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1、电机与电气控制技术电机与电气控制技术第一篇第一篇电机与变压器电机与变压器 在电力生产中，发电机和变压器是发电、输配电中的主要设备。将水、热、风及太阳能等能源转换成电能，都需要发电机；经济地传输和分配电能，必须使用变压器（升压、降压），将不同电压等级的电能配送到各个用电单位。人类的生活及社会的发展需要不断动自然界取得能源，用以丰富和提高自身的生活水平和文明程度。电能的产生、传输、分配、控制和转换都是既方便又高效率的，所以它成了各种能量转换的中间环节。项目一项目一变压器变压器 认识自耦变压器和互感器任务四了解变压器在相关专业中的应用任务五 变压器的极性判别任务三 变压器的功能分析任务二 认识变压器
2、任务一变压器的维护、检修及耐压试验任务三项目一项目一变压器变压器学习目标学习目标 1.1.掌握变压器的作用及工作原理掌握变压器的作用及工作原理 ；2.2.掌握变压器的基本结构掌握变压器的基本结构 ；3.3.掌握变压比的概念；掌握变压比的概念；4.4.了解变压器的应用；了解变压器的应用；一、单相变压器结构一、单相变压器结构任务一任务一认识变压器认识变压器 单相变压器主要由铁芯和绕组两部分组成，如图所示。铁芯是变压器中很重要的一部分，一方面作为变压器的机械骨架，另一方面，还可以构成闭合磁路。铁芯有铁芯柱和铁轭两部分组成，铁芯柱用来套装变压器线圈，而铁轭的作用则是连接铁芯柱，从而构成闭合磁路。一、单
3、相变压器结构一、单相变压器结构任务一任务一认识变压器认识变压器 1.1.铁芯铁芯任务一任务一认识变压器认识变压器一、单相变压器结构一、单相变压器结构 1.1.铁芯铁芯 根据铁芯的形式不同，变压器可分为心式变压器和壳式变压器，其套装方式分别如图所示。心式变压器采用心式铁芯，把绕组套装在两侧的铁芯柱上，即绕组包围铁芯的形式，应用比较广泛壳式变压器采用壳式铁芯，把绕组分别套装在中间的铁芯柱上，即铁芯包围绕组的形式任务一任务一认识变压器认识变压器一、单相变压器结构一、单相变压器结构 2.2.绕组绕组绕组是变压器的电路部分。绕绕组组的的材材质质：漆包线，纱包线，丝包线,纸包线。对于导线的要求是导电性能好
4、，绝缘漆层有足够的耐热性能，并且要有一定的耐腐蚀能力。一般情况下最好用高强度的聚脂漆包线。绕绕组组的的名名称称：变压器的两组线圈通常可以根据电压高低分为高压绕组和低压绕组，根据连接对象的不同分为一次绕组（接电源，有时也称为原边绕组）和二次绕组（接负载，通常可以称为副边绕组）。变压器是利用电磁感应原理工作的二、工作原理二、工作原理任务一任务一认识变压器认识变压器原理叙述：原理叙述：给一次绕组施加交变电压，在绕组中产生交变电流，从而在铁芯中产生交变磁通，根据电磁感应原理，磁通的变化在一次绕组和二次绕组中分别产生感应电动势e1和e2，若把负载接在二次绕组上，就会有电流流过负载，实现电能的传递，同时，
5、e1和e2的大小与一次和二次绕组的匝数成正比，所以只要改变一次、二次绕组的匝数之比就可以改变电压输出的大小三、分类三、分类单相变压器、三相变压器和多相变压器。1.1.按相数分按相数分变压器的种类很多，主要有以下几种分类方法。任务一任务一认识变压器认识变压器（a）单相变压器）单相变压器（b）三相变压器）三相变压器任务一任务一认识变压器认识变压器三、分类三、分类 2.2.按冷却方式分按冷却方式分（1）干式变压器：利用空气对流进行自然冷却或采用通风机进行强迫式冷却。（2）油浸式变压器：利用变压器油作为冷却介质，如油浸自冷式、油浸风冷式、强迫油循环自冷式和强迫油循环风冷式等。(a)干式变压器干式变压器
6、(b)油浸式变压器油浸式变压器任务一任务一认识变压器认识变压器三、分类三、分类 3.3.按用途分按用途分(a)(a)升升压变压压变压器器 (b)降降压变压压变压器器 (c)配配电变压电变压器器（1）电力变压器：用于输配电系统的升压、降压及配电。（2）仪用变压器：如电压互感器、电流互感器，用于测量仪表和继电保护装置。（3）隔离变压器：实现对一次侧和二次侧电路的电气隔离。（4）特种变压器：如电炉变压器、整流变压器、调整变压器、电容式变压器等。任务一任务一认识变压器认识变压器三、分类三、分类 4.4.按绕组构成分按绕组构成分5 5.按铁芯形式分按铁芯形式分有心式变压器和壳式变压器。有双绕组变压器、三
7、绕组变压器、多绕组变压器和自耦变压器等。任务一任务一认识变压器认识变压器四四、变压器的技术参数、变压器的技术参数 每台变压器都有一个铭牌，如图所示，表明其型号及主要技术参数，作为正确使用该变压器的依据任务一任务一认识变压器认识变压器四四、变压器的技术参数、变压器的技术参数 1.1.型号型号型号为S9M800/6，其中S表示三相电力变压器，9表示设计序号，M表示密封式，800表示其额定容量为800KVA，6表示其高压侧电压为6KV。变压器的型号及含义如下所示：任务一任务一认识变压器认识变压器四四、变压器的技术参数、变压器的技术参数 2.2.额定电压额定电压3 3.额定电流额定电流额定电流额定电流
8、是指变压器满载运行时的允许发热电流值，在三相变压器中，额定电流是指绕组的线电流。一次绕组额定电压一次绕组额定电压是指在考虑到变压器的绝缘强度和允许发热等条件的情况下，加在一次绕组上的正常工作电压值，由于供电电网电压的波动，一般会给定三个电压值，根据实际情况选择，以保证二次绕组的电压符合负载要求二次绕组额定电压二次绕组额定电压是指变压器空载时，二次绕组的正常工作电压值。对三相变压器来说，额定电压是指绕组的线电压。任务一任务一认识变压器认识变压器四四、变压器的技术参数、变压器的技术参数 4.4.额定容量额定容量额额定定容容量量是指变压器在额定状态下工作时，二次绕组的视在功率，单位为KVA，它反映的
9、是变压器传送功率的能力大小。单相变压器：三相变压器：变压器的技术参数还有很多，比如额定频率、短路阻抗、效率等，在此就不一一列举了。任务一任务一认识变压器认识变压器五、变压器的损耗和效率五、变压器的损耗和效率 1.1.损耗损耗 铜铜损损耗耗主要是由于一次和二次绕组通入电流而产生的电阻损耗，其大小与电流的平方成正比，所以又称为可变损耗。另外还有一部分由于漏磁通而产生的附加铜损耗，约占基本铜损耗的3%20%。若变压器的输入功率为P1，输出功率为P2，中间的损耗 P为，则P2=P1-P。由于变压器属于静止电器，没有旋转部件，不存在机械损耗，所以其损耗主要包括两部分：铜损铜损耗耗和和铁损铁损耗耗。任务一
10、任务一认识变压器认识变压器五、变压器的损耗和效率五、变压器的损耗和效率 2.2.效率效率 铁损铁损耗耗包括基本铁损耗和附加铁损耗两部分，基本铁损耗是指铁芯中的磁滞损耗和涡流损耗，附加损耗是指因铁芯叠片因绝缘损伤而产生的局部涡流损耗以及主磁通在铁芯以外的结构部件中产生的涡流损耗。由于铁损耗主要与铁芯中的磁通有关，在电源电压一定时，铁芯中的磁通基本不变，铁损耗也基本不变，因此铁损耗又称为不变损耗。变压器的输出功率与输入功率之比称为变压器的效率，用表示，即=（P2/P1）100任务二 变压器的功能分析一、变换电压一、变换电压K:变压比是指变压器一次绕组与二次绕组的相电动势之比，它是变压器最重要的参数
11、之一。任务二 变压器的功能分析 所以，变压器有变换电压的作用，也正因如此,变压器在电力系统、铁路机车、轨道交通车辆和电子电路中都得到了广泛应用。变压器一次绕组和二次绕组的电压与其绕组匝数成正比，即匝数较多的绕组其电压较高，而匝数较少的绕组其电压较低，若一次绕组的输入电压一定，则改变二次绕组的匝数或一次、二次绕组匝数之比就可改变二次绕组的输出电压。一、变换电压一、变换电压任务二 变压器的功能分析二、变换电流二、变换电流 变压器除了改变电压之外，还可以改变电流的大小，而且一次绕组电流、二次绕组电流与绕组的匝数成反比，即匝数较多的绕组其电流较小，而匝数较少的绕组其电流较大。任务二 变压器的功能分析三
12、、变换阻抗三、变换阻抗 在经变压器变换电压后，阻抗为的ZL负载对电源来说，等效阻抗增加为原来的K倍。任务三 变压器的极性判别一、变压器绕组的极性一、变压器绕组的极性变压变压器模型器模型变压变压器器绕组绕组的极性的极性 变压器绕组的极性指的是变压器一次绕组、二次绕组在同一磁通作用下产生的感应电动势之间的相位关系，通常用同名端来标记。任务三 变压器的极性判别二、极性的判别二、极性的判别 1.1.直观法直观法 绕组的极性是由它的绕制方向决定的，所以可以通过直观法判断它们的极性。如图所示，如果从绕组的某端通入直流电，产生的磁通方向一致的这些端点就是同名端（右手螺旋法则判别）。任务三 变压器的极性判别
13、2.2.测试法测试法（1）交流法交流法（电压表法）（电压表法）二、极性的判别二、极性的判别任务三 变压器的极性判别 2.2.测试法测试法（2）直流法直流法（检流计法）（检流计法）二、极性的判别二、极性的判别任务四 认识自耦变压器和互感器一、自耦变压器一、自耦变压器 自耦变压器的工作原理与普通变压器是一样的，根据电磁感应原理，流经公共绕组中的电流I的大小为I=I2-I1 可见，流经公共绕组中的电流较小，所以这部分绕组可以用截面积较小的导线绕制，节省用铜量，并减小自耦变压器的体积和重量。自耦变压器是一种特殊结构的变压器，一次绕组和二次绕组合二为一，一个绕组是另一个绕组的一部分，如图所示，自耦变压器
14、的一次绕组和二次绕组之间既有磁的耦合，也有电的直接联系。任务四 认识自耦变压器和互感器二、互感器二、互感器 要做一个直接测量大电流、高电压的仪表是很困难的，操作起来也是十分危险的。利用变压器能改变电压和电流的功能，制造出特殊的变压器仪用变压器（或称互感器）。互感器是一种测量用的专用设备，分电电流流互互感感器器和电电压压互互感感器器两种，其工作原理与变压器相同，把高电压变成低电压，就是电压互感器，把大电流变成小电流，就是电流互感器。使用仪用互感器的目目的的一是为了测量人员的安全，使测量回路与高压电网相互隔离，二是可以扩大测量仪表（电流表或电压表）的测量范围。任务四 认识自耦变压器和互感器二、互感
15、器二、互感器1.1.电压互感器电压互感器电压电压互感器原理互感器原理1-二次二次绕组绕组；2-铁铁心；心；3-一次一次绕组绕组 电压互感器是把高电压降低后进行测量的电工设备，它本质上就是一台降压变压器，使用时其一次侧与待测电路并联，二次侧与电压表或其他仪表的电压线圈并联，如图所示。任务四 认识自耦变压器和互感器（2）电压互感器的铁芯及二次侧的一端必须可靠地接地，以防绝缘破坏时铁心和绕组带高压电，保证工作人员的安全。（3）电压互感器有一定的额定容量，使用时二次侧不宜接入过多的仪表，以免影响电压互感器的测量精度。使用电压互感器的注意事项：使用电压互感器的注意事项：（1）电压互感器的二次侧在使用时绝
16、对不允许短路，否则将产生巨大的短路电流，将电压互感器烧坏。为此，二次侧要装熔断器保护。任务四 认识自耦变压器和互感器2 2.电流互感器电流互感器 电流互感器是把大电流降低后进行测量的电工设备，根据变压器的功能可知，要降低电流就必须要升高电压，所以电流互感器实质上是一台升压变压器。使用时一次侧与待测电路串联，二次侧与交流电流表或功率表的电流线圈相接，如图所示。任务四 认识自耦变压器和互感器电流互感器使用时需要注意的事项：电流互感器使用时需要注意的事项：（1）电流互感器的二次侧绝对不允许开路，否则会产生高压，危机仪表和人身安全，因此电流互感器的二次侧不能接熔断器；运行中如果要拆下电流表，必须先将二次侧短路才行。（2）电流互感器的铁芯和二次侧一端必须可靠接地，以保证操作人员和设备的安全。（3）电流互感器的一次侧、二次侧绕组有同名端标记，二次侧接功率表或电能表的电流线圈时，极性不能接错。（4）电流互感器二次侧负载阻抗大小会影响测量的准确度，负载阻抗的值应小于互感器要求的阻抗值，使互感器尽量工作在“短路状态”。并且所用互感器的准确度等级应比所接的仪表准确度高两级，以保证测量准确度。任务五 了解变
