第五章 变压器.docx

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第五章变压器

第五章变压器

一、概述与说明

（一）变压器的分类和用途

变压器一般按用途分类。

变压器的用途十分广泛，常见的有下列几类：

⑴电力变压器供输配电系统中升压或降压用，是变压器的主要品种。

⑵特殊用途变压器如电炉变压器、电焊变压器、整流变压器、矿用变压器、船用变压器等。

⑶仪用互感器如电压互感器、电流互感器。

⑷试验变压器如供电气设备作耐压试验的高压变压器。

⑸控制变压器用于自动控制系统中的小功率变压器。

变压器的主要用途是：

改变交变电压，改变交变电流，变换阻抗及改变相位等。

（二）单相及三相变压器

1．变压器的基本构造变压器主要是由铁心和绕组两大部分组成，此外还有其他附件。

铁心构成变压器的磁路，用硅钢片叠成以减小磁阻和铁损。

绕组构成变压器的电路，用绝缘导线绕制而成，其中接电源的一侧叫一次绕组，接负载的一侧叫二次绕组。

对于油浸式电力变压器，其他附件主要有油箱、油枕、安全气道、气体继电器、分接开关、绝缘套管等，其作用是共同保证变压器安全、可靠地运行。

油箱中的变压器用来绝缘、防潮和散热；油枕作来隔绝空气、避免潮气浸入；安全气道用来保护油箱防止爆裂；气体继电器是变压器的主要保护装置，当变压器内部发生故障时，轻则发出报警信号，重则自动跳闸，避免事故扩大。

2．变压器的基本工作原理变压器的基本原理是电磁感应原理。

单相变压器空载运行时，一次绕组中通过空载励磁电流Ｉ0在铁心中激起交变主磁通Φ，在一次、二次绕组中产生感应电动势E1、E2。

单相变压器负载运行时，只要一次电压U1一定，则铁心中主磁通最大值Φm就基本一定。

当二次电流增大I2时，一次电流I1也随之增大，以维持Φm的基本不变，并维持变压器的功率平衡。

变压器一次、二次侧的电压与匝数成正比，而电流与匝数成反比：

3．变压器的铭牌数据

（1）型号。

表示变压器的相数、冷却方式、循环方式、绕组数、导线材质、调压方式、设计序号、额定容量、高压绕组额定电压等级、防护代号等。

（2）额定电压。

一次电压UN1是根据绝缘强度和允许发热条件而规定的正常工作电压值，二次电压UN2是当一次电压为UN1时二次侧的空载电压值。

对于三相变压器，额定电压指线电压。

（3）额定电流。

是根据变压器的允许发热条件而规定的满载电流值。

对于三相变压器，额定电流指线电流。

（4）额定容量。

是变压器额定运行时允许传递的最大功率。

对于单相变压器，SN=UN2IN2；对于三相变压器SN=UN2IN

（5）阻抗电压。

是短路电压占一次侧额定电压的百分数，又称短路电压标么值，即：

式中短路电压UK是当变压器二次侧短路时，使变压器一次二次侧刚好达到额定电流时在一次侧施加的电压值。

（6）温升。

是变压器在额定运行时允许超过周围环境温度的数值，它取决于变压器的绝缘等级。

设计的一般规定环境温度为400C。

（三）电焊变压器

电焊变压器又称交流弧焊机。

根据弧焊工艺的要求，电焊变压器空载时要有足够的引弧电压（65～75V）；负载时应具陡降的外特性；额定负载时电压约为30V；短路电流不大；焊接电流随时可调。

常见的电焊变压器有：

1．磁分路中铁式电焊变压器。

这种变压器有三个铁心柱，一个主铁心柱上绕有一次、二次绕组，另一主铁心柱上绕有电抗绕组，中间为可动铁心柱，用来改变漏抗。

改变二次绕组和电抗绕组的匝数，可以改变空载电压，这是粗调，空载电压升高则焊接电流增大。

改变动铁心位置，这细调。

动铁心移入，漏抗增大，外特性变陡，焊接电流减小。

2．动圈式电焊变压器。

这种变压器的一次绕组分为两部分，固定在铁心柱的底部；二次绕组也分为两部分，可沿铁心柱上下移动。

改变一次、二次绕组的连接方式，可以改变空载电压，这是粗调。

改变二次绕组的位置，这是细调。

一次、二次绕组间距离增大，则漏抗增大，焊接电流减小。

（四）互感器

1．电压互感器。

电压互感器将高电压变为低电压以便于进行测量。

其特点是：

（1）一次绕组匝数多，线径小，使用时并联在被测线路上；二次绕组匝数少，二次电压规定为100V，使用时接高内阻电压表或其他仪表的电压线圈，相当于空载状态。

（2）铁心采用优质硅钢片叠成，工作时空载电流很小。

（3）使用时二次侧绝对不允许短路，否则将烧坏互感器。

（4）铁心及二次绕组一端应可靠接地，以防止二次侧出现高压，危及设备及人员安全。

2．电流互感器。

电流互感器将大电流变为小电流以便于测量。

其特点是：

⑴一次绕组匝数少、线径大，使用时串联在被测电路上；二次绕组匝数多、线径小，二次电流规定为5A，使用时接电流表或是其它仪表的电流线圈，相当于短路状态

⑵电流互感器一次电流由被测电路决定，与互感器二次电路无关。

⑶使用时二次侧绝对不允许开路，否则将造成铁心过热、二次侧产生高压危及人身及设备安全。

⑷铁心及二次绕组一端必须可靠接地，以防止二次侧出现高压危及人身及设备安全。

（五）变压器连接组的含意

变压器的连接组是指出变压器高、低压绕组的连接方式及以时钟时序数表示的相对相位移的通用标号。

通常表示为：

A，BC。

其中A项表示高压绕组的连接方式：

D表示△形连接，Y表示Y形连接，YN表示带中线YN形连接。

B项表示低压绕组的连接：

d表示△形连接，y表示Y形连接，yn表示带中线YN形连接。

C项表示低压绕组的电压滞后于高压绕组对应电压的相位角是300角的倍数值，即将高压绕组某一线电压相量视为时钟的长针，始终指向12点位置，则低压绕组对应线电压视为时钟的短针，指到钟面上的时数，用0～11表示12种连接组别。

国家标准规定三相变压器的五种标准连接组是Y，yn0、Y，d11、YN，d11、YN，y0、Y，y0，其中前三种最常用。

（六）变压器的并联

1．变压器并联运行的优越性。

变压器并联运行有利于逐步增加用电负荷、合理地分配负荷，从而降低损耗、提高运行效率，延长运行寿命；可改善电压调整率，提高电能的质量；有利于变压器的检修，提高供电的可靠性。

2．变压器并联运行的条件。

相互并联的变压器，其额定电压和变比应相等，连接组别必须相同，阻抗电压应相等。

（七）小型变压器的线圈绕制

在日常电气设备维护中，经常会碰到小型变压器线圈、交直流接触器线圈、各种继电器线圈、电磁铁及电磁阀线圈烧毁而需要重新绕制的问题。

现以小型变压器的绕制为例，介绍小型线圈的绕制方法。

1．小型电源变压器的绕制方法

（1）绕制前的准备工作

①选择导线、绝缘材料。

②制作木芯。

③制作骨架。

（2）绕制线包

图5—1绕组的绕制

a）绕线方法b）绕组线头的紧固c）绕组线尾的紧固

①裁剪好各种绝缘纸（布），绝缘纸的宽度应稍长于骨架的长度，而长度应稍大于骨架的周长，还应考虑到绕组绕大后所需的裕量。

②起绕。

绕线前，利用木芯将骨架固定在绕线机轴上，如图5－1a所示。

若采用无框骨架，起绕时在导线引线头压入一条绝缘带的折条，以便抽紧起始线头，如图5—1b所示。

导线起绕点不可过于靠近骨架边缘，以免绕线时导线滑出。

若采用有框骨架，线要紧靠边框，不必留出空间。

③绕线方法。

导线要求绕得紧密、整齐，不允许有叠线现象。

绕线的要领是：

按图5－2所示拉线，拉线的手顺绕线的前进方向移动。

拉力大小要适当。

导线较粗时，每绕完一层要垫层间绝缘。

④线包的层次。

绕线的顺序按一次侧绕组、静电屏蔽、二次侧高压绕组、低压绕组依次叠绕。

每绕完一组绕组后，要衬垫绕组间绝缘材料。

图5—2绕制时待线的方法图5—3静电屏蔽层的形状图5—4利用原线作引线

⑤线尾的紧固。

当一组绕组的绕制接近结束时，要垫上一条绝缘带的折条，继续绕线至结束，将线尾插入绝缘带的折缝中，抽紧绝缘带，线尾便固定了。

如图5—1c所示。

⑥静电屏蔽层的制作。

电子设备中的电源变压器，需在一、二次侧绕组间放置静电屏蔽层。

屏蔽层可用厚约0.lmm的铜箔或其它金属箔制成，其宽度比骨架长度稍短l～3mm，长度比一次侧绕组的周长短5mm左右，如图5—3所示。

屏蔽层夹在一、二次侧绕组的绝缘垫层间，不能碰到导线或自行短路，铜箔上焊接一根多股软线作为引出接地线。

如无铜箔，可用0.12～0.15mm的漆包线密绕一层，一端埋在绝缘层内，另一端引出作为接地线。

⑦引线。

当线径大于0.2mm时，绕组的引线可利用原线，按图5—4所示的方法绞合后引出即可。

线径小于0.2mm时应采用多股软线焊接后引出，焊剂应采用松香焊剂。

引出线的套管应按耐压等级选用。

⑧外层绝缘。

线包绕好后，外层用青壳纸绕2～3层，用胶水粘牢。

（3）浸漆、绝缘处理。

（4）安装铁心

铁心要求紧密、整齐，铁心片一片一片地交叉对镶，最后要将铁心用螺栓或夹板紧固。

2．变压器极性的判别

（1）按图5—5接线，电池接于高压侧，毫伏表接于低压侧。

（2）接通开关S的瞬间，若毫伏表指针正摆（右摆），则A与a为同名端，否则为异名端。

图5—5极性的判别

3．三相变压器的联结组别。

三相变压器一次侧、二次侧绕组有不同的接法，构成多种联结组别，最常见的有：

Y，yn；Y，d和YN，d。

其中大容量变压器通常采用Y，d或YN，d连接，小容量且需要中性线的变压器广泛采用Y，yn连接。

二、技能实训

小型变压器的绕制及检测

1．实训目的

（1）掌握变压器的工作原理及接线方法。

（2）掌握单相变压器的绕制及极性的判别方法。

2．设备和器件

小型电源变压器塑料骨架及铁心、木芯、手动绕线机、剪刀、尖嘴钳、铁锤

直流毫伏表（万用表）、干电池、三相变压器

3．操作内容及要求

（1）小型电源变压器的绕制及检测

①利用已给的骨架、木芯、硅钢片绕制380V／36V的电源变压器。

②一次侧导线用￠mm漆包线，匝数为匝；二次侧导线用￠mm漆包线，匝数为匝；（具体数值由教师根据所备骨架计算给出）

③测出一、二次电压，算出变压比K。

④测一次侧空载电流。

⑤给二次侧接入一适当负载，用电流表测出一、二次电流，算出变流比1/k。

（2）三相变压器极性判别及接线

①以一个绕组为基准，利用干电池和毫伏表判断6个绕组的极性，标出同名端。

②练习Y、yn；YN、d和Y、d三种联结组别的接线。

（3）电力变压器结构和性能的认识

①由教师指导学生认识油浸式电力变压器的结构，口述主要部件的作用。

②认识电力变压器的铭牌，了解电力变压器的性能。

4．实训报告

（1）分析变压器的变压、变流原理。

（2）写出电力变压器（油浸式）的主要结构并说明其作用。

5．考核要求

（1）能正确绕制小型电源变压器，口述变压器的工作原理。

（2）能掌握单相变压器的测试方法。

（3）能正确回答电力变压器的结构及各主要部件的作用，认识铭牌。

（4）文明实训、注意安全，不发生违纪和实训事故。