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电机与电气控制技术,变压器部分,变压器,主要内容： 任务一 变压器认识 任务二 单相变压器的绕组极性及判定 任务三 其他变压器 任务四 变压器的维护及故障分析处理,任务一 变压器认识,任务描述：变压器是在电力系统和电子线路中应用广泛的电气设备。它可将一种交流电转变为另一种或几种频率相同而数值不同的交变电压。变压器的种类多种多样，但结构和工作原理相同，我们以三相油浸式电力变压器为例，来了解变压器的工作原理、结构、种类及用途。 任务分析：变压器的主要功能是电能变换，同时具有信号隔离的作用。电能变换就会有损失，就会发热；信号隔离就要使电路分开。我们在来了解变压器的工作原理、结构等。,任务一 变压器认识,方法与步骤： 一、变压器的结构 下面，我们以三相油浸式电力变压器为 例来了解变压器的结构。 油浸式变压器在电力系统使用最为广 泛，其基本结构可分成以下几个部分：铁 心、绕组、绝缘套管、油箱及其他附件等。 三相油浸式电力变压器的外形如图1.1所示。,任务一 变压器认识,任务一 变压器认识,1铁心 （1）铁心的材料 为了提高磁路的导磁性能，减小铁心中的磁滞、涡流损耗，铁心一般采用高磁导率的铁磁材料，即用0.350.5mm厚的硅钢片叠成。变压器用的硅钢片其含硅量比较高。硅钢片的两面均涂以绝缘漆，这样可使叠装在一起的硅钢片相互之间绝缘。 （2）铁心形式 铁心是变压器的主磁路，电力变压器的铁心主要采用心式结构，如图1.2所示，三相变压器是将A、B、C三相的绕组分别放在三个铁心柱上，三个铁心柱由上、下两个铁轭连接起来，构成闭合磁路，绕组的布置方式是将低压绕组放在内侧，而把高压绕组放在外侧。,任务一 变压器认识,任务一 变压器认识,2绕组 绕组是变压器的电路部分，它是铜或铝导线包绕绝缘纸以后绕制而成。按照线圈绕制的特点，分为圆筒式、螺旋式、连续式、纠结式等结构。为了便于绝缘，低压绕组靠近铁心柱，高压绕组套在低压绕组外面，两个绕组之间留有油道。 3油箱 变压器器身装在油箱内，油箱内充满变压器油。变压器油是一种矿物油，具有很好的绝缘性能，起两个作用：一是在变压器绕组与绕组、绕组与铁心及油箱之间起绝缘作用；二是变压器油受热后产生对流，对变压器铁心和绕组起散热作用。 油箱有许多散热油管，以增大散热面积。为了加快散热， 有的大型变压器采用内部油泵强迫油循环，外部用变压器风扇吹风或用自来水冲淋变压器油箱等，这些都是变压器的冷却方式。,任务一 变压器认识,4绝缘套管 变压器的引线从油箱内穿过油箱盖时，必须经过绝缘套管， 从而使高压引线和接地的油箱绝缘。绝缘套管是一根中心导电杆，外面有瓷套管绝缘。为了增加爬电距离，套管外形做成多级伞形。1035kV套管一般采用充油结构， 电压越高，其外形尺寸越大。 5其他附件 典型的油浸式电力变压器中还有储油柜（油枕）、吸湿器（呼吸器）、安全气道（防爆管）、继电保护装置、调压分接开关、 温度监控装置等附件,任务一 变压器认识,二变压器的工作原理 变压器是利用电磁感应定律把一种电压等级的交流电能转换成同频率的另一种电压等级的交流电能。其基本工作原理如图1.3所示，在铁心柱上绕制两个绝缘线圈。电源侧的线圈称为原边绕组或一次绕组，负载侧的线圈称为副边绕组或二次绕组。,任务一 变压器认识,任务一 变压器认识,当原边绕组接到交流电源时，绕组中便有交流电流流过，并在铁心中产生与外加电压频率相同的磁通。这个交变磁通同时交链着原边绕组和副边绕组。原、副绕组的感应电势分别为 因为e1u1 ； e2u2 所以， （1-1） 其中K为变压器的变比，它等于原、副绕组的匝数比，也等于原边一相绕组的感应电势与副边一相绕组的感应电势之比。 由此可见，只要改变变压器的变比K，就能达到改变电压的目的。,任务一 变压器认识,三变压器的种类 变压器的种类很多，可按其用途、相数、结构、调压方式、冷却方式等不同来进行分类。 （1）按用途分类：升压变压器、降压变压器； （2）按相数分类：单相变压器和三相变压器； （3）按线圈数分类：双线圈变压器、三线圈变压器和自耦变压器； （4）按铁心结构分类：心式变压器和组式变压器； （5）按调压方式分类：无载调压变压器、有载调压变压器； （6）按冷却介质和冷却方式分类：油浸式变压器和干式变压器等； （7）按容量大小分类：小型变压器、中型变压器、大型变压器和特大型变压器。,任务一 变压器认识,四变压器的用途 现代化的工业企业广泛的采用电力作为能源，而发电厂发出的电力往往需经远距离传输才能到达用电地区。在传输的功率恒定时，传输电压越高，则所需的电流越小。因为电压降正比于电流。线损正比于电流的平方，所以用较高的输电电压可以获得较低的线路压降和线路损耗，要制造电压很高的发电机，目前技术很困难，所以要用专门的设备将发电机端的电压升高以后再输送出去，这种专门的设备就是变压器。另一方面，在受电端又必须用降压变压器将高压降低到配电系统的电压，故要经过一系列配电变压器将高压降低到合适的值以供使用。 由以上可知，变压器是一种通过改变电压而传输交流电能的静止感应电器。 在电力系统中，变压器的地位十分重要，不仅所需数量多，而且性能好，运行安全靠。 变压器除了应用在电力系统中，还应用在需要特种电源的工矿企业中。例如：冶炼用的电炉变压器，电解或化工用的整流变压器，焊接用的电焊变压器，试验用的试验变压器，交通用的牵引变压器，以及补偿用的电抗器，保护用的消弧线圈，测量用的互感器等。,任务一 变压器认识,五变压器的铭牌 为了使变压器安全、经济、合理地运行，在每台变压器上都安装有一块铭牌，上面标明了变压器的型号及各种额定数据， 作为正确使用变压器的依据。图1.4所示的变压器是配电站用的降压变压器，将10 kV的高压降为400 V的低压， 供三相负载使用， 铭牌中参数说明如下。,任务一 变压器认识,任务一 变压器认识,（1）型号,任务一 变压器认识,（2）额定容量 额定容量是指变压器在额定工作状态下，二次绕组的视在功率，其单位为kVA。对于单相变压器而言，即变压器二次绕组的额定电压U2N与额定电流I2N的乘积。 （1-2） 三相变压器的额定容量为 (1-3) （3）额定电压和 额定电压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。,任务一 变压器认识,（4）短路电压 短路电压也称阻抗电压，即一个绕组短路，另一个绕组流过额定电流时的电压值，可以在变压器短路试验中测得。通常用额定电压的百分比表示。 （5）额定电流和 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。 （6）连接组标号 连接组标号是指三相变压器一、二次绕组的连接方式。 Y指高压绕组作星形连接，y指低压绕组作星形连接，D指高压绕组作三角形连接，d指低压绕组作三角形连接，N指高压绕组作星形连接时的中性线，n指低压绕组作星形连接时的中性线。,任务二 单相变压器的绕组极性及判定,任务描述：变压器的绕组极性是指变压器一、二次绕组中的感应电动势的相位关系。如果极性接反就会把变压器烧毁。因此，我们要学会如何判定变压器的绕组极性。 任务分析： 单相变压器可以通过两种方法即分析法、实验法来判定变压器的绕组极性，我们应该掌握这两种方法。,任务二 单相变压器的绕组极性及判定,方法与步骤： 1分析法 因为变压器的一、二次绕组在同一个铁心上，故都被磁通交链。当磁通变化时，在两个绕组中的感应电动势也有一定的方向性，当一次绕组的某一端点瞬时电位为正时，二次绕组也必有一电位为正的对应点，这两个对应的端点，我们称之为同极性端或同名端，用符号“”表示。,任务二 单相变压器的绕组极性及判定,对两个绕向已知的绕组，我们可以从电流的流向和它们所产生的磁通方向判断其同名端，如图1-5(a)中所示，已知一、 二次绕组的方向，当电流从1端和3端流入时，它们所产生的磁通方向相同，因此1、3端为同名端。同样，2、4端也为同名端， 同理可以知道图15(b)中， 1、4端为同名端。,图1-5 单相变压器分析法极性判定,任务二 单相变压器的绕组极性及判定,2. 实验法 （1）交流法 如图1-6所示，将一、二次绕组各取一个接线端连接在一起，如图中2端和4端，并在N2N1绕组上加上适当的交流电u12，再用交流电压表测量u12、u13、u34各值，如果测量结果为u13=u12-u34，则1、3端为同名端，如果u13=u12+u34, 则1、 4端为同名端。,图1-6 单相变压器交流法极性判定,任务二 单相变压器的绕组极性及判定,（2）直流法 用1.5V或3 V的直流电源，按图1-7所示连接。直流电源接在高压绕组上，灵敏电流计接在低压绕组两端，正接线柱接3端， 负接线柱接4端。 当开关合上的一瞬间， 如果电流计指针向右偏转，则1、3端为同名端； 否则电流计指针向左偏转，则1、4端为同名端。因为一般灵敏电流计电流从“+”接线柱流入时，指针向右偏转，从“”接线柱流入时， 指针向左偏转。,图1-7 单相变压器直流法极性判定,任务三 其他变压器,任务描述：实际生产中，除了进行电力变换的变压器外，我们还经常用到一些其他用途的变压器，如电流互感器、电压互感器、自耦变压器等。 任务分析： 电流互感器、电压互感器、自耦变压器的作用、原理及使用注意事项。,任务三 其他变压器,方法与步骤： 1电流互感器 电流互感器的结构、工作原理与普通双绕组变压器相似，也是由铁心和原、副绕组两个主要部分构成。其主要特点在于，电流互感器原绕组的匝数很少，一般只有一匝到几匝。使用中，原绕组串联在被测电路中，流过被测电流。如图1-8所示。,图1-8 电流互感器原理图,任务三 其他变压器,副绕组的匝数很多，用较细的导线绕制。根据测量的目的不同，副绕组联接电流表或电度表的电流线圈或电流继电器。这些仪表的阻抗极小，所以电流互感器相当于短路运行的升压变压器。与普通变压器的短路情况相似。副绕组的电动势很小一般只有几伏特，所以铁心内的磁通也很少，根据电流比公式I1N1=I2N2可知： （1-4） 其中,Ki称为电流互感器的额定电流比，标在电流互感器的铭牌上。,任务三 其他变压器,电流互感器的符号如图1-9所示。例如若电流表的读数为4 A，电流比为40/5，则被测电流为I1=KiI2=40/54=32A。在实际应用中， 与电流互感器配套使用的电流表中的电流已换算成一次绕组的电流，可以直接读出测量数据，不必再进行换算。,图1-9 电流互感器符号,任务三 其他变压器,电流互感器使用时必须注意的事项： (1) 使用过程中电流互感器二次绕组绝对不能开路。因为二次绕组开路时，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。同时二次绕组匝数多，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。 (2) 电流互感器的铁心和二次绕组应可靠接地，以防止绝缘击穿后，高电压危及人员和设备安全。 (3) 二次绕组回路阻抗不应超过规定值， 以免增加误差。,任务三 其他变压器,2电压互感器 电压互感器的结构和工作原理与单相变压器相同。它的实质就是一个降压变压器，是由铁心和一、二次绕组两个主要部分组成的。它的主要特点在于：原绕组匝数较多，并联在被测电路中，副绕组匝数较少，接在高阻抗的测最仪表上，有很准确的电压比。根据测量的目的不同，原绕组接被测量的高电压端，副绕组接电压表、瓦特表或电度表的电压线圈，所接仪表的阻抗都很大，因此，电压互感器的副绕组电流很小，近似等于零。所以电压互感器正常运行时接近于空载运行。如图1-10所示为电压互感器的原理图。,图1-10 电压互感器原理图,任务三 其他变压器,根据变压器的电压比公式 （1-5） 其中，Ku是电压互感器的变换系数，也称电压互感器的变换倍率。Ku一般标在电压互感器的铭牌上，只要读出二次绕组的电压，一次绕组的电压可以由上式求出。在实际应用中，与电压互感器配套使用的电压表中的电压已换算成一次绕组的电压， 可以直接读出测量数据，不必再进行换算。,任务三 其他变压器,电压互感器的符号如图1-11所,图1-11 电压互感器符号,任务三 其他变压器,使用电压互感器时应注意以下事项： (1) 电压互感器运行时，二次绕组绝不许短路， 否则将产生很大的短路电流，导致互感器烧坏。 (2) 为了保证设备和人员安全， 电压互感器的铁心和二次绕组必须可靠接地。 (3) 电压互感器有一定的额定容量，二次绕组回路不宜接入过多仪表，以免影响测量精度。,任务三 其他变压器,3自耦变压器 普通变压器原、副绕组之间由磁通相互联系起来，依据法拉第电磁感应定律称之为互感理象，也可以称为互耦合现象。根据法拉第电磁感应定律所讲的自感现象制成的变压器，称之为自感变压器，也称为自耦变压器，其应用范围很广泛。 自耦变压器是单绕组变压器，一、二次绕组共用一个线圈， 绕在闭合的铁心上，二次绕组是一次绕组的一部分。可见自耦变压器的一、二次绕组之间除了有磁的耦合外，还有电的直接联系。自耦变压器原理图如图1-12所示。,任务三 其他变压器,当AX间外加交流电压U1时，由于主磁通的作用，在AX间产生感应电动势E14.44fN1m ，而在ax间产生感应电动势E24.44fN2m ，如不计算漏磁阻压降，则,图1-12 自耦变压器原理图,（16）,任务三 其他变压器,当负载时，假定一次绕组电流为I1, 负载电流为I2，则二次绕组的电流II1+I2。有磁势平衡关系 因为空载电流I0很小，可以忽略，即I0 =0。 则有 整理得,（17）,任务三 其他变压器,使用时，要求接线正确，对于单相自耦变压器，要求把原、副绕组的公用端接零线。这样使用较为安全。三相自耦变压器的中性点也必须可靠接地。另外，自耦变压器联接电源之前，一定要把输出电压手柄转回到零位或所孺要的电压档位上 。,任务四 变压器的维护及故障分析处理,任务描述：为了保证变压器能安全可靠地运行，防止严重故障出现。因此，我们要对变压器做定期检查、监测其运行状态；不可避免地变压器在运行过程中，可能发生各种不同的故障。常见的故障主要有绕组故障、铁心故障及分接开关、瓷套管故障等。其中，绕组故障最多。 任务分析：变压器的日常维护内容；根据故障现象查找产生原因并检查处理,任务四 变压器的维护及故障分析处理,方法与步骤： 1变压器的维护： （1）检查套管和磁裙的清洁程度并及时清理, 保持磁套管及绝缘子的清洁, 防止发生闪络。 （2）冷却装置运行时, 应检查冷却器进、出油管的蝶阀在开启位置; 散热器进风通畅,入口干净无杂物; 检查潜油泵转向正确, 运行中无异音及明显振动; 风扇运转正常; 冷却器控制箱内分路电源自动开关闭合良好, 无振动及异常声音; 冷却器无渗漏油现象。 （3）保证电气连接的紧固可靠。,任务四 变压器的维护及故障分析处理,（4）定期检查分接开关, 并检查触头的紧固、灼伤、疤痕、转动灵活性及接触的定位。 （5）每3 年应对变压器的线圈、套管以及避雷器进行检测。 （6）每年检查避雷器接地的可靠性, 避雷器接地必须可靠, 而引线应尽可能短。旱季应 检测接地电阻, 其值不应超过5 。 （7）更换呼吸器的干燥剂和油浴用油。 （8）定期试验消防设施。,任务四 变压器的维护及故障分析处理,2变压器的故障分析及处理： （1）绝缘降低：变压器在运行中，往往会出现绝缘降低的现象。绝缘降低最基本的特点，是绝缘电阻下降，以致造成运行泄露电流增加，发热严重，温升增高，从而进一步促进绝缘老化。若延续下去，后果非常严重，绝缘下降的原因之一就是绝缘受潮；原因之二是绝缘老化，一些年久失修的老变压器，最容易出现这类故障；原因之三是油质劣化，绝缘性变差。,任务四 变压器的维护及故障分析处理,2变压器的故障分析及处理： （1）绝缘降低：变压器在运行中，往往会出现绝缘降低的现象。绝缘下降的原因之一就是绝缘受潮；原因之二是绝缘老化，一些年久失修的老变压器，最容易出现这类故障；原因之三是油质劣化，绝缘性变差。,任务四 变压器的维护及故障分析处理,（2）温升过高：温升过高最明显的象征是，电流表指针超过了预定界限。温升过高的原因有， 电流过大，负荷过重，超过变压器容量允许限度 通风不良 变压器内部的损坏,任务四 变压器的维护及故障分析处理,（3）变压器内部的损坏 如线圈损坏，短路，油质不良等。应当针对损坏情况进行修理。 （4）声响异常 变压器运行正常时是发出连续匀称的嗡嗡声。 变压器发出“吱吱”声时，说明表面有闪络，应检查套管。 变压器有“哔剥”声，说明有击穿现象，可能发生在线圈间或铁芯与夹件间。,任务四 变压器的维护及故障分析处理,（5）瓦斯继电器动作 a、油位降低，二次回路的故障。由外部检查可确定。 b、滤油，加油或冷却系统不严密，致使空气进入变压器。 （6）变压器自动装置跳闸：此时应检查外部有无短路，过负荷和二次线路等故障。如故障原因不在外部，则需要检查绝缘电阻。若失火，则需要拉闸放油。使油面底于着火处，并进行灭火。,任务四 变压器的维护及故障分析处理,试验方法检查故障：,任务四 变压器的维护及故障分析处理,任务四 变压器的维护及故障分析处理,任务四 变压器的维护及故障分析处理,任务四 变压器的维护及故障分析处理,变压器故障的分析,任务四 变压器的维护及故障分析处理,任务四 变压器的维护及故障分析处理,任务四 变压器的维护及故障分析处理,任务四 变压器的维护及故障分析处理,