電機(jī)與變壓器

1、主講：主講：第四版第四版目目 錄錄第二單元變壓器繞組的極性測定與連接第一單元變壓器的分類、結(jié)構(gòu)和原理第三單元變壓器并聯(lián)運(yùn)行、維護(hù)和檢修第四單元特殊用途的變壓器第五單元電動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)知識(shí)第六單元三相異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行第七單元單相異步電動(dòng)機(jī)第八單元直流電動(dòng)機(jī)第九單元三相同步電機(jī)第十單元特種電機(jī)緒論緒論緒論u什么叫變壓器什么叫變壓器 在交流電路中，將電壓升高或降低的設(shè)備叫變壓器，變壓器能把任一數(shù)值的電壓轉(zhuǎn)變成頻率相同的我們所需的電壓值，以滿足電能的輸送，分配和使用要求。例如發(fā)電廠發(fā)出來的電，電壓等級(jí)較低，必須把電壓升高才能輸送到較遠(yuǎn)的用電區(qū)，用電區(qū)又必須通過降壓變成適用的電壓等級(jí)，供給動(dòng)力設(shè)備及日常用電

2、設(shè)備使用。u變壓器簡介變壓器簡介 對(duì)于變壓器一般有常識(shí)的朋友都知道是把大的電壓變小的一種電氣設(shè)備，可能問到更詳細(xì)情況就不知道了，這里來簡要介紹一下相關(guān)的變壓器知識(shí)，以及變壓器組成及型號(hào)。 發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)11kv升壓變壓器升壓變壓器110kv三繞組三繞組變壓器變壓器230kv去系統(tǒng)另一部分去系統(tǒng)另一部分降壓變壓器降壓變壓器11kv配電變壓器配電變壓器其他負(fù)載其他負(fù)載D簡單電力系統(tǒng)示意圖簡單電力系統(tǒng)示意圖第一單元變壓器的分類、結(jié)構(gòu)和原理 v課題一變壓器的分類和用途v課題二變壓器的結(jié)構(gòu)與冷卻方式v課題三變壓器的原理v課題四變壓器的空載試驗(yàn)與短路試課題一變壓器的分類和用途變壓器按用途可以分為： 配電變壓

3、器、電力變壓器、電爐變壓器、自耦變壓器、電焊變壓器、全密封變壓器、組合式變壓器、干式變壓器、單相變壓器、整流變壓器、試驗(yàn)變壓器、儀用變壓器（電壓、電流互感器、脈沖變壓器，阻抗匹配變壓器）等。電力變壓器可分為: 升壓變壓器、降壓變壓器、配電變壓器、聯(lián)絡(luò)變壓器等。電力變壓器的類別用途分配電變壓器配電變壓器升壓變壓器升壓變壓器降壓變壓器降壓變壓器（一）電力變壓（一）電力變壓器器試驗(yàn)、儀用等變壓器試驗(yàn)、儀用等變壓器(二二) 特種變壓器特種變壓器電力變壓器的類別用途分v特種變壓器可分為: 整流變壓器、電爐變壓器、高壓試驗(yàn)變壓器、控制變壓器等電源變壓器電源變壓器環(huán)形變壓器環(huán)形變壓器電力變壓器電力變壓器控制

4、變壓器控制變壓器三相干式變壓器三相干式變壓器接觸調(diào)壓器接觸調(diào)壓器控制變壓器控制變壓器 三相變壓器外觀示意圖三相變壓器外觀示意圖干式變壓器干式變壓器本節(jié)結(jié)束課題二課題二變壓器的結(jié)構(gòu)與冷卻方式變壓器的結(jié)構(gòu)與冷卻方式油浸式電力變壓器油浸式電力變壓器一、變壓器的結(jié)構(gòu)簡介一、變壓器的結(jié)構(gòu)簡介 根據(jù)用途的不同，變壓器的結(jié)構(gòu)也有所不同，大功率電力變壓器結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，多數(shù)為油浸式，變壓器主要由鐵芯、繞組、油箱、油枕、絕緣套管、分接開關(guān)和氣體繼電器等組成。2.2.變壓器的基本結(jié)構(gòu)和主要部件變壓器的基本結(jié)構(gòu)和主要部件主要部件：鐵心和繞組（構(gòu)成器身）；還有油箱、絕緣套管、主要部件：鐵心和繞組（構(gòu)成器身）；還有油箱、

5、絕緣套管、分接開關(guān)、安全氣道等分接開關(guān)、安全氣道等1.1.鐵心鐵心v鐵心是變壓器中主要的磁路部分。通常由含硅量較高，為降低發(fā)熱損耗和減小體積和重量，厚度為 0.35 或 0.5 mm,表面涂有絕緣漆的熱軋或冷軋硅鋼片疊裝而成，在大容量的變壓器中，為使鐵芯損耗發(fā)出的熱量能夠被絕緣油在循環(huán)時(shí)充分帶走，以達(dá)到良好的冷卻效果，常在鐵芯中設(shè)有冷卻油道。v鐵心分為鐵心柱和鐵軛倆部分，鐵心柱套有繞組；鐵軛閉合磁路之用。v鐵心結(jié)構(gòu)的基本形式有芯式和殼式兩種。 鐵心鐵心既是磁路，也是套裝繞組的骨架既是磁路，也是套裝繞組的骨架包括：心柱（套有繞組）和鐵軛（形成閉合磁路）包括：心柱（套有繞組）和鐵軛（形成閉合磁路）

6、由由0.350.5mm厚硅鋼片疊成或非晶合金制成厚硅鋼片疊成或非晶合金制成結(jié)構(gòu)上分為：芯式和殼式，電力變壓器主要用芯式結(jié)構(gòu)上分為：芯式和殼式，電力變壓器主要用芯式鐵鐵心心柱柱鐵鐵心心柱柱鐵鐵 軛軛鐵鐵 軛軛11112222 芯式變壓器芯式變壓器低壓繞組低壓繞組高壓繞組高壓繞組 (a) 單相心式變壓器示意圖單相心式變壓器示意圖 （b b）心式變壓器）心式變壓器鐵鐵 鐵鐵 鐵鐵 心心軛軛 柱柱 軛軛1122 單相殼式變壓器單相殼式變壓器 變壓器繞組主要故障是匝間短路和對(duì)外殼短路。匝間短路主要是由于絕緣老化，或由于變壓器的過負(fù)荷以及穿越性短路時(shí)絕緣受到機(jī)械的損傷而產(chǎn)生的。變壓器內(nèi)的油面下降，致使繞組

7、露出油面時(shí)，也能發(fā)生匝間短路；另外有穿越短路時(shí)，由于過電流作用使繞組變形，使絕緣受到機(jī)械損傷，也會(huì)產(chǎn)生匝間短路。 匝間短路時(shí)，短路繞組內(nèi)電流可能超過額定值，但整個(gè)繞組電流可能未超過額定值。在這種情況下，瓦斯保護(hù)動(dòng)作，情況嚴(yán)重時(shí)，差動(dòng)保護(hù)裝置也會(huì)動(dòng)作。 對(duì)外殼短路的原因也是由于絕緣老化或油受潮、油面下降，或因雷電和操作過電壓而產(chǎn)生的。除此以外，在發(fā)生穿越短路時(shí)，因過電流而使繞組變形，也會(huì)產(chǎn)生對(duì)外殼短路的現(xiàn)象。對(duì)外殼短路時(shí)，一般都是瓦斯保護(hù)裝置動(dòng)作和接地保護(hù)動(dòng)作。 繞組和鐵芯都是變壓器的核心元件。由于繞組本身有電阻或接頭處有接觸電阻，由I2Rt知要產(chǎn)生熱量。故繞組不能長時(shí)間通過比額定電流高的電流。

8、另外，通過短路電流時(shí)將在繞組上產(chǎn)生很大的電磁力而損壞變壓器。其基本繞組有同心式和交疊式兩種。2.繞組繞組繞組繞組 是變壓器的電路部分，用紙包或紗包的絕緣扁線或圓線繞成是變壓器的電路部分，用紙包或紗包的絕緣扁線或圓線繞成高壓繞組匝數(shù)多，導(dǎo)線細(xì)；低壓繞組匝數(shù)少，導(dǎo)線粗高壓繞組匝數(shù)多，導(dǎo)線細(xì)；低壓繞組匝數(shù)少，導(dǎo)線粗依照高低壓繞組的相對(duì)位置分為：同心式，交疊式依照高低壓繞組的相對(duì)位置分為：同心式，交疊式鐵鐵心心柱柱鐵鐵心心柱柱鐵鐵 軛軛鐵鐵 軛軛11112222同心式繞組同心式繞組3.油箱油箱油浸式變壓器的器身（繞組及鐵芯）都裝在充滿變壓器油的油箱中，油箱用鋼板焊成。中、小型變壓器的油箱由箱殼和箱蓋組

9、成，變壓器的器身放在箱殼內(nèi)，將箱蓋打開就可吊出器身進(jìn)行檢修。二、變壓器的冷卻方式二、變壓器的冷卻方式變壓器常用的冷卻方式有6種，按變壓器選用導(dǎo)則的要求，冷卻方式的選擇：1、油浸自冷(ONAN)；大多數(shù)配電變壓器和許多電力變壓器都采用這種方式。容量較小的變壓器，光滑油箱表面就足以將油冷卻；中等容量變壓器，油箱表面要做成皺紋形以增加散熱面，或加裝片式或扁管散熱器，使油在散熱器中循環(huán)流動(dòng)；大容量變壓器油箱表面應(yīng)加設(shè)輻射散熱器。31500kVA及以下、35kV及以下的產(chǎn)品； 2、油浸風(fēng)冷(ONAF)；用鼓風(fēng)機(jī)或小風(fēng)扇將冷空氣吹過散熱器，以增強(qiáng)散熱效果。這種冷卻方式的變壓器有兩種額定容量。在自然通風(fēng)下額

10、定容量較小，在鼓風(fēng)冷卻下額定容量則較大。適用于12500kVA63000kVA、35kV110kV產(chǎn)品； 75000kVA以下、110kV產(chǎn)品； 40000kVA及以下、220kV產(chǎn)品。 3、強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷(OFAF)； 5000090000kVA、220kV產(chǎn)品。 4、強(qiáng)迫油循環(huán)水冷(OFWF)；一般水力發(fā)電廠的升壓變220kV及以上、60MVA及以上產(chǎn)品采用。 5、強(qiáng)迫導(dǎo)向油循環(huán)風(fēng)冷(ODAF)； 強(qiáng)迫導(dǎo)向油循環(huán)水冷ODWF )；將熱變壓器油用油泵送往外部冷卻器，通過吹風(fēng)冷或用水冷卻，通常多為水冷卻。 75000kVA及以上、110kV產(chǎn)品； 在正常工作時(shí), 氣體繼電器內(nèi)充滿變壓器油, 浮

11、漂也在最上端位子. 當(dāng)有氣體產(chǎn)生時(shí), 氣泡會(huì)在繼電器內(nèi)積累, 壓力將強(qiáng)迫一只浮漂下降, 在氣體達(dá)到200cm3時(shí)，將發(fā)出報(bào)警信號(hào)；果氣體繼續(xù)積累, 第二只浮漂將會(huì)發(fā)出跳閘信號(hào)。 若變壓器油損失過多, 第一只浮漂下降，將會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào). 如果油量繼續(xù)減少, 下面的浮漂下降，發(fā)出跳閘信號(hào)。三、變壓器附件三、變壓器附件1、氣體繼電器（瓦斯繼電器）、氣體繼電器（瓦斯繼電器）氣體繼電器是一種對(duì)變壓器油和油箱起到保護(hù)作用的裝置。功能功能 變壓器套管是將變壓器內(nèi)部高、低壓引線引到油箱外部的絕緣套管，不但作為引線對(duì)地絕緣，而且擔(dān)負(fù)著固定引線的作用，變壓器套管是變壓器載流元件之一，在變壓器運(yùn)行中，長期通過負(fù)載電

12、流，當(dāng)變壓器外部發(fā)生短路時(shí)通過短路電流。 2、變壓器絕緣套管、變壓器絕緣套管(1)必須具有規(guī)定的電氣強(qiáng)度和足夠的機(jī)械強(qiáng)度。(2)必須具有良好的熱穩(wěn)定性，并能承受短路時(shí)的瞬間過熱。(3)外形小、質(zhì)量小、密封性能好、通用性強(qiáng)和便于維修。3、變壓器分接開關(guān)、變壓器分接開關(guān) 變壓器常用改變繞組匝數(shù)的方法來調(diào)壓。一般從變壓器的高壓繞組引出若干抽頭，稱為分接頭，用以切換分接頭的裝置叫分接開關(guān)。分接開關(guān)分為無載調(diào)壓和有載調(diào)壓兩種，前者必須在變壓器停電的情況下切換；后者可以在變壓器帶負(fù)載情況下進(jìn)行切換。分接開關(guān)安裝在油箱內(nèi)，其控制箱在油箱外，有載調(diào)壓分接開關(guān)內(nèi)的變壓器油是完全獨(dú)立的，它也有配套的油箱、瓦斯繼電

13、器、呼吸器。分接無勵(lì)磁調(diào)壓開關(guān)分接無勵(lì)磁調(diào)壓開關(guān) 本開關(guān)適用于頻率50、60Hz、額定電壓10、35Kv、額定電流20-250A，三相油浸式變壓器，調(diào)壓部位有中部和中性點(diǎn)兩種，可直接固定在變壓器箱蓋或箱壁處，在無勵(lì)磁狀態(tài)下分接調(diào)換。 分接開關(guān)：通過改變高壓繞組抽頭，增加或減少繞組匝數(shù)來改變電壓比。：U1/U2=W1/W2，U1W2=U2W1，：U2=U1W2/W1。一般變壓器均為無載調(diào)壓，需停電進(jìn)行：常分、三擋+5%、0%、-5%（一次為10.5KV、10KV、0.95KV二次為380V、400V、420V），出廠時(shí)一般置于擋。4、信號(hào)溫度計(jì)、信號(hào)溫度計(jì) 信號(hào)溫度計(jì)：監(jiān)視變壓器運(yùn)行溫度，發(fā)出信

14、號(hào)。指示的是變壓器上層油溫，變壓器線圈溫度要比上層油溫高10。國標(biāo)規(guī)定：變壓器繞組的極限工作溫度為105；（即環(huán)境溫度為40時(shí)），上層溫度不得超過95，通常以監(jiān)視溫度（上層油溫）設(shè)定在85及以下為宜。6、壓力釋放閥、壓力釋放閥當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生嚴(yán)重故障而產(chǎn)生大量氣體時(shí)，油箱內(nèi)壓力迅速增加，為防止變壓器發(fā)生爆炸，油箱上安裝壓力釋放閥。本節(jié)結(jié)束5、安全氣道、安全氣道 安全氣道又稱防爆管。當(dāng)變壓器內(nèi)發(fā)生故障時(shí)，如發(fā)生短路等，絕緣油即燃燒并急劇分解成氣體，導(dǎo)致變壓器內(nèi)部壓力驟增，油和氣體將沖破防爆管的玻璃膜噴出泄壓，避免變壓器油箱破裂。 課題三課題三 變壓器的原理變壓器的原理 變壓器利用電磁感應(yīng)原理，從

15、一個(gè)電路向另一個(gè)電路傳遞電能或傳輸信號(hào)的一種電器，是電能傳遞或作為信號(hào)傳輸?shù)闹匾?。主要?gòu)件是初級(jí)線圈、次級(jí)線圈和鐵心（磁芯）。在電器設(shè)備和無線電路中，常用作升降電壓、匹配阻抗，安全隔離等。變壓器的功能主要有：電壓變換；電流變換，阻抗變換；隔離；穩(wěn)壓（磁飽和變壓器） 變壓器的最基本型式，包括兩組繞有導(dǎo)線之線圈，并且彼此以電感方式稱合一起。當(dāng)一交流電流(具有某一已知頻率)流于其中之一組線圈時(shí)，于另一組線圈中將感應(yīng)出具有相同頻率之交流電壓，而感應(yīng)的電壓大小取決于兩線圈耦合及磁交鏈之程度。 而跨于此線圈的電壓稱之為一次電壓一次電壓。在二次線圈的感應(yīng)電壓可能大于或小于一次電壓，是由一次線圈與二次線圈

16、間的匝數(shù)匝數(shù)比所決定的。因此，變壓器區(qū)分為升壓與降壓變壓器兩種。變壓器原理變壓器原理構(gòu)造構(gòu)造示意圖示意圖(1)閉合鐵芯閉合鐵芯 (絕緣硅鋼片疊合而成絕緣硅鋼片疊合而成)(2)原線圈原線圈(初級(jí)線圈初級(jí)線圈) 其匝數(shù)用其匝數(shù)用n1表示表示 與交變電源相連與交變電源相連(3)副線圈副線圈(次級(jí)線圈次級(jí)線圈) 其匝數(shù)用其匝數(shù)用n2表示表示 與負(fù)載相連與負(fù)載相連(4)輸入電壓輸入電壓U1 輸出電壓輸出電壓U2鐵芯鐵芯U1U2 n1n2 變壓器通過閉合鐵芯，利用互感現(xiàn)象實(shí)現(xiàn)了：變壓器通過閉合鐵芯，利用互感現(xiàn)象實(shí)現(xiàn)了： 電能電能 磁場能磁場能 電能電能轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化 (U1、I1) (變化的磁場變化的磁場) (

17、 U2、I2)U1U2 n1n2 0tt1t2t3t4（1）互感現(xiàn)象：）互感現(xiàn)象：在變壓器原、副線圈中由于有交變電流而發(fā)生互相感應(yīng)的現(xiàn)象，叫做互感現(xiàn)象互感現(xiàn)象。（2）互感現(xiàn)象是變壓器工作的基礎(chǔ)。）互感現(xiàn)象是變壓器工作的基礎(chǔ)。 變壓器通過閉合鐵芯，利用互感現(xiàn)象實(shí)現(xiàn)了電能到磁場能再到電能的轉(zhuǎn)化。（3）變壓器只能工作在交流電路。）變壓器只能工作在交流電路。 如果變壓器接入直流電路，在鐵芯中不會(huì)產(chǎn)生交變的磁通量，沒有互感現(xiàn)象出現(xiàn)，所以變壓器僅工作于交流電路。理解理解： 如果在能量轉(zhuǎn)化的過程中能量損失很如果在能量轉(zhuǎn)化的過程中能量損失很小，能夠略去原、副線圈的電阻，以及小，能夠略去原、副線圈的電阻，以及各

18、種電磁能量損失，這樣的變壓器我們各種電磁能量損失，這樣的變壓器我們稱之為稱之為理想變壓器理想變壓器.這是物理學(xué)中又一種這是物理學(xué)中又一種理想化模型理想化模型。 原、副線圈中通過的磁通量始終原、副線圈中通過的磁通量始終相同相同(無漏磁無漏磁),因此產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢因此產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢分別是：分別是：若不考慮原副線圈的內(nèi)阻有若不考慮原副線圈的內(nèi)阻有 U U1 1= =E E1 1 U U2 2= =E E2 2 2121nnUU tnE11I1U2U1n1n2I2R2121nnEE U1U2 n1n2dtdNedtdNe2211tnE22用電器用電器額定工作電額定工作電壓壓用電器用電器額定工作電額

19、定工作電壓壓隨身聽隨身聽3V機(jī)床上的照明燈機(jī)床上的照明燈36V掃描儀掃描儀12V防身器防身器3000V手機(jī)充電手機(jī)充電器器4.2V 4.4V 5.3V黑白電視機(jī)顯像黑白電視機(jī)顯像管管幾萬伏幾萬伏錄音機(jī)錄音機(jī)6V 9V 12V彩色電視機(jī)顯像彩色電視機(jī)顯像管管十幾萬伏十幾萬伏 理想變壓器原副線圈的端電壓之比等于理想變壓器原副線圈的端電壓之比等于這兩個(gè)線圈的匝數(shù)之比這兩個(gè)線圈的匝數(shù)之比1、n2 n1 U2U1升壓變壓器升壓變壓器3、n2 n1 U2 IFe ，U1 與 Im 之間相位角 0 接近90) ) ( (三三) ) 漏磁通與漏電抗漏磁通與漏電抗v設(shè)漏磁通所經(jīng)磁場磁阻 Rm1，則v由于漏磁通所

20、通過的途徑是非磁性物質(zhì)，其磁導(dǎo)率是常數(shù)，所以漏磁通的大小與產(chǎn)生此漏磁通的繞組中的電流成正比v所以漏電動(dòng)勢 E1s 的有效值與電流 Im 關(guān)系為v式中x1為一次繞組的漏電抗二二. .空載運(yùn)行時(shí)電勢平衡方程式、相量圖及等效電路空載運(yùn)行時(shí)電勢平衡方程式、相量圖及等效電路1.1.空載運(yùn)行時(shí)電勢平衡方程空載運(yùn)行時(shí)電勢平衡方程 單相變壓器空載運(yùn)行時(shí)的各物理量如圖所示單相變壓器空載運(yùn)行時(shí)的各物理量如圖所示 v變壓器空載運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)勢平衡方程式如下：v由主磁通產(chǎn)生的電勢 E1 與產(chǎn)生主磁通的勵(lì)磁電流 Im 之間存在關(guān)系，可以直接用參數(shù)形式來表示。v由于 Im 中有有功分量與無功分量，故 -E1 可表示為 Im

21、 流過一個(gè)阻抗時(shí)所引起的阻抗壓降，即 勵(lì)磁阻抗 Zm, 勵(lì)磁電抗 xm, 勵(lì)磁電阻 rmv變壓器空載運(yùn)行時(shí)原邊電動(dòng)勢平衡方程式如下 其中 Z1 = r1 + jx1 2.2.空載運(yùn)行時(shí)等值電路空載運(yùn)行時(shí)等值電路 3.空載運(yùn)行時(shí)相量圖空載運(yùn)行時(shí)相量圖 4.4.應(yīng)注意的問題應(yīng)注意的問題v注意注意 r r1 1、x x1 1 是常量是常量 v而勵(lì)磁阻抗的大小和變壓器工作點(diǎn)有關(guān)而勵(lì)磁阻抗的大小和變壓器工作點(diǎn)有關(guān)v因鐵心中存在飽和現(xiàn)象，因鐵心中存在飽和現(xiàn)象，r rm m、x xm m 隨著飽和程度的增隨著飽和程度的增加而減小加而減小v但當(dāng)電源電壓的變化范圍不大，對(duì)應(yīng)鐵心中磁通的但當(dāng)電源電壓的變化范圍不大，對(duì)應(yīng)鐵心中磁通的變化為也不是很大時(shí)，變化為也不是很大時(shí)，Z Zm m 的值基本上可視為不變。的值基本上可視為不變。第二單元變壓器繞組的極性測定與連接 v課題一單相變壓器繞組的極性v課題二三相變壓器繞組的連接及連接組別v課題三用交流法測定三相變壓器繞組極性v課題四電力變壓器的銘牌參數(shù) 單相變壓器繞組同名端