电流标出，可以直但电流表按一次侧的电流标出，可以直接读数。有抽头可选择：接读数。有抽头可选择：100A/5A100A/5A、500A/5A500A/5A、2000A/5A2000A/5A等。等。按测量误差有大小，准确度分为按测量误差有大小，准确度分为0.2、0.5、1.0、3.0、10.0。二次绕组绝对不允许开路二次绕组绝对不允许开路 电流互感器的铁心及二次电流互感器的铁心及二次绕组一端必须可靠接地绕组一端必须可靠接地 电流表的内阻抗必须很小电流表的内阻抗必须很小 电流互感器原理图 电机及拖动基础电机及拖动基础(3(3版版)变压器变压器2.电流互感器电流互感器其工作原理和电流互感器的相同。结构特点是：压动活动手柄，铁心象一把钳子可以张合，被测载流导线就是一次绕组（只有一匝），穿过其中。此时借助电磁感应作用，由二次绕组所接的电流表直接读出被测导线中电流的大小。在实际工作中，为了方便在带电现场检测线路中的电流，工程上常采用一种钳形电流表。钳形电流表 被测导线铁心固定手柄表头二次绕组活动手柄