電工電子技術(shù)變壓器變壓器與電動機

學(xué)習(xí)情境1變壓器什么是變壓器

變壓器是一種基于電磁感應(yīng)原理工作的靜態(tài)電氣設(shè)備，將某一等級的交流電壓和電流轉(zhuǎn)換為另一等級的交流電壓和電流。變壓器與電動機

學(xué)習(xí)情境1變壓器1.1

變壓器的作用變壓：變壓器主要用來改變交流電源電壓的大小。變流：當(dāng)變壓器的輸出電壓改變后，它的輸出電流隨之改變，在功率不變的情況下二者成反比，即：U1/U2=I2/I2。變阻抗：從電源端看，變壓器就是負(fù)載，所以要把變壓器的實際負(fù)載折算到一次側(cè)（Z1=k*ZL,Z1為折算后的值，k為變比，ZL為負(fù)載）。隔離：對于雙繞組變壓器而言，高壓繞組和低壓繞組之間沒有電的聯(lián)系，而是通過磁路把二者聯(lián)系在一起，所以變壓器隔離屬于磁電隔離。變壓器與電動機

學(xué)習(xí)情境1變壓器1.2

變壓器的基本結(jié)構(gòu)鐵芯：變壓器的磁路部分繞組：變壓器的電路部分油箱：變壓器的外殼，內(nèi)部裝有鐵芯、繞組和變壓器油。油枕（儲油柜）：補償變壓器油因溫度變化而產(chǎn)生的體積膨脹或收縮，確保油箱內(nèi)始終充滿油；減少油與空氣的接觸面積，防止油的氧化和受潮。溫度計：監(jiān)測變壓器內(nèi)部的溫度。分接開關(guān)：調(diào)節(jié)變壓器的輸出電壓。氣體繼電器：變壓器的安全保護(hù)裝置絕緣套管：將繞組引線從油箱中引出。呼吸器（吸濕器）：吸收空氣中的水分和雜質(zhì)，防止空氣中的濕氣進(jìn)入油枕，保持變壓器油的電氣性能。變壓器與電動機

學(xué)習(xí)情境1變壓器1.3變壓器的工作原理

變壓器是利用電磁感應(yīng)原理工作的，如圖所示。變壓器的鐵芯上有兩個繞組，繞組之間只有磁耦合沒電聯(lián)系。其中，接于電源側(cè)的繞組稱為原繞組或一次繞組；用于接負(fù)載的繞組稱為副繞組或二次繞組。在一次繞組中加上交變電壓，產(chǎn)生交鏈一、二次繞組的交變磁通，在兩繞組中分別產(chǎn)生感應(yīng)電動勢e1和e2。變壓器與電動機

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把原副繞組電動勢之比稱為變壓器的變比，用k表示，k=e1/e2=N1/N2。在單相變壓器中，k=U1N/U2N；對于三相變壓器，變比指一、二次側(cè)相電動勢之比，即一、二次側(cè)額定相電壓之比。而三相變壓器的額定電壓是指線電壓，當(dāng)原副繞組聯(lián)結(jié)方式一致時，變比等于額定電壓之比；當(dāng)二者不一致時，需要將線電壓換算為相電壓再相比，它們之間的關(guān)系為：Y,d聯(lián)結(jié)：

D,y聯(lián)結(jié)：

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學(xué)習(xí)情境1變壓器1.4變壓器的銘牌

銘牌安裝在變壓器的殼體上，標(biāo)明變壓器主要信息與參數(shù)，為變壓器正確使用提供重要依據(jù)。1.變壓器型號變壓器與電動機

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學(xué)習(xí)情境1變壓器2.額定值

額定值是制造廠家對變壓器在指定工作條件下運行時所規(guī)定的一些量值。在額定狀態(tài)下運行時，可以保證變壓器長期可靠地工作，并具有優(yōu)良的性能。額定值也是廠家進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計和試驗的依據(jù)。1）額定容量SN：額定容量是指變壓器的額定視在功率，單位用VA或kVA。由于變壓器傳遞能量過程中效率很高，通常原、副邊繞組的容量設(shè)計相等。2）額定電壓U1N/U2N：原邊額定電壓U1N是指在額定運行情況下，變壓器原邊應(yīng)加的電壓。副邊額定電壓U2N是指原邊加上額定電壓時副邊的空載電壓，單位用V或kV。三相變壓器額定電壓指線電壓。變壓器與電動機

學(xué)習(xí)情境1變壓器3）額定電流I1N/I2N：根據(jù)額定容量和額定電壓所計算出的電流，稱為額定電流，單位用A或kA。三相變壓器額定電流指線電流。額定容量、額定電壓和額定電流之間的關(guān)系為：單相變壓器：三相變壓器：4）額定頻率fN額定運行時變壓器原邊所加交流電壓的頻率，單位用Hz。我國規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)頻率為50Hz。變壓器與電動機

學(xué)習(xí)情境1變壓器1.5變壓器的分類1．按相數(shù)分（1）單相變壓器：用于單相負(fù)荷或三相變壓器組。（2）三相變壓器：用于三相系統(tǒng)的升、降電壓。2．按繞組形式分（1）雙繞組變壓器：用于連接電力系統(tǒng)中的兩個電壓等級。（2）三繞組變壓器：一般用于電力系統(tǒng)區(qū)域變電站中，連接三個電壓等級。3.按冷卻方式分（1）干式變壓器：（2）油浸式變壓器（3）充氣式變壓器變壓器與電動機

學(xué)習(xí)情境1變壓器4.按用途分（1）電力變壓器：用于輸配電系統(tǒng)的升、降電壓。（2）儀用變壓器：如電壓互感器、電流互感器、用于測量儀表和繼電保護(hù)裝置。（3）試驗變壓器：能產(chǎn)生高壓，對電氣設(shè)備進(jìn)行高壓試驗。（4）特種變壓器：如電爐變壓器、整流變壓器、調(diào)整變壓器、電容式變壓器、移相變壓器等。電壓互感器電流互感器整流變壓器變壓器與電動機

學(xué)習(xí)情境1變壓器1.6變壓器的使用1.變壓器極性的測量（1）直流測量法

選擇一節(jié)干電池（1.5V）或蓄電池（2V），一個開關(guān)和一只毫伏表，如圖連接，當(dāng)開關(guān)S合上時，毫伏表指針正向偏轉(zhuǎn)，而斷開S時指針負(fù)向偏轉(zhuǎn)，則說明變壓器繞組A和a端同極性（又稱同名端）；如果指針偏轉(zhuǎn)與上述相反，說明變壓器繞組A和a端極性相反（又稱異名端）。測量時，如果指針偏轉(zhuǎn)不明顯，可以使用2-3節(jié)電池串聯(lián)作電源。變壓器與電動機

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（2）交流測量法

如圖a）所示，將變壓器高壓繞組X端與低壓繞組x端用導(dǎo)線連接（使二者同電位），選用三只交流電壓表分別測量UAX、Uax和UAa的電壓，然后在高壓繞組A-X間施加便于測量的交流電壓。

如果測量結(jié)果UAa=UAX-Uax，則說明變壓器的A端和a端極性相同，它們向量關(guān)系如圖b）所示。

如果測量結(jié)果UAa=UAX+Uax，則說明變壓器的A端和a端極性相反，它們向量關(guān)系如圖c）所示。變壓器與電動機

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2.變壓器的并聯(lián)運行

變壓器的并聯(lián)運行指多臺變壓器的原副繞組分別接在相同的母線上，如圖所示。在現(xiàn)代的發(fā)電站和變電所中，變壓器常常采用并聯(lián)運行方式。變壓器與電動機

學(xué)習(xí)情境1變壓器（1）并聯(lián)運行的優(yōu)點：

1）提高供電可靠性。

2）提高供電的經(jīng)濟性。

3）對于負(fù)荷逐漸增大的變電所，可以分批增裝變壓器，以減少初裝時的投資。（2）并聯(lián)運行的理想條件

1）空載時：并聯(lián)的變壓器之間沒有環(huán)流（互不干擾）；

2）負(fù)載時：各變壓器的負(fù)載系數(shù)相等，即各臺變壓器的負(fù)載電流與其額定電流的比值相等（各盡所能）；

3）負(fù)載時：各變壓器所分擔(dān)的電流相位相同（同心協(xié)力）。變壓器與電動機

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若要達(dá)到上述理想情況，并聯(lián)運行的變壓器需要滿足如下條件：

1）各變壓器的額定電壓與電壓比應(yīng)當(dāng)相同；

2）各變壓器的聯(lián)結(jié)組別必須相同；

3）各變壓器的短路阻抗的標(biāo)幺值要相等，阻抗角要相同。

如果滿足了前兩個條件則可以保證空載時變壓器之間無環(huán)流，滿足第三個條件時各臺變壓器能合理分擔(dān)負(fù)載。在實際并聯(lián)運行時，同時滿足以上三個條件很難，但是第二個條件必須滿足，其它允許稍有差異。變壓器與電動機

學(xué)習(xí)情境1變壓器3.變壓器常見故障及原因（1）異響1）異響較大而嘈雜時，可能是變壓器鐵芯的問題。2）異響中夾有水的沸騰聲，發(fā)出"咕嚕咕嚕"的氣泡逸出聲，可能是繞組有較嚴(yán)重的故障，使其附近的零件嚴(yán)重發(fā)熱使油氣化。3）異響中夾有爆炸聲，既大又不均勻時，可能是變壓器的器身絕緣有擊穿現(xiàn)象。這時，應(yīng)將變壓器停止運行，進(jìn)行檢修。4）異響中夾有放電的"吱吱"聲時，可能是變壓器器身或套管發(fā)生表面局部放電。5）異響中夾有連續(xù)的、有規(guī)律的撞擊或摩擦聲時，可能是變壓器某些部件因鐵芯振動而造成機械接觸，或者是因為靜電放電引起的異常響聲。變壓器與電動機

學(xué)習(xí)情境1變壓器（2）溫度異常1）變壓器匝間、層間、股間短路。2）變壓器鐵芯局部短路。3）因漏磁或渦流引起油箱、箱蓋等發(fā)熱。4）長期過負(fù)荷運行，事故過負(fù)荷。5）散熱條件惡化等。運行時發(fā)現(xiàn)變壓器溫度異常，應(yīng)先查明原因后，再采取相應(yīng)的措施予以排除，把溫度降下來，如果是變壓器內(nèi)部故障引起的，應(yīng)停止運行，進(jìn)行檢修。變壓器與電動機

學(xué)習(xí)情境1變壓器（3）噴油爆炸噴油爆炸的原因是變壓器內(nèi)部的故障短路電流和高溫電弧使變壓器油迅速老化，而繼電保護(hù)裝置又未能及時切斷電源，使故障較長時間持續(xù)存在，使箱體內(nèi)部壓力持續(xù)增長，高壓的油氣從防爆管或箱體其它密封薄弱之處噴出形成事故?？赡茉蛴校?）絕緣損壞：匝間短路等局部過熱使絕緣損壞；變壓器進(jìn)水使絕緣受潮損壞；雷擊等過電壓使絕緣損壞等導(dǎo)致內(nèi)部短路的基本因素。2）斷線產(chǎn)生電?。豪@組導(dǎo)線焊接不良、引線連接松動等因素在大電流沖擊下可能造成斷線，斷點處產(chǎn)生高溫電弧使油氣化促使內(nèi)部壓力增高。3）調(diào)壓分接開關(guān)故障：配電變壓器高壓繞組的調(diào)壓段線圈是經(jīng)分接開關(guān)連接在一起的，分接開關(guān)觸頭串接在高壓繞組回路中，和繞組一起通過負(fù)荷電流和短路電流，如分接開關(guān)動靜觸頭發(fā)熱，跳火起弧，使調(diào)壓段線圈短路。變壓器與電動機

學(xué)習(xí)情境1變壓器4）漏油：變壓器運行中滲漏油現(xiàn)象比較普遍，油位在規(guī)定的范圍內(nèi)，仍可繼續(xù)運行或安排計劃檢修。但是變壓器油滲漏嚴(yán)重，或連續(xù)從破損處不斷外溢，以致于油位過低，此時應(yīng)立即將變壓器停止運行，補漏和加油。變壓器油的油面過低，使套管引線和分接開關(guān)暴露于空氣中，絕緣能力將大大降低，因此易引起擊穿放電。引起變壓器漏油的原因有：焊縫開裂或密封件失效;運行中受到震動；外力沖撞；油箱銹蝕嚴(yán)重而破損等。5）套管閃絡(luò)：變壓器套管積垢，在大霧或小雨時造成污閃，使變壓器高壓側(cè)單相接地或相間短路。變壓器套管因外力沖撞或機械應(yīng)力、熱應(yīng)力而破損也是引起閃絡(luò)的因素。變壓器箱蓋上落異物，如大風(fēng)將樹枝吹落在箱蓋時引起套管放電或相間短路。

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1.自耦變壓器自耦變壓器副邊繞組是原邊繞組的一個組成部分，這樣的變壓器看起來僅有一個繞組，故也稱“單繞組變壓器”。自耦變壓器是初、次級無須絕緣的特變壓器，即輸出和輸入共用一組線圈的特殊變壓器。或者說，初級和次級在同一條繞阻上的變壓器。由圖可以看出自耦變壓器的變壓原理也是通過改變匝數(shù)比來改變輸出電壓。1.7其他用途變壓器變壓器與電動機

學(xué)習(xí)情境1變壓器（1）自耦變壓器的特點1）由于自耦變壓器的計算容量小于額定容量。所以在同樣的額定容量下，自耦變壓器的主要尺寸較小，有效材料（硅鋼片和導(dǎo)線）和結(jié)構(gòu)材料（鋼材）都相應(yīng)減少，從而降低了成本。有效材料的減少使得銅耗和鐵耗也相應(yīng)減少，故自耦變壓器的效率較高。2）由于自耦變壓器的短路阻抗標(biāo)幺值比雙繞組變壓器小，故電壓變化率較小，但短路電流較大。3）由于自耦變壓器一、二次側(cè)之間有電的直接聯(lián)系，當(dāng)高壓側(cè)過電壓時會引起低壓側(cè)嚴(yán)重過電壓。為了避免這種危險，一、二次側(cè)都必須裝設(shè)避雷器。4）在一般變壓器中，有載調(diào)壓裝置往往連接在接地的中性點上，這樣調(diào)壓裝置的電壓等級可以比在線端調(diào)壓時低，而自耦變壓器中性點調(diào)壓容易產(chǎn)生過電壓。變壓器與電動機

學(xué)習(xí)情境1變壓器（2）自耦變壓器的優(yōu)點自耦變壓器具有結(jié)構(gòu)簡單、用料省、體積小等優(yōu)點，在變壓比接近于1的場合顯得特別經(jīng)濟，所以在電壓相近的大功率輸電變壓器中用得較多，此外在10千瓦以上異步電動機降壓起動器中得到廣泛使用。自耦變壓器與普通的雙繞組變壓器比較有以下優(yōu)點：1）消耗材料少，成本低。因為變壓器所用硅鋼片和銅線的量是和繞組的額定感應(yīng)電勢和額定電流有關(guān)，也即和繞組的容量有關(guān)，自耦變壓器繞組容量降低，所耗材料也減少，成本也低。2）損耗少效益高。由于銅線和硅鋼片用量減少，在同樣的電流密度及磁通密度時，自耦變壓器的銅損和鐵損都比雙繞組變壓器減少，因此效益較高。3）便于運輸和安裝。因為它比同容量的雙繞組變壓器重量輕，尺寸小，占地面積小。4）提高了變壓器的極限制造容量。變壓器的極限制造容量一般受運輸條件的限制，在相同的運輸條件的限制，自耦變壓器容量可比雙繞組變壓器制造大一些。變壓器與電動機

學(xué)習(xí)情境1變壓器（3）自耦變壓器的缺點在電力系統(tǒng)中采用自耦變壓器，也會有不利的影響。其缺點如下：1）使電力系統(tǒng)短路電流增加。2）造成調(diào)壓上的一些困難。3）使繞組的過電壓保護(hù)復(fù)雜。4）使繼電保護(hù)復(fù)雜。盡管自耦變壓器存在著一定的缺點，但各國還是非常重視自耦變壓器的應(yīng)用，主要是與電力系統(tǒng)向大容量高電壓的發(fā)展是分不開的，隨著容量增大，電壓升高，自耦變壓器的優(yōu)點就更為顯著。變壓器與電動機

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學(xué)習(xí)情境1變壓器2．電流互感器電流互感器是依據(jù)電磁感應(yīng)原理將一次側(cè)大電流轉(zhuǎn)換成二次側(cè)小電流來測量的儀器。電流互感器是由閉合的鐵心和繞組組成。它的一次側(cè)繞組匝數(shù)很少，串在需要測量電流的線路中。二次側(cè)繞組匝數(shù)比較多，串接在測量儀表和保護(hù)回路中，電流互感器在工作時，它的二次側(cè)回路始終是閉合的，因此測量儀表和保護(hù)回路串聯(lián)線圈的阻抗很小，電流互感器的工作狀態(tài)接近短路。電流互感器在三相電路中的主要接線方式。（1）電流互感器的種類1）根據(jù)用途可分為：計量用電流互感器、結(jié)算電費用。2）測量用電流互感器：測量電流、計算電度等。3）保護(hù)用電流互感器：電流速度保護(hù)、過電流保護(hù)、過載保護(hù)等。變壓器與電動機

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學(xué)習(xí)情境1變壓器（2）電流互感器的精度1）校驗用電流互感器精度：0.1S級。誤差±0.1%，常用于校驗計量級電流互感器的準(zhǔn)確度。2）計量用電流互感器精度：0.2S、0.5級。誤差±0.2%和±0.5%，主要用于電費結(jié)算。3）測量級電流互感器：0.5級、1.0級，2.0級等，一般用于電流測量。4）保護(hù)用電流互感器精度：10P10、10P20、5P10、5P20等，精度的含義：10P10表示流過電流互感器的電流，是其額定電流的10倍以內(nèi)的時候，電感器的誤差在±10%以內(nèi)；5P20表示流過電流互感器的電流，是其額定電流的20倍以內(nèi)的時候，電感器的誤差在±5%以內(nèi)。5）在一些特殊場合，還有精度更精的電流互感器，有0.005級,0.05級等，使用場合很少。變壓器與電動機

學(xué)習(xí)情境1變壓器（3）電流互感器型號及選型1）額定電壓：電流互感器額定電壓應(yīng)大于裝設(shè)點線路額定電壓。2）變比：應(yīng)根據(jù)一次負(fù)荷計算電流（IC）選擇電流互感器變比。電流互感器一次側(cè)額定電流標(biāo)準(zhǔn)比(如20、30、40、50、75、100、150、2×a/C)等多種規(guī)格，二次側(cè)額定電流通常為1A或5A。一般情況下，計量用電流互感器變流比的選擇應(yīng)使其一次額定電流不小于線路中的負(fù)荷電流。3）準(zhǔn)確級：應(yīng)根據(jù)測量準(zhǔn)確度要求選擇電流互感器的準(zhǔn)確級并進(jìn)行校驗。變壓器與電動機

學(xué)習(xí)情境1變壓器（4）電流互感器使用方法1)電流互感器的接線應(yīng)遵守串聯(lián)原則：即一次繞組應(yīng)與被測電路串聯(lián)，而二次繞組則與所有儀表負(fù)載串聯(lián)。2)按被測電流大小，選擇合適的變比，否則誤差將增大。同時，二次側(cè)一端必須接地，以防絕緣一旦損壞時，一次側(cè)高壓竄入二次側(cè)，造成人身和設(shè)備事故。3)二次側(cè)絕對不允許開路，因一旦開路，造成鐵心過度飽和磁化，嚴(yán)重發(fā)熱乃至燒壞線圈。電流互感器在正常工作時，二次側(cè)與測量儀表和繼電器等電流線圈串聯(lián)使用，測量儀表和繼電器等電流線圈阻抗很小，二次側(cè)近似于短路。若突然使其開路，則勵磁電動勢陡增，其值可達(dá)到數(shù)千甚至上萬伏，危及工作人員的安全及儀表的絕緣性能。變壓器與電動機