電機及拖動基礎高職學習資源

1、電機及拖動基礎電機及拖動基礎(3(3版版) ) 變壓器變壓器 書名：電機及拖動基礎 第3版 ISBN： 978-7-111-47655-9 作者：胡幸鳴 出版社：機械工業(yè)出版社 本書配有電子課件 電機及拖動基礎電機及拖動基礎(3(3版版) ) 變壓器變壓器 變壓器是一種靜止的交流電氣設備，它利用電磁變壓器是一種靜止的交流電氣設備，它利用電磁 感應原理，將一種等級的交流電壓和電流轉(zhuǎn)變成同頻感應原理，將一種等級的交流電壓和電流轉(zhuǎn)變成同頻 率的另一種等級的交流電壓和電流。它對電能的經(jīng)濟率的另一種等級的交流電壓和電流。它對電能的經(jīng)濟 傳輸、靈活分配和安全使用具有重要的意義；同時，傳輸、靈活分配和安全使

2、用具有重要的意義；同時， 它在電氣的測試、控制和特殊用電設備上也有廣泛的它在電氣的測試、控制和特殊用電設備上也有廣泛的 應用。應用。 第三章第三章 變壓器變壓器 本章主要敘述一般用途的電力變壓器有工作原本章主要敘述一般用途的電力變壓器有工作原 理、分類、結(jié)構(gòu)和運行特性。理、分類、結(jié)構(gòu)和運行特性。 電機及拖動基礎電機及拖動基礎(3(3版版) ) 變壓器變壓器 電源變壓器 電力變壓器 控制變壓器 調(diào)壓器 三相干式變壓器 電機及拖動基礎電機及拖動基礎(3(3版版) ) 變壓器變壓器 第一節(jié)第一節(jié) 變壓器的基本工作原理和結(jié)構(gòu)變壓器的基本工作原理和結(jié)構(gòu) 一次繞組N1二次繞組N2 互相絕緣且匝數(shù)不同只有互

3、相絕緣且匝數(shù)不同只有 磁的耦合而沒有電的聯(lián)系磁的耦合而沒有電的聯(lián)系 e2 u1i0F0 e1 可向負載供電 u2 根據(jù)電磁感應原理根據(jù)電磁感應原理 dt d Ne 11 dt d Ne 22 改變改變N1、N2，就可達，就可達 到改變電壓的目的。到改變電壓的目的。 一、變壓器一、變壓器的基本工作原理的基本工作原理 電機及拖動基礎電機及拖動基礎(3(3版版) ) 變壓器變壓器 電力系統(tǒng)中應用的變壓器稱作電力變壓器，它是電力系統(tǒng)中的 重要設備。如果輸電線路輸送的電功率及功率因數(shù)cos一定， 越高時，則線路電流越小，輸電線的截面積 ，節(jié)省材料， 減小投資和降低運行費用。由于發(fā)電廠的交流發(fā)電機受絕緣和

4、 工藝技術的限制，通常輸出電壓為10.5、16kV或更高的20、 27kV，而一般高壓輸電線路的電壓為110、220、330、 500、 800、1000kV，因此需用升壓變壓器升壓變壓器將電壓升高后送入輸電線 路。當電能輸送到用電區(qū)后，為了用電安全，又必須用降壓變降壓變 壓器壓器將輸電線路上的高電壓降低為配電系統(tǒng)的配電電壓，然后 再經(jīng)過降壓變壓器降壓后供電給用戶。電力系統(tǒng)的多次升壓和 降壓，使得變壓器的應用相當廣泛。 1、變壓器的應用、變壓器的應用 二、變壓器二、變壓器的應用和分類的應用和分類 電機及拖動基礎電機及拖動基礎(3(3版版) ) 變壓器變壓器 三相電力系統(tǒng)三相電力系統(tǒng) 的變壓器應

5、用的變壓器應用 電廠、電電廠、電 站電能站電能 升壓升壓 高壓高壓 輸電輸電 降壓降壓 用戶用戶 電機及拖動基礎電機及拖動基礎(3(3版版) ) 變壓器變壓器 2、變壓器的分類、變壓器的分類 （1）按用途分類）按用途分類 （2）按繞組構(gòu)成分類）按繞組構(gòu)成分類 （3 3）按相數(shù)分類）按相數(shù)分類 前面所述的應用就是按用途分類，如電力變壓器前面所述的應用就是按用途分類，如電力變壓器 有單相變壓器、三相變壓器、多相變壓器。有單相變壓器、三相變壓器、多相變壓器。 雙繞組、三繞組、多繞組、自耦變壓器。雙繞組、三繞組、多繞組、自耦變壓器。 電機及拖動基礎電機及拖動基礎(3(3版版) ) 變壓器變壓器 另外，

6、變壓器的應用還有，測量系統(tǒng)中使用另外，變壓器的應用還有，測量系統(tǒng)中使用 的的儀用互感器儀用互感器（可將高電壓變換成低電壓，或?qū)ⅲ蓪⒏唠妷鹤儞Q成低電壓，或?qū)?大電流變換成小電流，以隔離高壓和便于測量）；大電流變換成小電流，以隔離高壓和便于測量）； 自耦調(diào)壓器自耦調(diào)壓器（可任意調(diào)節(jié)輸出電壓的大小，以適（可任意調(diào)節(jié)輸出電壓的大小，以適 應負載對電壓的要求）；在電子線路中用的應負載對電壓的要求）；在電子線路中用的電源電源 變壓器變壓器；變壓器還用來耦合電路、傳遞信號、實；變壓器還用來耦合電路、傳遞信號、實 現(xiàn)阻抗匹配?，F(xiàn)阻抗匹配。作為焊接電源的作為焊接電源的電焊變壓器電焊變壓器；專供；專供 大功率電

7、爐使用的大功率電爐使用的電爐變壓器電爐變壓器；將交流電整流成；將交流電整流成 直流電時使用的直流電時使用的整流變壓器整流變壓器等。等。 1、變壓器的應用、變壓器的應用 電機及拖動基礎電機及拖動基礎(3(3版版) ) 變壓器變壓器 干式變壓器、油浸自冷變壓器、油浸風冷變干式變壓器、油浸自冷變壓器、油浸風冷變 壓器、強迫油循環(huán)變壓器、充氣式變壓器等。壓器、強迫油循環(huán)變壓器、充氣式變壓器等。 （4 4）按冷卻方式分類）按冷卻方式分類 盡管變壓器種類繁多，但它們皆是利用電磁盡管變壓器種類繁多，但它們皆是利用電磁 感應的原理制成的。感應的原理制成的。 電機及拖動基礎電機及拖動基礎(3(3版版) ) 變壓

8、器變壓器 三、變壓器的基本結(jié)構(gòu)三、變壓器的基本結(jié)構(gòu) 儲油柜 安全氣道 線圈 鐵心 油箱 放油閥門 儲油柜式油浸電力變壓器儲油柜式油浸電力變壓器 分接開關 信號式溫度計 吸濕器 油表 高 壓 套 管 低 壓 套 管 變壓器的主要組成主要組成是 鐵心鐵心和繞組繞組（俗稱為 器身器身）。為了改善散 熱條件，大、中容量 的電力變壓器的鐵心 和繞組浸入盛滿變壓 器油的封閉油箱中， 各繞組對外線路的聯(lián) 接由絕緣套管引出。 為了使變壓器安全、 可靠地運行，還設有 儲油柜、安全氣道和 氣體繼電器等附件。 電機及拖動基礎電機及拖動基礎(3(3版版) ) 變壓器變壓器 三、變壓器的基本結(jié)構(gòu)三、變壓器的基本結(jié)構(gòu) 波

9、紋片式油浸電力變壓器波紋片式油浸電力變壓器 6-氣體繼電器氣體繼電器 7-高壓套管高壓套管 8-低壓套管低壓套管 10-油箱油箱(鐵心鐵心 和繞組在油箱和繞組在油箱 內(nèi)內(nèi)) 14- 吊攀吊攀 15-盤形分接盤形分接 開關開關 16-溫度溫度 計座計座 17-油位油位 計計 18-波紋片波紋片 電機及拖動基礎電機及拖動基礎(3(3版版) ) 變壓器變壓器 三、變壓器的基本結(jié)構(gòu)三、變壓器的基本結(jié)構(gòu) 1.1.鐵心鐵心 構(gòu)成變壓器磁路系統(tǒng)，并作為變壓器的支撐骨架構(gòu)成變壓器磁路系統(tǒng)，并作為變壓器的支撐骨架 鐵心柱鐵心柱 磁軛磁軛 0.3mm0.3mm或或0.27mm0.27mm或更薄的硅鋼片，減小鐵耗。

10、或更薄的硅鋼片，減小鐵耗。 目前主要采用晶目前主要采用晶 粒有取向冷軋硅粒有取向冷軋硅 鋼片鋼片, ,其導磁性好其導磁性好, , 鐵耗小鐵耗小. . 熱軋硅熱軋硅 鋼片已基本淘汰鋼片已基本淘汰. . 電機及拖動基礎電機及拖動基礎(3(3版版) ) 變壓器變壓器 大、中型變壓器的鐵心，一般先將硅鋼片裁大、中型變壓器的鐵心，一般先將硅鋼片裁 成條形，然后采用交錯疊片的方式疊裝而成。成條形，然后采用交錯疊片的方式疊裝而成。 交錯疊片的目的是使各層磁路的接縫互相錯開，交錯疊片的目的是使各層磁路的接縫互相錯開， 以減小接縫處的氣隙和磁路的磁阻，從而減小以減小接縫處的氣隙和磁路的磁阻，從而減小 勵磁電流。

11、勵磁電流。 1.鐵心鐵心 電機及拖動基礎電機及拖動基礎(3(3版版) ) 變壓器變壓器 2.2.繞組繞組 變壓器中的電路部分，小型變壓器一般用具有變壓器中的電路部分，小型變壓器一般用具有 絕緣的漆包圓銅線繞制而成，對容量稍大的變絕緣的漆包圓銅線繞制而成，對容量稍大的變 壓器則用扁銅線繞制。壓器則用扁銅線繞制。 同心式繞組同心式繞組 高、低壓繞組同心地套高、低壓繞組同心地套 裝在鐵心柱上。為了便裝在鐵心柱上。為了便 于與鐵心絕緣，把低壓于與鐵心絕緣，把低壓 繞組套裝在里面，高壓繞組套裝在里面，高壓 繞組套裝在外面。繞組套裝在外面。 電機及拖動基礎電機及拖動基礎(3(3版版) ) 變壓器變壓器 （

12、）油箱（）油箱 油浸式變壓器的外殼就是油箱，它起機械支撐、油浸式變壓器的外殼就是油箱，它起機械支撐、 和冷卻散熱作用。變壓器的器身放在裝有變壓器油的油箱和冷卻散熱作用。變壓器的器身放在裝有變壓器油的油箱 內(nèi)。變壓器油既是絕緣介質(zhì)，又是冷卻介質(zhì)，通過變壓器內(nèi)。變壓器油既是絕緣介質(zhì)，又是冷卻介質(zhì)，通過變壓器 油的對流，將鐵心和繞組所產(chǎn)生的熱量傳遞給油箱和散熱油的對流，將鐵心和繞組所產(chǎn)生的熱量傳遞給油箱和散熱 管或波紋片，再往空氣中散發(fā)熱量管或波紋片，再往空氣中散發(fā)熱量。 3.其他結(jié)構(gòu)附件其他結(jié)構(gòu)附件 (2）儲油柜）儲油柜 亦稱油枕，保證器身始終浸在變壓器油中。亦稱油枕，保證器身始終浸在變壓器油中。

13、 （4）分接開關）分接開關 變壓器運行時，輸出電壓可控制在允許的變變壓器運行時，輸出電壓可控制在允許的變 化范圍內(nèi)，通過化范圍內(nèi)，通過分接開關改變一次繞組匝數(shù)分接開關改變一次繞組匝數(shù)，使輸出電壓，使輸出電壓 的調(diào)節(jié)為額定電壓的的調(diào)節(jié)為額定電壓的 (3）波紋片）波紋片 圖圖3-2b中的波紋片是特殊的一種碳鋼材料，它即中的波紋片是特殊的一種碳鋼材料，它即 是連接油箱的散熱管片是連接油箱的散熱管片(道道)又可起到熱脹冷縮作用，其熱脹冷又可起到熱脹冷縮作用，其熱脹冷 縮作用可取代圖縮作用可取代圖3-2a中的儲油柜作用。所以目前中的儲油柜作用。所以目前2000KV.A及及 下，下，10/0.4kV的油浸

14、式電力變壓器均采用波紋片式的，儲油的油浸式電力變壓器均采用波紋片式的，儲油 柜（油枕）式已很少生產(chǎn)。柜（油枕）式已很少生產(chǎn)。 電機及拖動基礎電機及拖動基礎(3(3版版) ) 變壓器變壓器 四、變壓器的銘牌和額定值四、變壓器的銘牌和額定值 為了使變壓器安全、經(jīng)濟、合理地運行，每一為了使變壓器安全、經(jīng)濟、合理地運行，每一 臺變壓器都安裝了一塊銘牌，上面標明了變壓器型臺變壓器都安裝了一塊銘牌，上面標明了變壓器型 號及各種額定數(shù)據(jù)，只有理解銘牌上的各種數(shù)據(jù)的號及各種額定數(shù)據(jù)，只有理解銘牌上的各種數(shù)據(jù)的 含義，才能正確、安全地使用變壓器含義，才能正確、安全地使用變壓器。 電機及拖動基礎電機及拖動基礎(3

15、(3版版) ) 變壓器變壓器 銘牌銘牌1 電機及拖動基礎電機及拖動基礎(3(3版版) ) 變壓器變壓器 1、變壓器的型號與冷卻方式、變壓器的型號與冷卻方式 型號：型號： 冷卻方式：冷卻方式： 電機及拖動基礎電機及拖動基礎(3(3版版) ) 變壓器變壓器 銘牌銘牌2 電機及拖動基礎電機及拖動基礎(3(3版版) ) 變壓器變壓器 干式電力變壓器干式電力變壓器 SGB是干式電力變壓器(簡稱干變)中的一類。其 中S三相；GNOMEX絕緣紙作匝絕緣；B低壓 繞組用銅箔繞制；高低繞組都用真空壓力漆作絕 緣處理。 SCB是另一類干變，C環(huán)氧樹脂澆注，高壓線圈 用環(huán)氧樹脂澆注密封；低壓銅箔線圈的端部用 環(huán)氧樹

16、脂密封 當今2000KVA及以下，10 /0.4kV的干式電力變壓 器廣泛應用于工廠、學校的變電場所。這是由于如 今的冷軋硅鋼片質(zhì)量好，損耗小，繞組的絕緣等級 不斷提高，允許的溫升提高等因素。 電機及拖動基礎電機及拖動基礎(3(3版版) ) 變壓器變壓器 （1 1）額定電壓）額定電壓U U1N 1N和 和U U2N 2N U1N：加在一次繞組上的正常工作電壓值（加在一次繞組上的正常工作電壓值（kV)kV)。根據(jù)。根據(jù) 變壓器的絕緣強度和允許發(fā)熱等條件規(guī)定變壓器的絕緣強度和允許發(fā)熱等條件規(guī)定 U2N：一次繞組加上額定電壓后，額定分接，二次一次繞組加上額定電壓后，額定分接，二次 繞組的繞組的空載空

17、載電壓值（電壓值（kV)kV)。 注意：注意：U U2N 2N不等于額定負載時的負載電壓 不等于額定負載時的負載電壓 額定電壓在三相變壓器中是指線電壓。額定電壓在三相變壓器中是指線電壓。 2 . 變壓器的額定值變壓器的額定值 電機及拖動基礎電機及拖動基礎(3(3版版) ) 變壓器變壓器 （2 2）額定電流）額定電流I I1N 1N和 和I I2N 2N 根據(jù)變壓器允許發(fā)熱的條件而規(guī)定的滿載電流根據(jù)變壓器允許發(fā)熱的條件而規(guī)定的滿載電流 值（值（A A）。在三相變壓器中額定電流是指線電流。）。在三相變壓器中額定電流是指線電流。 （3 3）額定容量）額定容量S SN N 變壓器在額定工作條件下變壓器

18、輸出能力即視在變壓器在額定工作條件下變壓器輸出能力即視在 功率（功率（kVAkVA）。）。 1N1N2N2NN IUIUS 單相變壓器的額定容量單相變壓器的額定容量 三相變壓器的額定容量三相變壓器的額定容量 NNNNN IUIUS 1122 33 電機及拖動基礎電機及拖動基礎(3(3版版) ) 變壓器變壓器 例例3 31 1：一臺三相油浸自冷式變壓器，已知SN 560kVA，U1N/U2N=10000V/400V，試求一次、 二次繞組的額定電流I1N 、I2N各是多大? 解：解： 32.33A 100003 10560 3 I 3 1N N 1N U S 808.29A 2N N 2N A 4

19、003 10560 U3 S I 3 電機及拖動基礎電機及拖動基礎(3(3版版) ) 變壓器變壓器 第二節(jié)第二節(jié) 單相變壓器的空載運行單相變壓器的空載運行 變壓器的一次繞組接在額定電壓 的交流電源上，而二次繞組開路， 這種運行方式稱為變壓器的空載 運行。 一般電工慣例來規(guī)定圖 中各物理量的正方向 )同一條支路中，電壓 的正方向與電流的 正方向一致； )由電流產(chǎn)生的磁通 勢所建立的磁通其二 者的正方向符合右手螺 旋法則； )由磁通產(chǎn)生的感應 電動勢，其正方向與 產(chǎn)生該磁通的電流的 正方向一致。 dtdNe 一、空載運行時的物理狀況一、空載運行時的物理狀況 電機及拖動基礎電機及拖動基礎(3(3版版

20、) ) 變壓器變壓器 一、空載運行時的物理狀況一、空載運行時的物理狀況 空載時，當一次繞組加上交流電源電壓1時， 一次繞組 中就有空載電流0流過，產(chǎn)生空載磁通勢001，并 建立空載磁場。主磁通通過鐵心閉合，同時交鏈一次、 二次繞組，并產(chǎn)生感應電動勢1和2，如果二次繞組與 負載接通，則在電動勢作用下向負載輸出電功率，所以主 磁通起著傳遞能量的媒介作用； 另有一小部分磁通主要由非磁性 材料（空氣或變壓器油等）形成 閉路，只與一次繞組交鏈，不參 與能量傳遞，稱之為一次繞組的 漏磁通1 ，它在一次繞組中產(chǎn) 生漏磁電動勢E1 。 以上過程可表示為： 電機及拖動基礎電機及拖動基礎(3(3版版) ) 變壓器

21、變壓器 二、感應電動勢和漏磁電動勢二、感應電動勢和漏磁電動勢 ）(E）(E）(fN tNt)( dt d N dt d Ne mm mm 0 1 0 1 0 1 1111 90tsin290tsin90tsin2 cossin m fNjE 11 44. 4 mm fNfNE 111 44. 422 在變壓器一次繞組加上正弦交流電壓在變壓器一次繞組加上正弦交流電壓1時，時，設設m msintsint 1、感應電動勢、感應電動勢 可見；由產(chǎn)生的感應電動勢e1也按正弦規(guī)律變化，頻率頻率 為電源頻率，有效值有效值 ；時間時間 相位相位上滯后于主磁通90。(三要素) 用相量形式表示： 同理: m fN

22、jE 22 44. 4 電機及拖動基礎電機及拖動基礎(3(3版版) ) 變壓器變壓器 二、感應電動勢和漏磁電動勢二、感應電動勢和漏磁電動勢 m fNjE 111 44. 4 2、漏磁電動勢、漏磁電動勢 變壓器一次繞組的漏磁通1也將在一次繞組中感應產(chǎn)生 一個漏磁電動勢1。根據(jù)前面的分析，同樣可得出： 由電工基礎知識，引入?yún)?shù)L1，X1（一次繞組的漏電感 或漏電抗），可推得電路形式的漏磁電動勢表達式： 從物理意義上講，漏電抗反映了漏磁通對電路的電磁效應。對 已制成的變壓器，漏電感1為一常數(shù)，頻率一定，漏電抗也 是常數(shù)。 10101 XI jLI jE 電機及拖動基礎電機及拖動基礎(3(3版版) )

23、 變壓器變壓器 三、空載運行時的等效電路和電動勢平衡方程式三、空載運行時的等效電路和電動勢平衡方程式 除了前面引入的漏電抗參數(shù)X1，這里再引入?yún)?shù)Zm， 把前面的單相變壓器空載運行的電磁關系用電路形式 “等效”表示： mmm jXrIZIE 001 空載變壓器看成兩個電抗線圈串聯(lián)，一個有鐵心其阻抗為 Zm，一個沒有鐵心其阻抗為Z1（一次側(cè)漏阻抗） 圖中： 勵磁 參數(shù) 勵磁 電阻 勵磁 電抗 由圖可得一次側(cè)電動勢平衡方程式： )( 1 01 0 01 0 1 1 01 0 11ZZIZIZIZIEXI jrIEU mm 空載等效電路空載等效電路 電機及拖動基礎電機及拖動基礎(3(3版版) ) 變

24、壓器變壓器 三、空載運行時的等效電路和電動勢平衡方程式三、空載運行時的等效電路和電動勢平衡方程式 電力變壓器的I0主要是用于建立空載磁場的感性無功 電流,其值很小,一般1,降壓變壓器 KN2是自 耦降壓變壓器。 將抽頭做成滑動 觸頭，就成為自 耦調(diào)壓器。常用 于調(diào)節(jié)試驗電壓 的大小 自 耦 調(diào) 壓 器 電機及拖動基礎電機及拖動基礎(3(3版版) ) 變壓器變壓器 二、儀用互感器二、儀用互感器 為了測量人員的安全，使測量回路與高壓電網(wǎng)為了測量人員的安全，使測量回路與高壓電網(wǎng) 相互隔離；相互隔離； 擴大測量儀表（電流表及電壓表）的測量范圍。擴大測量儀表（電流表及電壓表）的測量范圍。 作作 用用 電壓互感器電壓互感器 電流互感器電流互感器 分分 類類 電機及拖動基礎電機及拖動基礎(3(3版版) ) 變壓器變壓器 1.電壓互感器電壓互感器 二次側(cè)額定電壓二次側(cè)額定電壓100V 100V ，但電壓表刻度已換算成一次側(cè)電壓，但電壓表刻度已換算成一次側(cè)電壓， 可以直接讀