項目3

變壓器應用與維護任務3.1單相變壓器認知與分析學習目標知識目標1.了解單相變壓器的結構及種類；2.理解單相變壓器的基本工作原理；3.掌握單相變壓器的特性。技能目標1.通過空載和短路試驗測定變壓器的變比和參數；2.通過負載試驗測量并獲取變壓器的運行特性。素養(yǎng)目標1.培養(yǎng)學生自覺遵守安全操作規(guī)程，細心操作的工作習慣以及團隊合作意識。任務分析

變壓器種類繁多，用途各異，電壓等級和容量不同，但變壓器的基本結構大致相同。最簡單的變壓器由一個閉合軟磁鐵芯和兩個套有鐵芯上又相互絕緣的繞組構成，根據繞組和鐵芯的相對位置，變壓器有殼式結構和芯式結構兩種，如圖3-1所示。圖3-1單相變壓器知識準備

一、認識單相變壓器變壓器種類繁多，用途各異，電壓等級和容量不同，但變壓器的基本結構大致相同。最簡單的變壓器由一個閉合軟磁鐵芯和兩個套有鐵芯上又相互絕緣的繞組構成，根據繞組和鐵芯的相對位置，變壓器有殼式結構和芯式結構兩種，如圖3-2所示。圖3-2單相變壓器的結構與符號（a）芯式變壓器（b）殼式變壓器（c）變壓器的符號變壓器主要由繞組和鐵芯兩大部分組成。(1)繞組繞組又稱線圈，是變壓器的電路部分，分為一次繞組和二次繞組兩種。在變壓器工作時，與電源連接的繞組稱為一次繞組，簡稱一次；與負載相接的繞組稱為二次繞組，簡稱二次，如圖3-3所示。

變壓器的組成圖3-3變壓器的一次繞組和二次繞組(2)鐵芯鐵芯是變壓器的磁路部分，由鐵芯柱和鐵軛兩部分組成。一般采用厚度為0.35–0.5mm，表面涂有絕緣漆的高磁導率電工材料冷軋(或熱軋)硅鋼片疊成。沖壓成型并疊合組裝成一個整體。變壓器的鐵芯中，每片硅鋼片為拼接片。變壓器鐵芯的結構有心式、殼式和漸開線式等形式。

變壓器的組成

二、單相變壓器的基本工作原理

圖3-4是一個簡單的單相雙繞組變壓器工作原理圖。在實際電路中，鐵芯主要構成變壓器的主磁路，兩個繞組之間只有磁耦合而沒有電聯關系。變壓器工作原理是在原繞組上加交變電流，然后在磁路中會產生交變的磁通；在副繞組中也會產生交變的磁通，則副受感應而產生電。圖5-3

圖3-4單相雙繞組變壓器的工作原理圖

三、單相變壓器的外特性

變壓器在負載運行中，隨著負載的增加，負載電流隨之增加，一、二次繞組上的壓降及漏磁電動勢都隨之增加，二次繞組的端電壓將會降低。當電源電壓及負載功率因數一定時，反映副邊端電壓隨副邊電流變化而變化的曲線，稱為變壓器的外特性，如圖3-5所示。外特性直觀反映了變壓器輸出電壓隨負載電流變化的趨勢。圖3-4單相變壓器的外特性

由圖3-5可知，對于電容性負載，由于容性負載減小了無功電流分量，所以隨的增大而增大。而對于電阻和電感性負載，增大而減小。

四、單相變壓器的極性

單相變壓器的一、二次繞組在同一個鐵芯上，當同時交鏈的磁通Φ交變時，兩個繞組感應出電動勢，當一次繞組的某一端點瞬時電位為正時，二次繞組也必有一電位為正的對應端點。這兩個對應的端點，稱為同極性端或同名端，通常用符號“.”表示。若兩個繞組的繞向已定，同名端是確定的。單相變壓器的首端和末端有兩種不同的標法。一種是將一、二次繞組的同極性端都標為首端（或末端），如圖3-5a所示，這時一、二次繞組電動勢與同相位（感應電動勢的參考方向均規(guī)定從末端指向首端）。另一種標法是把一、二次繞組的異極性端都標為首端（或末端），如圖3-5c所示，這時與反相位。圖3-5不同標志時一、二次繞組感應電動勢之間的相位關系

綜上分析，在單相變壓器中，一、二次繞組感應電動勢的相位關系要么同相位要么反相位，它取決于繞組的繞向和首末端標記。任務實施

修身

強體

博學

感恩準備元器件、工具，如表3-1所示。序號元器材名稱型號與規(guī)格數量單位備注1交流電流表D321塊

2交流電壓表D331塊

3萬用表MF47或DT95021塊

4單相功率表D34-31塊

5單相變壓器220V/55V1臺

6單相自耦調壓器0-220V1臺

7三相可調電阻器D421件

8三相可調電抗器D431件

9示波器123B1臺Fluke10連接導線

若干根表3-1元器件和工具清單

一、空載實驗

（1）測量單相變壓器的變壓比①按如圖3-6所示連接電路。圖3-6變壓比測量電路②將單相自耦調壓器Ty的手柄置于零位，閉合電源開關S。③調節(jié)單相自耦調壓器的手柄，使加在單相變壓器低壓側的電壓分別為額定電壓的1100%、75%、50%，依次測量高壓側對應的電壓。④根據3次測量結果，分別計算單相變壓器的變壓比，取三次計算結果的平均值作為該變壓器的實際變壓比。將測量與計算結果填入表3-2中。表3-2單相變壓器的變壓比測量與計算結果（2）測量單相變壓器的空載參數①按如圖3-7所示連接電路。

圖3-7空載試驗電路②將單相自耦調壓器的手柄置于零位，閉合電源開關S。③調節(jié)單相自耦調壓器的手柄，使其輸出電壓等于變壓器低壓側的額定電壓（55V），觀察交流電流表、單相功率表的讀數，并將測量結果填入表3-3中。④根據測量結果計算勵磁阻抗Zm、勵磁電阻Rm和勵磁電抗Xm，將測量與計算結果填入表3-3中。表3-3單相變壓器的空載參數測量與計算結果（2）短路實驗①按如圖3-8所示連接電路。

圖3-8短路試驗電路

(3)負載測試按如圖3-9所示連接電路。變壓器低壓線圈接電源，高壓線圈經過開關和,接到負載電阻和電抗上。圖3-9負載試驗電路

序號1234567

序號1234567

任務考評

根據班級人數先分組，然后進行任務實施，實施過程中的考評細節(jié)參見表3-7。項目評價指標自評互評自評互評平均分總分工作任務（40分）空載試驗接線正確

（5分）

空載試驗數據測試正確

（5分）

短路試驗接線正確

（5分）

短路試驗數據測試正確（5分）

負載試驗接線正確

（5分）

負載試驗數據測試正確（5分）

通電是否一次成功（10分）

職業(yè)素養(yǎng)（15分）工作服整潔、無飾品或硬質件（5分）

正確查閱維修資料和學習材料（5分）

8S素養(yǎng)（5分）

個人思考和總結(5分）按照完成任務的安全、質量、時間和8S要求，提出個人改進性建議（5分）

教師評價(40分）

教師評分

課后習題1.變壓器主要由哪兩大部分組成?2.單相變壓器的基本工作原理是什么?3.在單相變壓器中，一、二次繞組感應電動勢的相位關系是怎樣的？主要取決于什么?任務3.2三相變壓器認知與分析任務3.2三相變壓器認知與分析學習目標知識目標1.理解三相變壓器的基本工作原理；2.掌握三變壓器的結構及連接；3.掌握三相變壓器的特性。技能目標1.通過測變比、空載和短路試驗測定三相變壓器的參數；2.通過負載試驗測量并獲取三相變壓器的運行特性。素養(yǎng)目標1.培養(yǎng)學生養(yǎng)成自覺遵守安全及技能操作規(guī)程和認真負責、精心操作的工作習慣，以及團隊合作意識。任務分析三相變壓器是三個相同的單相變壓器的組合，如圖3-10所示。三相變壓器具有高度隔離特性、高度共模干擾抑制能力，常用于供電系統(tǒng)中。

圖3-10三相變壓器知識準備1.認識三相變壓器三相變壓器可以由3臺同容量的單相變壓器一、二次繞組按照一定的順序連接組成，此類變壓器稱為三相組式變壓器；也可用鐵軛把3個鐵芯柱連在一起構成，此類變壓器稱為三相芯式變壓器。三相組式變壓器是由三臺單相變壓器組成的，相應的磁路稱為組式磁路。其各相磁路相互獨立，互不關聯，即各相主磁通都有自己獨立的磁路。當外加三相對稱電壓時，三相主磁通對稱，三相空載電流也對稱。三相組式變壓器的磁路結構如圖3-11所示。圖3-11三相組式變壓器的磁路結構三相芯式變壓器是將3臺單相變壓器的鐵芯合在一起經演變而成，其演變過程如下：（1）將3臺單相變壓器各自的一個鐵心柱貼合在一起，形成一個整體，如圖3-12（a）所示。（2）將中間鐵芯柱省去，如圖3-12（b）所示。當繞組經過三相交流電時，通過中間的磁通為三相磁通之和。因為三相電壓對稱，所以合成磁通為零，因此可以將中間的鐵芯省去，這樣可以節(jié)省大量鐵芯材料。（3）將三相鐵芯柱的中心線排列在同一平面，演變成常見的三相芯式變壓器形，如圖3-12（c）所示。如此可使變壓器結構簡單、制造方便，并且可以減小變壓器的體積，節(jié)省材料。

（a）有中間鐵芯柱

（b）無中間鐵芯柱

（c）常用型3-12三相芯式變壓器的磁路結構

圖3-13三相繞組的星形連接

變壓器高壓繞組的星形連接用Y表示，有中性點引出時用YN表示，低壓繞組的星形連接用y表示，有中性點引出時用yn表示。三角形連接三角形連接是指將三相三角形連接的各相首尾相接，構成一個閉合回路，再將三相的首端U1、V1、W1引出箱外。根據首尾連接順序的不同，三角形連接有順序和逆序兩種接法。順序三角形連接是指三相繞組按照的順序連接，如圖3-14（a）所示；逆序三角形連接是指三相繞組按照，如圖3-14（b）所示。無論采用哪種連接，若有一相繞組接反，都會產生不良后果。（a）順序三角形連接

（b）逆序三角形連接圖3-14三相變壓器的三角形連接變壓器高壓繞組的三角形連接用D表示，低壓繞組的三角形連接用d表示。（2）三相變壓器的并聯運行三相變壓器并聯運行，就是將兩臺或多臺變壓器的一次繞組并聯在同一電壓的母線上，二次繞組并聯在另一電壓的母線上，共同對負載供電的運行方式，其接線圖如圖3-15所示。圖3-15變壓器并聯運行接線圖①三相變壓器并聯運行的原因：A.變電站所供的負載總是在若干年內不斷發(fā)展、不斷增加的，隨著負載的不斷增加，可以相應地增加變壓器的臺數，這樣做可以減少建站、安裝時的一次投資。B.當變電站所供的負載有較大的晝夜或季節(jié)波動時，可以根據負載的變動情況，隨時調整投入并聯運行的變壓器臺數，以提高變壓器的運行效率。C.當某臺變壓器需要檢修(或故障)時，可以將其切換下來，而將備用變壓器投入并使之并聯運行，以提高供電的可靠性。②變壓器并聯運行的條件三相變壓器并聯運行時，各并聯的變壓器必須滿足以下條件，否則不僅會增加變壓器的能耗，還可能發(fā)生事故。A.各臺變壓器一、二次側的額定電壓相同，變比相等。B.各臺變壓器的聯結組別相同。C.各臺變壓器短路阻抗標稱值相等，并且短路阻抗角盡量相同。任務實施

修身

強體

博學

感恩三相變壓器參數和運行特性測定準備元器件、工具，如表3-8所示。

表3-8元器件和工具清單序號元器材名稱型號與規(guī)格數量單位備注1交流電流表D321塊

2交流電壓表D331塊

3智能三相功率表D34-31塊

4三相心式變壓器DJ121件

5三相可調電抗器D421件

6小型測試及開關板D511件

1.測定變比（1）按如圖3-16所示連接電路。圖3-16三相變壓器變比實驗接線圖（2）將三相交流電源調到輸出電壓為零的位置。（3）開啟控制屏上電源總開關，按下“開”按鈕，接通電源。（4）調節(jié)外施電壓測取高、低線圈的線電壓UAB、UBC、UCA、Uab、Ubc、Uca，將測量數據和計算結果填入表3-9中。表3-9測定變比數據記錄表高壓繞組線電壓（V）低壓繞組線電壓（V）變比（K）

2.空載試驗（1）將控制屏左側三相交流電源的調壓旋鈕調到輸出電壓為零的位置，按下“關”按鈕，在斷電的條件下按如圖3-17所示連接電路。變壓器低壓線圈接電源，高壓線圈開路。圖3-17三相變壓器空載實驗接線圖

表3-10空載試驗數據記錄表序號實驗數據計算數據

3.短路試驗（1）將控制屏左側三相交流電源的調壓旋鈕調到輸出電壓為零的位置，按下“關”按鈕，在斷電的條件下按如圖3-18所示連接電路。圖3-18三相變壓器短路試驗接線圖

序號實驗數據計算數據

4.純電阻負載試驗（1）將電源電壓調至零值，按下“關”按鈕，在斷電的條件下按如圖3-19所示連接電路。圖3-19三相變壓器負載試驗接線圖

表3-12