電機(jī)與電氣控制技術(shù) 課件 （馮凱） 項(xiàng)目1 變壓器的運(yùn)行和維護(hù)

項(xiàng)目一變壓器的運(yùn)行和維護(hù)目錄任務(wù)一

變壓器的結(jié)構(gòu)認(rèn)知任務(wù)二

單相變壓器的認(rèn)識(shí)與使用任務(wù)三

三相變壓器的認(rèn)識(shí)與使用任務(wù)一變壓器的結(jié)構(gòu)認(rèn)知任務(wù)描述變壓器是電力系統(tǒng)中數(shù)量極多且地位十分重要的電氣設(shè)備，變壓器的總?cè)萘看蠹s是發(fā)電機(jī)總?cè)萘康?倍以上，作為一種靜止的電氣設(shè)備，在電能的傳輸、分配和安全使用等方面都具有重要的意義，此外，在通信、廣播、電氣及冶金等多個(gè)行業(yè)也得到了廣泛的應(yīng)用。目錄變壓器的結(jié)構(gòu)變壓器的分類變壓器的銘牌變壓器的結(jié)構(gòu)1.變壓器在電力系統(tǒng)中主要作用是變換電壓，以利于功率的傳輸。2.升高電壓可以減少線路損耗，提高送電的經(jīng)濟(jì)性，達(dá)到遠(yuǎn)距離送電的目的。3.降低電壓，把高電壓變?yōu)橛脩羲枰母骷?jí)使用電壓，滿足用戶需要。變壓器是一種靜止的電氣設(shè)備，它利用電磁感應(yīng)原理將一種電壓等級(jí)的交流電能轉(zhuǎn)變成另一種電壓等級(jí)的交流電能。原動(dòng)機(jī)用戶發(fā)電機(jī)

升壓變壓器降壓變壓器配電變壓器10kV·A電力變壓器的基本結(jié)構(gòu)圖

在電力系統(tǒng)中，油浸自冷式雙繞組變壓器應(yīng)用較為廣泛，本項(xiàng)目主要以10kV·A級(jí)變壓器為例，來說明變壓器的結(jié)構(gòu)。右圖是10kV·A級(jí)變壓器的結(jié)構(gòu)圖。變壓器（油浸式）器身鐵芯繞組引線（包括調(diào)壓裝置、引線夾件等）絕緣附件（包括油枕、油門閘閥等）油箱本體油箱冷卻裝置（包括散熱器、風(fēng)扇、油泵等）保護(hù)裝置（包括防爆閥、氣體繼電器、測(cè)溫元件、呼吸器等）出線裝置（包括套管等）電力變壓器的基本結(jié)構(gòu)圖變壓器的主要部件是由鐵芯和繞組構(gòu)成的器身，鐵芯是磁路部分，繞組是電路部分。除此以外還有油箱、絕緣套管、儲(chǔ)油柜及分接開關(guān)等其他附件。變壓器的主要部件--鐵芯1.鐵芯

鐵芯是變壓器的磁路部分，分為鐵芯柱和鐵軛兩部分。在鐵芯柱上套上繞組，再用鐵軛將鐵芯柱連接起來構(gòu)成閉合磁路。（1）鐵芯材料：為了減少交變的磁通在鐵芯中產(chǎn)生的磁滯和渦流損耗，提高磁路的導(dǎo)磁性能，鐵芯一般是由厚度為0.35~0.5mm的硅鋼片疊裝而成，每片硅鋼片兩面都涂上漆膜，使片與片之間絕緣。變壓器的主要部件--鐵芯

（2）鐵芯疊裝形式：鐵芯底片的形式根據(jù)變壓器的大小有所不同。大中型變壓器的鐵芯，一般是將硅鋼片剪成一定形狀，采用交錯(cuò)重疊的方式組裝而成，各層磁路的接縫互相錯(cuò)開，便于減小氣隙和磁阻，如圖所示。小型變壓器為了簡(jiǎn)化工藝和減小氣隙，常采用E字形、F字形或C字形硅鋼片疊裝而成，如下圖所示。變壓器的主要部件--鐵芯（3）鐵芯柱截面：在小型變壓器中，鐵芯柱截面的形狀一般采用正方形或矩形，而在大容量變壓器中，鐵芯柱的截面一般做成階梯形，以充分利用繞組的內(nèi)圓空間，如下圖所示。

鐵芯柱截面變壓器的主要部件--鐵芯（4）鐵芯結(jié)構(gòu)型式：變壓器鐵芯的結(jié)構(gòu)有芯式、殼式和漸開線式等型式，心式結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是鐵芯柱被繞組包圍，如下圖所示。單相芯式變壓器結(jié)構(gòu)殼式結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是鐵芯包圍繞組頂面、底面和側(cè)面，如下圖所示。殼式結(jié)構(gòu)的機(jī)械強(qiáng)度較好，但制造復(fù)雜，心式結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，繞組裝配比較容易，故電力變壓器的鐵芯主要采用心式結(jié)構(gòu)。

殼式變壓器結(jié)構(gòu)

同心式繞組是將高、低壓繞組同心地套在鐵芯柱上。通常低壓繞組靠近鐵芯，高壓繞組在外側(cè)，如左圖所示。這主要是從絕緣要求容易滿足和便于引出高壓分接開關(guān)來考慮的。同心式繞組結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，電力變壓器一般采用這種結(jié)構(gòu)。變壓器的主要部件--繞組

繞組也是變壓器的最基本的部件之一。它是變壓器的電路部分，一般用絕緣紙包裹的銅線或者鋁線繞成。接到高壓電網(wǎng)的繞組為高壓繞組，接到低壓電網(wǎng)的繞組為低壓繞組。根據(jù)高低壓繞組裝配位置的不同，分為同心式繞組和交疊式繞組。2.繞組

交疊式繞組：又稱餅式繞組，是將高、低壓繞組分為若干線餅，沿著鐵芯柱的高度方向交替排列，為了便于繞組和鐵芯絕緣，一般把最上層和最下層放置低壓繞組，如下圖所示，主要用于特種變壓器中。變壓器的主要部件--繞組變壓器的主要部件--油箱3.油箱

油浸式變壓器的整個(gè)器身（將繞組套在鐵芯上就構(gòu)成了變壓器的器身）都放在油箱中，箱內(nèi)充滿變壓器油。變壓器油作為一種礦物油，具有很好的絕緣性能，主要起兩個(gè)作用：①在變壓器繞組與繞組之間、繞組與鐵芯和油箱之間起絕緣作用；②變壓器油受熱后產(chǎn)生對(duì)流，對(duì)變壓器鐵芯和繞組起散熱作用。此外，油箱外部有許多散熱油管，主要是為了增大散熱面積。

散熱油管變壓器的主要部件--儲(chǔ)油柜

儲(chǔ)油柜也稱作油枕，有常規(guī)油枕和波紋油枕之分，當(dāng)變壓器油的體積隨油溫的升降而膨脹或縮小時(shí)，油枕就起著儲(chǔ)油和補(bǔ)油的作用，以保證油箱內(nèi)始終充滿油。油枕的體積一般為變壓器總油量的8%～10%左右。常規(guī)油枕有三種形式：敞開式、隔膜式和膠囊式。大型變壓器為了保證變壓器油的性能，防止油的氧化受潮，一般采用隔膜式和膠囊式，以避免油與空氣直接接觸。油枕上裝有油位計(jì)，現(xiàn)在一般采用磁力油位計(jì)，變壓器的油位計(jì)和變壓器油的溫度相對(duì)應(yīng)，用以監(jiān)視變壓器油位的變化。

膠囊式儲(chǔ)油柜隔膜式儲(chǔ)油柜4.儲(chǔ)油柜儲(chǔ)油柜油位變化示意圖變壓器的主要部件--儲(chǔ)油柜（1）

亦稱防爆管，如圖所示，裝在油箱頂蓋上，它是一種保護(hù)設(shè)備，當(dāng)變壓器發(fā)生嚴(yán)重故障而產(chǎn)生大量氣體時(shí)，氣體和油將首先沖破防爆膜向外噴出，以降低油箱內(nèi)的壓力，避免油箱內(nèi)因受到強(qiáng)大的壓力而爆裂。

5.安全氣道1—油箱2—儲(chǔ)油柜3—?dú)怏w繼電器4—安全氣道變壓器的主要部件--氣體繼電器6.氣體繼電器

氣體繼電器也稱瓦斯繼電器，它是變壓器的主要保護(hù)裝置，安裝在變壓器油箱與儲(chǔ)油柜的連接管上。、當(dāng)變壓器內(nèi)部故障時(shí)，由于油的分解產(chǎn)生的油氣流，沖擊繼電器下?lián)醢?，使接點(diǎn)閉合，跳開變壓器各側(cè)斷路器。若空氣進(jìn)入變壓器或內(nèi)部有輕微故障時(shí)，可使繼電器上接點(diǎn)動(dòng)作，發(fā)出預(yù)報(bào)信號(hào)，通知相關(guān)人員處理。瓦斯繼電器上部裝有試驗(yàn)及恢復(fù)按鈕和放氣閥門。瓦斯繼電器上部有引出線，分別接入跳閘保護(hù)及信號(hào)。瓦斯應(yīng)有防雨罩，防止進(jìn)水。瓦斯繼電器應(yīng)定期進(jìn)行動(dòng)作和絕緣校驗(yàn)。取氣盒上浮子上浮子磁鐵干簧管下浮子下浮子磁鐵干簧管擋板雙浮子瓦斯繼電器開口杯瓦斯繼電器開口杯干簧管干簧管擋板磁鐵擋板開口杯磁鐵變壓器的主要部件--氣體繼電器結(jié)構(gòu)變壓器的主要部件--儲(chǔ)油柜（1）

變壓器運(yùn)行時(shí)，輸出電壓是隨著輸入電壓的高低、負(fù)載電流的大小和性質(zhì)而變動(dòng)的。在電力系統(tǒng)中，為了使變壓器的輸出電壓控制在允許的變化范圍內(nèi)，變壓器的原邊繞組匝數(shù)要求在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，因而原邊繞組一般都備有抽頭，稱為分接頭。通過和不同分接頭連接改變?cè)吚@組的匝數(shù)，從而達(dá)到調(diào)節(jié)輸出電壓的目的。分接開關(guān)分為有載調(diào)壓和無載調(diào)壓兩種。

7.分接開關(guān)

變壓器繞組的引出線從油箱內(nèi)穿過油箱蓋時(shí)，必須經(jīng)過絕緣套管，以使帶電的引出線與接地的油箱絕緣。絕緣套管由絕緣套管內(nèi)外部的瓷套和其中的導(dǎo)電桿組成。絕緣套管一般是瓷質(zhì)的，現(xiàn)在也有玻璃。為了增大外表面放電距離，套管外形做成多級(jí)傘形裙邊。電壓愈高，級(jí)數(shù)愈多。變壓器的主要部件--絕緣套管8.絕緣套管常用變壓器的分類（一）常用變壓器的分類

A.按用途分:電力變壓器：電力系統(tǒng)中使用的變壓器，包括升壓變壓器、降壓變壓器、配電變壓器和廠用變壓器等。特種變壓器：根據(jù)不同系統(tǒng)和部門的要求，提供各種特殊場(chǎng)合使用的變壓器，包括電爐變壓器、電焊變壓器、整流變壓器及儀用互感器等。常用變壓器的分類（二）常用變壓器的分類

B.按相數(shù)分：?jiǎn)蜗嘧儔浩鳎河糜趩蜗嘭?fù)荷三相變壓器：用于三相系統(tǒng)的升、降電壓。多相變壓器：原邊繞組和副邊繞組均為多相繞組。常用變壓器的分類（三）常用變壓器的分類

C：按繞組形式分：雙繞組變壓器：每相有高壓和低壓兩個(gè)繞組，用于連接電力系統(tǒng)中的兩個(gè)電壓等級(jí)。三繞組變壓器：一般用于電力系統(tǒng)區(qū)域變電站中，每相有高壓、中壓和低壓三個(gè)繞組，連接三個(gè)電壓等級(jí)。多繞組變壓器：每相有三個(gè)以上繞組。自耦變電壓：每相至少有兩個(gè)以上的繞組具有公共部分。用于連接不同電壓的電力系統(tǒng)。也可做為普通的升壓或降后變壓器用。常用變壓器的分類（四）常用變壓器的分類

D.按冷卻方式分：干式變壓器：依靠空氣對(duì)流進(jìn)行冷卻。油浸式變壓器：依靠油作冷卻介質(zhì)，如油浸自冷、油浸風(fēng)冷、油浸水冷、強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷等。油浸式變壓器冷卻方式還分為：①自然油循環(huán)：通過油自然對(duì)流冷卻。②強(qiáng)迫油循環(huán)：用油泵將變壓器油抽到外部進(jìn)行循環(huán)冷卻。油浸自冷強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷式油浸風(fēng)冷強(qiáng)迫油循環(huán)水冷常用變壓器的分類（四）各種變壓器圖片

三相三繞組變壓器

大型整流變壓器

試驗(yàn)變壓器特殊類型變壓器電壓互感器鉗形電流表交流電焊機(jī)電流互感器

變壓器的銘牌如：SL-500/10表示三相油浸自冷雙繞組鋁線，額定容量為500kV·A，高壓繞組額定電壓為10kV級(jí)的電力變壓器。

電力變壓器的型號(hào)包括變壓器的結(jié)構(gòu)、額定容量、電壓等級(jí)、冷卻方式等內(nèi)容，其型號(hào)具體意義如下：

變壓器的銘牌--變壓器的型號(hào)

為使變壓器安全、經(jīng)濟(jì)、合理地運(yùn)行，每臺(tái)變壓器上都安裝了一塊銘牌，外觀如圖所示，上面標(biāo)注了變壓器的型號(hào)及各種額定數(shù)據(jù)等。只有理解銘牌上各種數(shù)據(jù)的含義，才能正確、安全地使用變壓器。變壓器的銘牌--變壓器的額定值變壓器的原邊繞組可以稱為一次側(cè)繞組（簡(jiǎn)稱一次繞組），副邊繞組可以稱為二次側(cè)繞組（簡(jiǎn)稱二次繞組）。額定電壓U1N/U2N

變壓器在正常運(yùn)行時(shí)，規(guī)定加在原邊繞組上的電壓，稱為原邊的額定電壓，用U1N來表示；當(dāng)副邊繞組開路（即空載），原邊繞組加額定電壓時(shí)，副邊繞組的測(cè)量電壓，即為副邊的額定電壓，用U2N來表示。在三相變壓器中，額定電壓指的是線電壓，單位是伏特（V）或千伏（kV）。額定電流I1N/I2N

變壓器額定容量下允許長期通過的電流，原邊和副邊的額定電流分別用I1N和I2N來表示。在三相變壓器中，額定電流指的是線電流，單位是安培（A）。變壓器的銘牌--變壓器的額定值額定容量SN它指變壓器在額定工作狀態(tài)下，副邊繞組的額定功率，用SN來表示，單位是千伏安（kV·A）。單相變壓器：

三相變壓器：

）。一般容量在630kVA以下的為小型電力變壓器；800~6300kVA的為中型電力變壓器；8000~63000kVA為大型電力變壓器；90000kVA及以上的為特大型電力變壓器；額定頻率fN

我國規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)用交流電的頻率是50Hz。謝謝觀賞任務(wù)二單相變壓器的認(rèn)識(shí)與使用任務(wù)描述依據(jù)電磁感應(yīng)原理，變壓器可以把一種等級(jí)的交流電壓和電流轉(zhuǎn)變?yōu)橥l率的另一種等級(jí)的交流電壓和電流。在使用變壓器之前，要對(duì)電磁感應(yīng)的相關(guān)物理量和定則進(jìn)行充分的了解和掌握，便于進(jìn)行安全生產(chǎn)。本次任務(wù)以單相變壓器的使用為基點(diǎn)，通過學(xué)習(xí)單相變壓器的基本原理、工作特性等內(nèi)容，讓學(xué)生學(xué)會(huì)對(duì)小型變壓器的變壓、變流和阻抗變換作用進(jìn)行測(cè)試。本任務(wù)要深入了解基本磁路物理量和常用磁路規(guī)律（定則）的概念，并能進(jìn)行基本應(yīng)用；掌握單相變壓器的基本原理，會(huì)判斷單相變壓器的連接組別，了解單相變壓器的運(yùn)行特性。目錄磁路知識(shí)單相變壓器的連接組別單相變壓器的工作原理單相變壓器的運(yùn)行特性基本磁路物理量的認(rèn)知1、磁通在靜電學(xué)中我們用電場(chǎng)線來形象描述空間的電場(chǎng)分布，類似的我們也可以用磁力線來形容描述空間磁場(chǎng)的分布。通過與磁場(chǎng)方向垂直的某一面積上的磁力線的總數(shù)，叫做通過該面積的磁通量，簡(jiǎn)稱磁通，用字母表示。單位名稱是韋伯，簡(jiǎn)稱韋，用符號(hào)Wb表示，它是一個(gè)標(biāo)量。）。主磁通

磁通漏磁通由于鐵芯的導(dǎo)磁性能比空氣要好得多（磁導(dǎo)率大），所以絕大部分磁通將在鐵芯內(nèi)通過,這部分磁通稱為主磁通。圍繞載流線圈、部分鐵芯和鐵芯周圍的空間，還存在少量分散的磁通，這部分磁通稱為漏磁通?；敬怕肺锢砹康恼J(rèn)知2、磁感應(yīng)強(qiáng)度垂直通過單位面積的磁力線的多少，叫該點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度。在均勻磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度可表示為B=／S，S表示均勻磁場(chǎng)的面積。這個(gè)式子表明，磁感應(yīng)強(qiáng)度B等于單位面積的磁通量，所以有時(shí)磁感應(yīng)強(qiáng)度也叫磁通密度。當(dāng)磁通單位為Wb，面積單位為㎡，磁感應(yīng)強(qiáng)度B的單位是T，稱為特斯拉，簡(jiǎn)稱特。磁感應(yīng)強(qiáng)度是一個(gè)矢量。磁力線上某點(diǎn)的切線方向就是該點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向，也就是這一點(diǎn)磁場(chǎng)方向。所以磁感應(yīng)強(qiáng)度不但表示了某點(diǎn)磁場(chǎng)的強(qiáng)弱，而且還能表示出該點(diǎn)的磁場(chǎng)方向?；敬怕肺锢砹康恼J(rèn)知3、磁阻電阻是反映導(dǎo)體對(duì)電流起阻礙作用大小的一個(gè)物理量，用R來表示。在磁場(chǎng)中，反映磁路對(duì)磁通的阻力叫磁阻，用Rm來表示，它由磁路的材料、形狀及尺寸所決定，Rm=L／μS。（L表示導(dǎo)體的長度，μ是磁導(dǎo)率，S表示導(dǎo)體的截面面積）磁阻的單位是1／H。V）。4、磁導(dǎo)率反映導(dǎo)體導(dǎo)電性能好壞的物理量叫電導(dǎo)率。在磁場(chǎng)中與電導(dǎo)率相對(duì)應(yīng)的是磁導(dǎo)率，它是用來表示媒介質(zhì)導(dǎo)磁性能好壞的物理量。用字母μ表示，其單位名稱是H／m，簡(jiǎn)稱亨／米。非鐵磁物質(zhì)的磁導(dǎo)率是一個(gè)常數(shù)，而鐵磁物質(zhì)的磁導(dǎo)率不是常數(shù)。由實(shí)驗(yàn)測(cè)得真空中的磁導(dǎo)率μ0=4π×107H／m，為一個(gè)常數(shù)。把任意物質(zhì)的磁導(dǎo)率與真空的磁導(dǎo)率的比值稱作相對(duì)磁導(dǎo)率，用μr表示．即）?；敬怕肺锢砹康恼J(rèn)知5、磁場(chǎng)強(qiáng)度我們舉一個(gè)例子，假如在一塊磁鐵上吸附一顆小鐵釘，磁鐵相當(dāng)于小鐵釘?shù)耐獯艌?chǎng)，小鐵釘就是磁鐵的一種媒介質(zhì)，對(duì)于磁鐵周圍的磁場(chǎng)，我們用磁場(chǎng)強(qiáng)度H來表示，那么被磁化后的小鐵釘?shù)拇艌?chǎng)(即包括了外磁場(chǎng)又包括了媒介質(zhì)對(duì)外磁場(chǎng)的影響)用磁感應(yīng)強(qiáng)度B表示，也就是說磁感應(yīng)強(qiáng)度受磁導(dǎo)率的影響，而磁場(chǎng)強(qiáng)度H與磁導(dǎo)率無關(guān)。磁場(chǎng)中某點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B與媒介質(zhì)磁導(dǎo)率的比值，叫做該點(diǎn)的磁場(chǎng)強(qiáng)度，用H表示，即：H=B／μ，磁場(chǎng)強(qiáng)度的單位名稱為安培／米，簡(jiǎn)稱安／米，用符號(hào)A／m表示。磁場(chǎng)強(qiáng)度是矢量，在均勻媒介質(zhì)中，它的方向和磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向一致。V）。6、磁動(dòng)勢(shì)磁場(chǎng)是由電流產(chǎn)生的，但取決于電流與線圈匝數(shù)的乘積NI。我們把這一乘積叫做磁動(dòng)勢(shì)或磁通勢(shì)，簡(jiǎn)稱磁勢(shì)，用F表示，即F=NI，磁勢(shì)是磁路中產(chǎn)生磁通的“推動(dòng)力”。磁勢(shì)的國際制單位為安(A)。基本磁路定律（定則）的認(rèn)知1、磁路歐姆定律和電路中的歐姆定律一樣，在磁路中，可以用磁路歐姆定律來表示。以下面a圖所示的等截面無分支閉合鐵心磁路為例：線圈N匝，電流i，鐵心截面為S，磁路平均長度為L，磁導(dǎo)率為μ?？梢缘刃橄旅鎎圖所示的磁路。式中Rm是磁阻，單位為安培匝每韋伯，或匝數(shù)每亨利。F是磁動(dòng)勢(shì)，單位為安培匝。Φ是磁通量，單位為韋伯。即磁路中的磁通等于作用在該磁路上的磁動(dòng)勢(shì)

除以磁路的磁阻，這就是磁路的歐姆定律?；敬怕范桑ǘ▌t）的認(rèn)知2、安培定則也叫右手定則，是表示電流和電流激發(fā)磁場(chǎng)的磁感線方向間關(guān)系的定則。通電直導(dǎo)線中的安培定則（安培定則一）：用右手握住通電直導(dǎo)線，讓大拇指指向電流的方向，那么四指的指向就是磁感線的環(huán)繞方向，如圖所示。

安培定則一

安培定則一通電螺線管中的安培定則（安培定則二）：用右手握住通電螺線管，使四指彎曲的方向與電流方向一致，那么大拇指所指的那一端是通電螺線管的N極，如圖所示?；敬怕范桑ǘ▌t）的認(rèn)知3、左手定則電磁學(xué)中，右手定則判斷的主要是與力無關(guān)的方向。如果是和力有關(guān)的方向判定則全依靠左手定則。即關(guān)于力的用左手，其他的（一般用于判斷感應(yīng)電流方向）用右手定則。伸開左手，使大拇指與其余四指垂直，并且都跟手掌在一個(gè)平面內(nèi)。把左手放入磁場(chǎng)中，讓磁感線垂直穿入手心，手心面向N極(叉進(jìn)點(diǎn)出)，四指指向電流所指方向，則大拇指的方向就是導(dǎo)體受力的方向，如圖所示?；敬怕范桑ǘ▌t）的認(rèn)知4、基爾霍夫定律流入和流出單位面積的磁通量的代數(shù)和為零。以圖示磁路為例，通過單位面積S的磁通量的代數(shù)和為零?；敬怕范桑ǘ▌t）的認(rèn)知5、法拉第電磁感應(yīng)定律當(dāng)穿過封閉回路的磁通量發(fā)生變化時(shí)，回路中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e的大小和穿過回路的磁通量變化率等成正比，即

，這就是法拉第電磁感應(yīng)定律。單相變壓器的連接組別

1、單相變壓器的極性

一臺(tái)三相變壓器可以看成由三臺(tái)單相變壓器組成，因此，要研究三相變壓器一次側(cè)、二次側(cè)線電動(dòng)勢(shì)（線電壓）之間的相位關(guān)系，必須首先掌握單相變壓器一次側(cè)、二次側(cè)電動(dòng)勢(shì)（電壓）之間的相位關(guān)系，即單相變壓器的極性。

單相變壓器的主磁通和一、二次繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)都是交變的，沒有固定的極性，這里提到的極性是指某一瞬間的相對(duì)極性。單相變壓器的一、二次繞組纏繞在同一根鐵芯柱上，并被同一主磁通所交鏈，任何時(shí)刻兩個(gè)繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)都會(huì)在某一端呈現(xiàn)高電位的同時(shí)，在另外一端呈現(xiàn)出低電位。用電路理論的知識(shí)，把一、二次繞組中同時(shí)呈現(xiàn)高電位（低電位）的端點(diǎn)稱為同名端，并在該端點(diǎn)旁加“．”來表示。反之，稱為異名端。當(dāng)一、二次繞組的首端為同名端時(shí)，它們的電勢(shì)同相位。反之，則反相位。單相變壓器的連接組別

2、單相變壓器的連接組

為了說明變壓器的連接方法，首先對(duì)繞組的首端、末端的標(biāo)記作規(guī)定。

以上的標(biāo)志都注明在變壓器的線套管上，它牽涉到變壓器的相序和一次側(cè)、二次側(cè)的相位關(guān)系等，是不允許隨意改變的。單相變壓器的連接組別

變壓器的高壓繞組和低壓繞組都還可以采用星形和三角形接法，而且高、低繞組線電勢(shì)（或線電壓）的相位關(guān)系可以有多種情形。我們按照連接方式與相位關(guān)系，如圖所示，可把變壓器繞組的連接分成不同的組合，稱為繞組的連接組。星形聯(lián)結(jié)

三角形聯(lián)結(jié)單相變壓器的連接組別

一臺(tái)變壓器的連接組一般均采用“時(shí)鐘法”表示。即用時(shí)鐘的長針代表高壓邊的線電勢(shì)相量，且位于時(shí)鐘的12時(shí)處不動(dòng)；短針代表低壓邊的相應(yīng)的線電勢(shì)相量，它們的相位差除以30°為短針?biāo)傅溺婞c(diǎn)數(shù)。按照慣例，統(tǒng)一規(guī)定一次側(cè)、二次側(cè)繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向均從首端指向末端。一旦兩個(gè)繞組的首、末端定義完之后，同名端便唯一由繞組的繞向決定。當(dāng)同名端同時(shí)為原、副邊繞組的首端（末端）時(shí)，

和

同相位，用連接組

表示；否則，

和

相位相差180°，用連接組

表示，如圖所示。單相變壓器的連接組別

從以上的講述中可以看出影響單相組別的因素有：（1）繞組的繞向（決定了同極性端子）。（2）首末端標(biāo)志。當(dāng)首末端為同極性時(shí)，一次側(cè)、二次側(cè)繞組電勢(shì)同相位，否則反相位。

單相變壓器只有兩種連接組。即

和

兩種。單相變壓器的工作原理漯河職業(yè)技術(shù)學(xué)院變壓器是利用電磁感應(yīng)原理傳輸電能或電信號(hào)的器件,它具有變壓、變流和變阻抗的作用。主要由鐵芯和套在鐵芯上的兩個(gè)（或兩個(gè)以上）互相絕緣的繞組組成，繞組之間只有磁的耦合，沒有電的聯(lián)系。接在額定電壓的交流電源上的繞組稱為原邊繞組（或稱為一次繞組），其匝數(shù)為N1；接負(fù)載的繞組稱為副邊繞組（或稱為二次繞組），其匝數(shù)為N2。當(dāng)原邊繞組外加電壓u1交流電源時(shí)，原邊繞組中流過交流電流，產(chǎn)生交變磁動(dòng)勢(shì)，使鐵芯中產(chǎn)生交變磁通，并交鏈于原邊、副邊繞組，使原邊和副邊繞組中分別產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e1和e2。根據(jù)電磁感應(yīng)定律推導(dǎo)得出結(jié)論：從式可知，變壓器的一次、二次繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)之比與電壓之比都等于一次與二次繞組的匝數(shù)之比。在磁動(dòng)勢(shì)一定的條件下，只需改變一次、二次繞組的匝數(shù)之比，就可實(shí)現(xiàn)改變二次繞組輸出電壓的目的。單相變壓器的運(yùn)行特性--空載運(yùn)行特性變壓器空載運(yùn)行是指變壓器的一次繞組接在額定頻率、額定電壓的交流電源上，二次繞組開路時(shí)的運(yùn)行狀態(tài)。

原邊繞組兩端加上交流電壓u1時(shí)，便有交變電流i1通過原邊繞組，此時(shí)i1稱為空載電流，用i0表示。大中型變壓器的空載電流約為原邊額定電流的3%—8%。變壓器空載時(shí)，原邊繞組近似為純電感電路，故i0滯后u190°，此時(shí)原邊繞組的交變磁動(dòng)勢(shì)為i0N1，它產(chǎn)生交變磁通，因?yàn)殍F芯的磁導(dǎo)率比空氣（或油）大得多，絕大部分磁通通過鐵芯磁路交鏈著原邊、副邊繞組，稱為主磁通或工作磁通，用

來表示；還有少量磁通穿出鐵芯沿著原邊繞組外側(cè)通過空氣或油而閉合，這些磁通只與原邊繞組交鏈，稱為漏磁通，用

來表示，漏磁通一般都很小，可以忽略不計(jì)。單相變壓器的運(yùn)行特性--空載運(yùn)行特性若外加電壓u1按正弦變化，則i0和

都按正弦變化。假設(shè)

推導(dǎo)可得：由于變壓器的空載電流i0很小，原邊繞組的電壓降可以忽略不計(jì)，故原邊繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)近似地與外加電壓相平衡，即

。而副邊繞組是開路的，其端電壓

就等于感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)

，即

。

于是有變壓器空載時(shí)，原邊、副邊繞組端電壓之比近似等于電動(dòng)勢(shì)之比，即匝數(shù)之比，這個(gè)比值k稱為變壓比，簡(jiǎn)稱變比。

當(dāng)k>1,則

，是降壓變壓器；若k>1，則

，是升壓變壓器。單相變壓器的運(yùn)行特性--負(fù)載運(yùn)行特性變壓器的負(fù)載運(yùn)行是指原邊繞組加額定電壓，副邊繞組與負(fù)載相連接時(shí)的運(yùn)行狀態(tài)，如圖所示。和空載運(yùn)行相比，負(fù)載運(yùn)行時(shí)副邊繞組上有了電流i2。

因?yàn)樽儔浩髟吚@組的電阻很小，它的電阻電壓降可以忽略不計(jì)。實(shí)際上，即使變壓器滿載，原邊繞組的電壓降也只有額定電壓

的2%左右，所以變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)，仍可認(rèn)為

。由

可知：該式是反映變壓器基本原理的重要公式。它說明，不論是空載還是負(fù)載運(yùn)行，只要加在原邊繞組上的電壓及其頻率f都保持一定，鐵芯中工作磁通的最大值就基本上保持不變，那么根據(jù)磁路歐姆定律，鐵芯磁路中的磁動(dòng)勢(shì)也應(yīng)基本不變。單相變壓器的運(yùn)行特性--負(fù)載運(yùn)行特性空載時(shí)，鐵芯磁路中的磁通是由原邊磁動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的。負(fù)載時(shí)，原邊、副邊繞組都有電流，則此時(shí)鐵芯中的磁通是由原邊和副邊繞組的磁動(dòng)勢(shì)共同產(chǎn)生的。不管空載還是負(fù)載，只要原邊繞組上的電壓及其頻率f都保持一定，鐵芯磁路中的磁動(dòng)勢(shì)也應(yīng)基本不變。故有稱為變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)的磁動(dòng)勢(shì)平衡方程。

經(jīng)過推導(dǎo)可得：上式只適用于滿載或重載的運(yùn)行狀態(tài)，而不適用于輕載的運(yùn)行狀態(tài)，該式說明，當(dāng)變壓器接近滿載時(shí)，原邊、副邊繞組的電流近似地與繞組匝數(shù)成反比，這表明變壓器有變流作用。單相變壓器的運(yùn)行特性--負(fù)載運(yùn)行特性變壓器除了有變壓、變流的作用之外，還可用來實(shí)現(xiàn)阻抗的變換。假設(shè)在變壓器的副邊繞組接入阻抗

，那么在原邊看，這個(gè)阻抗值相當(dāng)于多少呢？

變壓器阻抗變換等效電路由圖可知，等效阻抗

=K2

說明，變壓器副邊的負(fù)載阻抗值反映到原邊的阻抗值近似為的K2倍，起到了阻抗變換的作用。單相變壓器的運(yùn)行特性--負(fù)載運(yùn)行特性例如，把一個(gè)8Ω的負(fù)載電阻接到k=3的變壓器副邊，折算到原邊就是72Ω?？梢?，選用不同的變比，就可把負(fù)載阻抗變換為等效二端網(wǎng)絡(luò)所需要的阻抗值，使負(fù)載獲得最大功率，這種做法稱為阻抗匹配，在廣播設(shè)備中常用到，這類變壓器稱為輸出變壓器。單相變壓器的運(yùn)行特性--工作特性變壓器的工作特性是指外特性和效率特性，表征變壓器性能的主要指標(biāo)有電壓變化率和效率。

是指電源電壓和負(fù)載的功率因數(shù)為常數(shù)時(shí)，二次側(cè)電壓隨負(fù)載電流變化的規(guī)律，即

。變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)，由于變壓器內(nèi)部存在電阻和漏阻抗，故當(dāng)負(fù)載電流（負(fù)載運(yùn)行時(shí)的二次側(cè)電流）流過時(shí)，變壓器內(nèi)部將產(chǎn)生阻抗壓降，使二次側(cè)電壓隨著負(fù)載電流的變化而變化。負(fù)載的性質(zhì)不同，變壓器的外特性曲線也不同。

1、單相變壓器的外特性變壓器的外特性曲線負(fù)載是電阻性（cosφ2=1）和電感性（cosφ2=0.8）時(shí)，外特性曲線是下降的。一般供電系統(tǒng)希望當(dāng)I2變化時(shí)，U2變化不多，即保證足夠的穩(wěn)定性，這里就引入了一個(gè)參數(shù)—電壓變化率。

單相變壓器的運(yùn)行特性--外特性電壓變化率是指變壓器一次繞組加上交流50Hz的額定電壓，二次繞組空載電壓

和帶負(fù)載后在某一功率因數(shù)下二次繞組電壓

之差與二次繞組額定電壓

的比值，用

表示，即

電壓變化率反映了變壓器供電電壓的穩(wěn)定性與電能的質(zhì)量，是表征變壓器運(yùn)行性能的重要數(shù)據(jù)之一。一般供電系統(tǒng)要求電壓變化率不超過5%。單相變壓器的運(yùn)行特性--外特性效率變壓器的效率是指變壓器的輸出功率與輸入功率之比，用百分?jǐn)?shù)表示，即變壓器效率的大小反映了變壓器運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性能的好壞，是表征變壓器運(yùn)行性能的重要指標(biāo)之一。由于變壓器沒有轉(zhuǎn)動(dòng)部分，也就沒有機(jī)械摩擦損耗，因此效率很高，一般中小型電力變壓器效率在95%以上，大容量電力變壓器最高頻率可達(dá)98%-99%以上。當(dāng)可變損耗與不變損耗相等時(shí)，可達(dá)到最大效率，但是由于銅損耗一直隨著負(fù)載變化，一般變壓器不可能總在額定負(fù)載下運(yùn)行，因此為了提高變壓器的運(yùn)行效率，設(shè)計(jì)時(shí)使鐵損耗相對(duì)小一些。

謝謝觀賞任務(wù)三三相變壓器的認(rèn)識(shí)與使用任務(wù)描述

由于目前電力系統(tǒng)都是三相制的，所以三相變壓器應(yīng)用非常廣泛。從運(yùn)行原理上看，三相變壓器與單相變壓器完全相同。三相變壓器在對(duì)稱負(fù)載下運(yùn)行時(shí)，可取其一相來研究，即可把三相變壓器化成單相變壓器來研究。本任務(wù)要了解三相變壓器的磁路，會(huì)判斷三相變壓器的連接組別，熟悉三相變壓器的并聯(lián)運(yùn)行意義和條件。目錄三相變壓器的磁路系統(tǒng)三相變壓器的連接方式和連接組別三相變壓器的磁路系統(tǒng)1、三相組式變壓器三相變壓器的磁路系統(tǒng)按鐵芯結(jié)構(gòu)可以分為各相磁路彼此無關(guān)（獨(dú)立）和彼此相關(guān)（不獨(dú)立）兩類。。

三相變壓器組是由3個(gè)同樣的單相變壓器組成的，如圖所示。它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是三相之間只有電的聯(lián)系而無磁的聯(lián)系；其磁路特點(diǎn)是三相磁通各有自己的單獨(dú)磁路，互不相關(guān)聯(lián)。

如果外施電壓是三相對(duì)稱的，則三相磁通也一定是對(duì)稱的。如果3個(gè)鐵芯的材料和尺寸相同，則三相磁路的磁阻相等，三相空載電流也是相等的。三相組式變壓器的鐵芯材料用量多，占地面積大，效率也較低；受運(yùn)輸條件或備用容量限制。所以，實(shí)際中主要用于巨型容量變壓器的制造。三相變壓器的磁路系統(tǒng)2、三相芯式變壓器

三相芯式變壓器是由三相變壓器組演變而來的。如果把3個(gè)單相變壓器的鐵芯按圖a所示的位置靠攏在一起，外施三相對(duì)稱電壓時(shí)，則三相磁通也是對(duì)稱的，因中心柱中磁通為三相磁通之和，且所以，中心柱中沒有磁通通過。因此，可將中心柱省去，變成如圖b所示的形狀。實(shí)際上為了制造的方便，常用的三相變壓器的的鐵芯是將3個(gè)鐵芯柱布置在同一個(gè)平面內(nèi)，如圖c所示。三相變壓器的磁路系統(tǒng)

由圖可以看出，三相芯式變壓器的磁路是連在一起的，各相的磁路是相互關(guān)聯(lián)的，即每相的磁通都以另外兩相的鐵芯柱作為自己的回路。三相的磁路不完全一樣，B相的磁路比兩邊的A相和C相的磁路要短些。B相的磁阻較小，因而B相的勵(lì)磁電流也比其他兩相的勵(lì)磁電流要小。由于空載電流只占額定電流的百分之幾，所以空載電流不對(duì)稱，對(duì)三相變壓器的負(fù)載運(yùn)行影響很小，可以不予考慮。在工程上取三相空載電流的平均值作為空載電流值，即在相同的額定容量下，三相芯式變壓器與三相組式變壓器組相比，鐵芯用料少、效率高、價(jià)格便宜、占地面積小、維護(hù)簡(jiǎn)便，因此，中小容量的電力變壓器都采用三相芯式變壓器。三相變壓器的連接方式與連接組別1、三相組式變壓器的連接方式

在三相電力變壓器中，不論一次繞組還是二次繞組，其連接方法主要有星形和三角形兩種。把三相繞組的三個(gè)末端X、Y、Z（或x、y、z）連接在一起