变压器的选择与使用

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,任务1 认识单相变压器,教学目的,：各种变压器的结构、原理、计算、用途,能力目标,：,能计算变压器的各种参数,能根据负载要求选择电力变压器,能根据负载要求选择特殊变压器,知识目标,：,了解各种变压器的结构,熟悉各种变压器的工作原理,掌握各种变压器的基本计算,任务2 特殊变压器、三相变压器的认识与应用,模快一变压器(transformer)的选择与使用,变压器的分类,电压互感器,电流互感器,按用途分,电力变压器 (输配电用),仪用变压器,整流变压器,按相数分,三相变压器,单相变压器,按制造方式,壳式,心式,变压器的冷却方式: 干式, 油式,P75.图3-10,小型变压器,(,单相,single-phase,),电力变压器,(,三相,three-phase,),升压变压器,降压变压器,任务,1,认识单相变压器,一、变压器的用途,变电压,电力工业中常采用高压输电低压配电，实现节能并保证用电安全。,发电厂,10.5kV,输电线,220kV,升压,仪器,36V,降压,实验室,380 / 220V,降压,变电站,10kV,降压,降压,2,变电流,4,变相位,5,电气隔离,3,变阻抗,1,变压器的基本结构,由硅钢片叠压而成,由铜或铝导线绕成,变压器一次侧绕组,（原线圈）,变压器二次侧绕组,（副线圈）,二、变压器的基本结构和工作原理,铁心,绕组,(,线圈,）,磁路/绕组的支撑骨架,电路,变压器,是一种能变换电压、变换电流、变换阻抗的,“静止”电气设备,。变压器在传递电能的过程中,频率不变,。,变压器符号,变压器的磁路:,单相变压器,+,+,变压器铁心用高导磁的具有绝缘层的0.350.5mm厚的硅钢片叠成。,变压器的电路:,小容量变压器多用高强度漆包线绕制。,大容量变压器可用绝缘铜或铝线绕制。,带负载运行情况,一次线圈接交流电源，二次侧线圈,接负载,。,电磁关系,+,+,u,2,Z,N,1,N,2,2,变压器的工作原理,空载运行时原边接入电源，副边开路。,接上交流电源,u,1,原边通过的空载电流为,i,10,感应电动势,变压器的工作原理,i,10,产生工作磁通,(,e,的方向符合右手定则),= ,m,sin,t,结论：改变匝数比，就能改变输出电压。,(,K,为变比),原、副边电压关 系,根据交流磁路的分析可得：,时,变电压,负载运行时,Z,副边带负载后在副边感应电压的作用下，副边线圈中有了电流,i,2,。,此电流在磁路中也会产生磁通，从而影响原边电流,i,1,。,外加电压、频率不变时，铁芯中主磁通的最大值在变压器空载或有负载运行时基本不变 。带负载后磁动势的平衡关系为：,结论：原、副边电流与匝数成反比,由于变压器铁芯材料的磁导率高、空载励磁电流 (,i,10,) 很小，一般不到额定电流的10%，常可忽略 。,原、副边电流关系,变电流,原、副边阻抗关系,从原边等效：,结论：变压器原边的等效负载，为副边所带负载乘以,变比的平方。,变阻抗,例,有一台降压变压器，原绕组电压为220V，副绕组电压为110V，原绕组为2200匝，若副绕组接入阻抗值为10,的阻抗，问变压器的变比、副绕组匝数、原绕组中电流各为多少？,解,变压器变比,副绕组匝数,副绕组电流,原绕组电流,例,扬声器上如何得到最大输出功率,设信号源电压的有效值:,U,s,= 120V,信号源内阻：,R,0,=800,;,负载为扬声器，其等效电阻,R,L,=8,。,1.,将负载与信号源直接相连，,得到的输出功率为：,信号源,R,L,2. 将负载通过变压器接到信号源上。,变压器把负载,R,L,变换为等效电阻,若要信号源输出给负载的功率达到最大，用变压器进行阻抗变换，通过变压器把负载,R,L,变换为等效电阻,N,2,变压器变比,输出功率为：,结论,：由此例可见经变压器“匹配”后，输出功率增大了许多。原因是满足了电路中获得最大功率输出的条件（信号源内、外阻抗相等）。,信号源,问题与讨论,1. 为什么变压器的铁心要用硅钢片叠成？用整块的铁心行不行？,2. 有一台变压器在修理后，铁心出现气隙，这对于铁心的磁阻、工作磁通以及励磁电流有何影响？,3. 变压器能否用来变换直流电压？如果将变压器接到与它的额定电压相同的直流电源上，会产生什么后果？,则一次绕组电流,例：,现有三种规格的白织灯：36V/500W，36V/60W，220V/60W，另有一台额定容量,S,N,=300V.A、电压为 220V36 V的变压器，问：,解：,（1）,（3）灯泡点亮时，变压器二次绕组电流,36V/60W， 5个,（2）,（2）此变压器一次绕组的匝数是825匝，求二次绕组的匝数是多少？,（3）二次侧灯泡点亮时，变压器一次、二次绕组中的电流各为多少？,（1）上述三种白织灯中，哪种可以接在该变压器的二次侧使用？最多能接这种规格的白织灯几个？,某机床控制电路电压为48V，控制电路的负载（各种继电器、接触器）为40W，功率因数0.8。机床电源为线电压380V，相电压为220V。为满足控制电路的需要，试选择变压器的电压和功率，并说明接线方式。,备选变压器：BK-200（一次电压380，二次电压48V，额定容量50VA）；,备选变压器：BK-200（一次电压220，二次电压48V，额定容量60VA）；,实例1：,某机床控制电路电压为24V，控制电路的负载（各种继电器、接触器）为20W，功率因数0.8。机床电源为线电压380V。为满足控制电路的需要，试选择变压器的电压和功率，并说明接线方式。,备选变压器：BK-30（一次电压380，二次电压24V，额定容量30VA）；,备选变压器：BK-20（一次电压380，二次电压24V，额定容量20VA）；,实例2：,特点：,副绕组是原绕组的一部分，原、副压绕组不但有,磁,的联系，也有,电,的联系。,u,1,u,2,自耦变压器的,工作原理,和普通双绕组变压器,一样,，因此,变比相同,自耦变压器也称为,自耦调压器,，它的最大,特点,就是,可以通过转动手柄来获得副边所需要的,各种电压,。,u,1,u,2,自耦变压器的电路图符号,任务,2,特殊变压器、三相变压器的认识与应用,一、自耦变压器,若电源的输入端有,3,个接头。它可用于,220V,和,110V,的供电线路，若接错会把调压器烧坏。,接通电源前，应将输出端滑动触点旋至零位，然后接通电源，逐渐转动手柄，将电压调至所需的数值。,不要把输入、输出端接错。若接反,可能造成电源短路,可造成输出过高的电压,自耦变压器使用应注意：,二、仪用互感器,1电压互感器：,用于将高电压（500V以上）变换成低电压。,电压互感器的一次绕组匝数很多，并联于待测电路两端；二次绕组匝数,较少,。,使用注意：,电压互感器的铁心和低压绕组的一端必须接地。若不接地，万一高、低压绕组之间绝缘损坏，则低压侧出现高电压；,低压侧不能短路，因为短路电流大会烧坏绕组，因此应该串熔断器；,电压互感器使用时，二次侧并联阻抗不得太小，否则影响测量精度。,L,1,L,2,N,1,N,2,V,电压互感器二次侧额定电压为,100V,。,2电流互感器：,用于将大电流（5A以上）变换为小电流。原绕组线径较粗，匝数很少，与被测电路负载串联；副绕组线径较细，匝数很多。,电流互感器二次侧额定电压为,5A,。,使用注意：,副绕组电路不允许开路。,二次绕组开路时，互感器处于空载运行状态，此时一次绕组中流过的被测电流全部为励磁电流，使铁心中的磁通急剧增大，造成铁心过热，烧坏绕组。,二次绕组匝数多，将感应出很高的电压，危及测量人员和设备安全。所以在电流互感器工作时，检修或拆装电流表或功率表的电流线圈，应先将二次绕组短路。,铁心和二次绕组的一端必须接地。,二次绕组回路串联的电压表的电流线圈阻抗值不得超过允许值，以免降低测量精度。,电流互感器图片,例：,用变流比为100/5的电流互感器、变压比为10V/100 V的电压互感器，扩大量程，其电流表读数为2.5 A，电压表读数为90 V，试求被测电路的电流、电压各为多少？,即被测电路的电流为50A，电压为9000 V。,解：,三、电焊变压器,特点：,电焊变压器实质是一台特殊的降压变压器。电弧焊是靠电弧放电的热量来熔化金属的。,1电焊变压器在空载时，应有一定的空载电压，通常U0=6075V，最高不宜超过85V；,2负载时电压降至30V，短路时即焊条碰上工件时的电流,I,SC,也不应过大；,3为了满足不同焊接要求，焊接电流应在较大范围内进行调节。,电焊变压器的外特性曲线,外特性：,上图所示为电焊变压器的外特性曲线，其中,U,0,为空载电压，,I,SC,为短路电流，,I,N,、,U,N,为曲线上任意一点的焊接电流与电压。从图中可以看出，电压随电流的增大而迅速下降，即有陡降的外特性。,（b）串联可变电抗器,（a）磁分路,结构：,为了满足上述条件，电焊变压器必须具有较大的漏抗， 而且可以进行调节。,变压器有三只铁心柱，两边是主铁心，中间是动铁心。变压器的一次绕组绕在一个主铁心柱上，二次绕组的一部分绕在一次绕组的外层，一部分绕在另一铁心柱上。,动铁心装在固定铁心中间的螺杆上，螺杆转动时，活动铁心就沿着螺杆在固定铁心中间移动从而改变变压器的漏抗。当铁心处于全部推进位置时，漏磁通增多，输出电压随输出电流,的增大,下降较快；当铁心处于全部抽出位置时，漏磁通减少，输出电压随输出电流的增大而下降较慢，调节铁心的位置可获得满意的外特性曲线。,磁分路电焊变压器铁心及绕组图,焊接电流粗调,是靠变换二次绕组接线板上的连接片实现的-,改变二次绕组的匝数,;,焊接电流的细调,节是通过调整动铁心的位置-,改变漏抗,实现。,四、三相变压器,油浸式电力变压器,变压器工作时绕组和铁心都要发热。小容量的变压器可以采用空气自冷方式，即通过绕组和铁心直接将热量散失到周围的空气中去，大容量的变压器则需采用专门的冷却措施，常用的是将绕组和铁心放在盛满变压器油的油箱中去，热量通过油箱散失到周围的空气中，油箱的外壁装有散热片或油管，这种方式称为油浸自冷式。,变压器,的铭牌,三相变压器的铭牌,2 额定容量,S,N,单相变压器,1 型号,三相变压器,例,一台单相变压器额定容量,S,N,=180 kVA，一、二次绕组的额定电压,U,1N,/,U,2N,=6000/220 V，求一、二次绕组的额定电流,I,1N,、,I,2N,各为多大？这台变压器的二次绕组能否接入150 kW、 功率因数为0.75的感性负载？,二次绕组的电流,解：,一次绕组的电流,150kW的感性负载流过的电流为,由于,I,2,I,2N,，所以不能接入。,3额定电压,U,1N,和,U,2N,额定电压,U,1N,是指变压器在额定运行情况下， 加在一次绕组上的正常工作电压。它是根据变压器绝缘等级和允许温升等条件规定的。额定电压,U,2N,是指在一次绕组上加额定电压后，二次绕组空载时的电压值。,4额定电流,I,1N,和,I,2N,额定电流是指变压器允许长期通过的电流，它是根据变压器发热的条件而规定的满载电流值。,5冷却方式,油浸自冷方式(ONAN)、强力风冷方式(ONAF)、强迫油导向循环强力风冷方式(OFAF),6连接组标号(连接组别),连接组标号是指三相变压器一、二次绕组的连接方式。,Y:高压绕组作星形连接，y:低压绕组作星形连接;,D:高压绕组作三角形连接，d:低压绕组作三角形连接;,N:高压绕组作星形连接时的中性线，n:低压绕组作星形连接时的中性线。,如：Dyn11,三 相 电 力 变 压 器,型号 S9500/10,产品代号 IFATO、710、022,标准代号 GB1094.151996,额定容量 500kVA,额定电压：,U,1N,=10KV,U,2N,=0.4KV,3相 50Hz,使用条件 户外式,联接组别 Yyn0,短路电压 4.4%,冷却方式 ONAN 额定温升 80 器身重 1115 kg,油重 311 kg 总重量 1779 kg 出厂序号 201001061,变压器厂,2010年1月,求：一、二次测的相电压、相电流、变比。,额定效率 98.6%,解：,