電機與拖動（高職）全套教學課件

電機與拖動緒論全套可編輯PPT課件緒論變壓器直流電機直流電動機的電力拖動三相異步電動機三相異步電動機的電力拖動單相異步電動機同步電機特種電機電動機的選擇“電機與拖動”是將“電機學”和“電力拖動”兩門課程有機地結(jié)合的一門課程。本課程主要研究電機的基本理論問題，包括電機的基本結(jié)構(gòu)、工作原理、內(nèi)部電磁變換的物理過程、功率關(guān)系和機械特性等內(nèi)容；同時將系統(tǒng)地討論電力拖動系統(tǒng)的靜態(tài)和動態(tài)特性，重點放在研究電機的啟動、制動和調(diào)速三大問題上。任務(wù)：掌握常用電機和變壓器的基本結(jié)構(gòu)與工作原理，電力拖動系統(tǒng)的運行性能，以及電動機的選擇方法，為學習后續(xù)課程打下必要的理論基礎(chǔ)。一、電機與電力拖動系統(tǒng)概述1）按能量傳遞形式及用途分類發(fā)電機?？蓪⒎请娔苻D(zhuǎn)換為電能。電動機?？蓪㈦娔苻D(zhuǎn)換為機械能。變壓器?？筛淖兣c電能相關(guān)聯(lián)的電壓及電流而不改變頻率控制電機?？蓪崿F(xiàn)狀態(tài)監(jiān)測、信號處理或伺服驅(qū)動等功能。1.電機的分類2）按電機的結(jié)構(gòu)特點及電源性質(zhì)分類靜止電機。變壓器是一種無運動部件的電能變換器，因此又稱為靜止電機。旋轉(zhuǎn)電機。旋轉(zhuǎn)電機按照電源性質(zhì)的不同，又可分為直流電機和交流電機，而交流電機還可分為同步電機和異步電機。直線電機。在電力工業(yè)中，發(fā)電機和變壓器是發(fā)電站和變電所的主要設(shè)備。在機械制造、冶金、紡織、煤炭、石油、化工、印刷及其他行業(yè)，人們利用電動機把電能轉(zhuǎn)換成機械能，來拖動機床、軋鋼機、紡織機、鉆探機、電鏟機、起重機、傳輸帶等各種生產(chǎn)機械。在交通運輸業(yè)，各種交通設(shè)備需要大量的牽引電機和船用、航空電機來拖動。隨著農(nóng)業(yè)機械化的發(fā)展，在電力排灌、播種、收割等機械化生產(chǎn)中，都需要不同規(guī)格的電動機。在伺服傳動、機器人、航天航空和國防科學等領(lǐng)域的自動控制技術(shù)中，各種各樣的控制電機承擔著檢測、定位、隨動、執(zhí)行和解算等任務(wù)。在小轎車中，裝備有各類微型特種電機。醫(yī)療儀器、電動工具、家用電器、辦公自動化設(shè)備和計算機外部設(shè)備。2．電機的應(yīng)用以電動機作為原動機，拖動機械設(shè)備運動的拖動方式稱為電力拖動，又稱電機傳動。3．電力拖動系統(tǒng)電力拖動系統(tǒng)一般由控制設(shè)備、電動機、傳動機構(gòu)、生產(chǎn)設(shè)備和電源五部分組成，如圖0-1所示。圖0-1電力拖動系統(tǒng)的組成二、電機理論中的基本電磁定律1．描述磁場的物理量磁場是指傳遞實物間磁力作用的場，它是由運動電荷或電場的變化而產(chǎn)生的。1）磁感應(yīng)強度在磁場中垂直于磁場方向放置一個通電導體，其所受的電磁力F與電流I和導體長度L的乘積IL之比稱為通電導體所在處的磁感應(yīng)強度B，即（0-1）磁感應(yīng)強度與電流之間的方向關(guān)系可用右手螺旋定則來確定。在國際單位制中，磁感應(yīng)強度的單位為特斯拉（T）。

右手螺旋定則:（1）假設(shè)用右手握住通電直導線，大拇指指向電流方向，那么彎曲的四指就表示導線周圍的磁場方向，如圖0-2所示；（2）假設(shè)用右手握住通電螺線管，彎曲的四指指向電流方向，那么大拇指的指向就是通電螺線管內(nèi)部的磁場方向。圖0-2右手螺旋定則如果磁場內(nèi)各點的磁感應(yīng)強度大小相等、方向相同，則這樣的磁場稱為勻強磁場。2）磁通磁通

是描述磁場在某一范圍分布情況的物理量。磁感應(yīng)強度B與垂直于磁場方向的某一橫截面積S的乘積稱為通過該面積的磁通

，即（0-2）磁感應(yīng)強度又稱為磁通密度。在國際單位制中，磁通的單位為韋伯（Wb）。

或3）磁導率磁導率μ是用來衡量物質(zhì)導磁能力大小的物理量，其單位為亨利每米（H/m）。4）磁場強度磁場強度H是分析磁場時所引用的一個輔助物理量，定義為（0-4）在國際單位制中，磁場強度的單位為安培每米（A/m）。5）磁通勢磁通勢F又稱磁動勢，用于表征電流流過導體時產(chǎn)生磁通量的能力，類似于電場中的電動勢或電壓。此外，永磁材料也以某種方式表現(xiàn)出磁通勢。磁通勢的單位為安培（A）。電流流過導體所產(chǎn)生的磁通勢為

（0-5）式中，N——線圈匝數(shù)；I——流過導體的電流。2．電路定律基爾霍夫電流定律（KCL）：在任一時刻，流入某一節(jié)點的電流之和恒等于由該節(jié)點流出的電流之和。其表達式為（0-6）（0-7）基爾霍夫電壓定律（KVL）：在任一時刻，沿任一回路的繞行方向，回路中各段電壓的代數(shù)和恒等于零。其表達式為3．磁路定律1）磁路的基爾霍夫第一定律磁路中的任一閉合面內(nèi)，在任一瞬間進入或穿出該閉合面的各分支磁路磁通的代數(shù)和等于零，即

（0-8）2）安培環(huán)路定律在磁場中，沿任一長度為l的閉合磁回路，磁場強度H的線積分等于該回路環(huán)鏈所有電流I的代數(shù)和。以圖0-3所示磁路為例，應(yīng)用安培環(huán)路定律有

（0-9）圖0-3磁路在電機中，當一個N匝的線圈流過電流I時，式（0-9）可寫為

（0-10）即

（0-11）4．電磁感應(yīng)定律變化的磁場會產(chǎn)生電場，使磁場中的導體上產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，這種現(xiàn)象稱為電磁感應(yīng)現(xiàn)象。當電機線圈中的磁通發(fā)生變化時，線圈內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。當導體與磁場有相對運動時，導體切割磁感線，使導體產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，稱為切割電動勢。1）感應(yīng)電動勢感應(yīng)電動勢可表示為2）切割電動勢在磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中，若直導線的有效長度為l，直導線相對于磁場的切割速度為v，則切割電動勢為切割電動勢的方向可用右手定則來判定。（0-14）右手定則：伸開右手，使大拇指與其余四指垂直且處在同一平面內(nèi)，讓磁感線垂直進入手心，大拇指指向?qū)w運動的方向，此時四指所指的方向即為感應(yīng)電動勢的方向，如圖0-4所示。圖0-4右手定則5．電磁力定律在磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中，若直導線的有效長度為l，直導線上的電流為I，且磁場方向和直導線相互垂直，則作用在直導線上的電磁力為（0-15）載流導體所受電磁力的方向可由左手定則來判定。左手定則：若電流方向與磁場方向垂直，伸出左手使大拇指與其余四根手指垂直，且都在一個平面內(nèi)，讓磁感線從手心垂直進入，四根手指指向電流方向，此時大拇指所指方向即為載流導體在磁場中的受力方向，如圖0-5所示。圖0-5左手定則三、電機常用材料及其特性1．電機常用材料用于構(gòu)成電路，常用鋁或銅制成。導電材料：用于構(gòu)成磁路，常用0.35mm或0.5mm厚、兩面涂有絕緣漆的硅鋼片疊成。導磁材料：用于將帶電部分隔離開來，常用云母、絕緣橡膠、陶瓷等材料制成。絕緣材料：用于支撐電機結(jié)構(gòu)，常用鋼鐵或鋁合金制成。支撐材料：2．鐵磁性材料的磁化特性1）高導磁性在有外磁場作用時，磁疇的方向?qū)⒅饾u改變到與外磁場方向接近或一致，使鐵磁性材料內(nèi)部的磁感應(yīng)強度大大增強，對外呈現(xiàn)出很強的磁性，如圖0-6（b）所示。此時，鐵磁性材料即被強烈磁化了。（a）沒有外磁場

（b）有外磁場圖0-6磁疇與磁化為什么鐵磁性材料能夠被磁化呢？這是因為鐵磁性材料的內(nèi)部存在許多自發(fā)磁化的小區(qū)域，這些小區(qū)域稱為磁疇。2）磁飽和性在鐵磁性材料的磁化過程中，磁感應(yīng)強度B隨磁場強度H變化的曲線稱為磁化曲線，如圖0-7所示。當外磁場增強到一定值時，鐵磁性材料內(nèi)部所有磁疇的方向都已與外磁場方向一致，此時，磁感應(yīng)強度達到飽和，這種特性稱為鐵磁性材料的磁飽和性。圖0-7B和μ與H的關(guān)系由于B與H不成正比，所以，鐵磁性材料的磁導率

是常數(shù)，它隨H的變化而變化。3）磁滯性磁感應(yīng)強度B的變化滯后于磁場強度H的變化，這種性質(zhì)稱為磁滯性。表示B與H變化關(guān)系的閉合曲線稱為磁滯回線。軟磁材料、硬磁（永磁）材料和矩磁材料三類鐵磁性材料的磁滯回線如圖0-8所示。（a）軟磁材料

（b）硬磁材料

（c）矩磁材料圖0-8鐵磁性材料的磁滯回線4）鐵芯損耗鐵磁性材料在交變磁化過程中由磁滯現(xiàn)象所引起的能量損耗稱為磁滯損耗。它是由于鐵磁性材料內(nèi)部的小磁疇在交變磁化過程中反復轉(zhuǎn)向，相互摩擦引起鐵芯發(fā)熱所造成的。（1）磁滯損耗鐵磁性材料不僅能夠?qū)Т?，同時還能夠?qū)щ?。當線圈中通有交流電時，它所產(chǎn)生的磁通也是交變的。因此，在鐵芯內(nèi)將產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流。這種感應(yīng)電流在垂直于磁通方向的平面內(nèi)呈旋渦狀，故稱為渦流。（2）渦流損耗渦流使鐵芯發(fā)熱所造成的功率損耗稱為渦流損耗。由于整塊金屬的電阻很小，因此，渦流很大，渦流損耗較嚴重。為減小渦流損耗，在順磁場方向鐵芯可由彼此絕緣的薄鋼片疊成，如圖0-9（b）所示。這樣可將渦流限制在較小的截面內(nèi)流通，并使回路電阻增大、渦流減小，從而減小渦流損耗。圖0-9渦流電機與拖動項目一變壓器項目導讀變壓器是一種能夠轉(zhuǎn)移電能而不改變其交流電源頻率的靜止電能轉(zhuǎn)換器。它可利用電磁感應(yīng)原理，將一種電壓、電流等級的交流電，轉(zhuǎn)變成同頻率的另一種或多種電壓、電流等級的交流電。本項目主要介紹變壓器的結(jié)構(gòu)和工作原理，單相、三相變壓器的運行特性，以及變壓器的維護與檢修等。任務(wù)一變壓器的認識任務(wù)引入小李從國外帶回來一款電動玩具，這款電動玩具采用的是100V、50/60Hz電源充電器，無法在家中插座上直接使用，而購買一臺電壓轉(zhuǎn)換器則需要兩三百元。于是，精通電氣技術(shù)的小李決定自己制作一個小型變壓器，用它將家用220V電壓轉(zhuǎn)換成100V電壓，然后再由電動玩具自帶的電源充電器進行充電。思考：變壓器的工作原理是什么？如何制作上述變壓器呢？一、變壓器的作用和分類在電力系統(tǒng)中，變壓器是一種作輸、配電用的電氣設(shè)備。在輸電方面，采用升壓變壓器來提高電能的電壓等級，可降低輸電線路對導線截面積的要求，減小輸電線路上的電壓降，從而降低輸電線路上的功率損耗。在配電方面，為了保證人們的用電安全和滿足用電設(shè)備的電壓要求，需要用降壓變壓器將電網(wǎng)的電壓等級降為用電設(shè)備所需的電壓等級。

在電子電路中，變壓器除用于引入電路電源外，還可用于耦合電路、傳遞信號、實現(xiàn)阻抗匹配等。1．變壓器的作用1）按用途分類電力變壓器應(yīng)用于電力系統(tǒng)中進行變配電的變壓器，常用的有升壓變壓器、降壓變壓器、配電變壓器等特種變壓器是具有特殊用途的變壓器的統(tǒng)稱，如自耦變壓器、互感器、電焊變壓器、整流變壓器、礦用變壓器、沖擊變壓器等。2）按電源的相數(shù)分類單相變壓器三相變壓器多相變壓器。2．變壓器的分類繞組是變壓器的電路部分，一般用絕緣銅或鋁導線繞制而成，可由一個線圈組成，也可由多個線圈串聯(lián)組成。繞組用于連接電路，以產(chǎn)生磁通和感應(yīng)電動勢。與電源連接的繞組稱為一次繞組（或初級繞組、原邊繞組），與負載連接的繞組稱為二次繞組（或次級繞組、副邊繞組）。匝數(shù)較多的繞組工作電壓較高，稱為高壓繞組；匝數(shù)較少的繞組工作電壓較低，稱為低壓繞組。二、變壓器的基本結(jié)構(gòu)1．繞組鐵芯是變壓器的磁路部分，它由鐵芯柱和鐵軛兩部分組成。芯式變壓器：鐵芯呈口形，鐵芯柱分布在鐵芯兩側(cè)，繞組纏繞在鐵芯柱上，構(gòu)成繞組包圍鐵芯的形式，如圖1-1（a）所示。殼式變壓器：鐵芯呈日字形，鐵芯柱位于鐵芯中間，鐵軛位于兩側(cè)，繞組纏繞在鐵芯柱上，構(gòu)成鐵芯包圍繞組的形式，如圖1-1（b）所示。（a）芯式變壓器

（b）殼式變壓器圖1-1芯式變壓器和殼式變壓器2．

鐵芯根據(jù)鐵芯和繞組組合結(jié)構(gòu)的不同，變壓器又可分為芯式和殼式兩種。三、變壓器的工作原理變壓器是利用電磁感應(yīng)原理來工作的。單相變壓器的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1-5（a）所示。當單相變壓器一次繞組輸入電壓

時，一次繞組中將產(chǎn)生電流

，并產(chǎn)生同頻率的交變磁通

。根據(jù)電磁感應(yīng)原理，交變磁通

將分別在兩個繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢

和，即

（1-1）則一、二次繞組感應(yīng)電動勢的大小之比為（1-2）由此可知，當變壓器的輸入電壓一定時，只要改變一、二次繞組的匝數(shù)比，就可得到不同的輸出電壓，從而實現(xiàn)了電能的傳遞。（a）結(jié)構(gòu)示意圖

（b）符號圖1-5單相變壓器的工作原理圖單相變壓器的符號如圖1-5（b）所示。四、變壓器的銘牌及額定值變壓器的額定值是指變壓器在規(guī)定的使用環(huán)境和運行條件下的主要技術(shù)數(shù)據(jù)限定值。又稱銘牌數(shù)據(jù)。變壓器的額定值是選擇和使用變壓器的依據(jù)，常用的有額定電壓、額定電流、額定容量、額定頻率等。1．變壓器的銘牌與型號圖1-6變壓器的銘牌變壓器的型號一般反映了其結(jié)構(gòu)、冷卻方式、額定容量、電壓等級等內(nèi)容，如圖1-7所示。圖1-7變壓器的型號表示例如，變壓器的型號為“SF11-600/10”“S”表示該變壓器為三相變壓器“F”表示冷卻方式為風冷式“11”為設(shè)計序號“600”表示額定容量為600kV·A“10”表示高壓繞組電壓等級為10kV2．變壓器的額定值1）額定電壓額定電壓包括一次額定電壓和二次額定電壓。一次額定電壓是指變壓器正常工作時一次繞組上應(yīng)加的電源電壓，用

表示，二次額定電壓是指一次繞組加上額定電壓時二次繞組上的空載電壓，用

表示。例如，6000V/400V，表示一次額定電壓為6000V，二次額定電壓為400V。

2）額定電流額定電流是指按規(guī)定的工作方式（長時連續(xù)工作、短時工作或間歇工作）運行時，一、二次繞組允許通過的最大電流，包括一次額定電流

和二次額定電流

。

3）額定容量額定容量是指二次繞組的額定電壓與額定電流的乘積，用

表示。它是視在功率，單位為V·A。

單相變壓器的額定容量為

（1-3）三相變壓器的額定容量為其相電壓與相電流乘積的

倍，即

4）額定頻率

額定頻率是指變壓器額定運行時一次繞組外加交流電壓的頻率。

我國規(guī)定工業(yè)及民用交流電的額定頻率為50Hz。五、小型變壓器的參數(shù)設(shè)計容量在1000V·A以下的變壓器統(tǒng)稱為小型變壓器。在設(shè)計制作小型變壓器時，通常需要先確定變壓器的額定容量

、鐵芯柱的截面積

、繞組的匝數(shù)N、導線的直徑、鐵芯窗口的面積等參數(shù)。

1．確定額定容量

單相變壓器二次側(cè)的容量

為二次側(cè)各繞組輸出視在功率的代數(shù)和，即

（1-4）由于變壓器在傳遞電能時存在銅耗和鐵耗，因此其一次側(cè)容量

比二次側(cè)容量

要大，即

（1-5）式中，

——變壓器的效率，其值總小于1。

單相變壓器的額定容量

取一、二次繞組容量的平均值，即

（1-6）

2．計算鐵芯柱的截面積單相變壓器鐵芯柱的截面積與其額定容量有關(guān)，通常根據(jù)以下經(jīng)驗公式計算，即

（1-7）式中，

——鐵芯柱的截面積，單位為

——截面積計算系數(shù)，其參考值如表1-1所示。

S（V·A）0～910～4950～499500～9991000以上21.75～21.4～21.2～1.41表1-1截面積計算系數(shù)的參考值

3．計算繞組的匝數(shù)和導線直徑1）繞組的匝數(shù)繞組的感應(yīng)電動勢為

（1-8）因此，感應(yīng)產(chǎn)生1V電動勢的匝數(shù)為

（1-9）則一次繞組的匝數(shù)為

（1-10）二次繞組的匝數(shù)為

式中，二次繞組增加了5%的匝數(shù)，以補償負載運行時線路上的電壓降。

（1-11）2）導線的直徑繞組中導線的截面積

可由勵磁電流I和電流密度J來確定，即

（1-12）因此導線的直徑為

（1-13）

4．計算鐵芯窗口的面積計算鐵芯窗口的面積A時，應(yīng)先根據(jù)繞組導線直徑和每層導線的匝數(shù)確定鐵芯窗口的高度h，然后根據(jù)繞組線圈的厚度確定鐵芯窗口的寬度c，則其中

（1-14）

根據(jù)繞組線圈的厚度確定鐵芯窗口的寬度，即

（1-15）

繞組的厚度B可按照下式計算：

（1-16）

任務(wù)實施——繞制小型單相變壓器一、實施目的（1）了解小型變壓器各參數(shù)的計算方法。（2）掌握小型單相變壓器的繞制方法。電工工具1套，萬用表、絕緣電阻表各1塊，E形硅鋼片、導線、木方、青殼紙、各種絕緣材料若干。二、實施器材三、實施步驟制作一臺小型單相變壓器，已知電源頻率為50Hz，單相變壓器一次側(cè)額定電壓為220

V，二次側(cè)輸出電壓為15V，從實物測得的E形硅鋼片舌寬（鐵芯柱寬度）為1.4cm，疊片厚度為2cm，鐵芯的硅鋼片為冷軋硅鋼片。1．選擇導線和絕緣材料根據(jù)計算的導線直徑選擇相應(yīng)規(guī)格的漆包線。2．制作木芯用繞線機繞制線圈時，應(yīng)將漆包線繞在預先做好的線圈骨架上。3．制作線圈骨架用青殼紙在木芯上卷繞兩圈，層間和接頭處用膠水粘牢，即可制成無框骨架，如圖1-9所示。（a）粘疊后的骨架

（b）彈性紙尺寸圖1-9無框骨架1）無框骨架質(zhì)量要求較高的變壓器一般采用有框骨架，即活絡(luò)框架，其結(jié)構(gòu)如圖1-10所示。a）上下邊框架

（b）夾板1（c）夾板2（d）活絡(luò)框架圖1-10有框骨架的結(jié)構(gòu)2）有框骨架4．繞線（1）裁剪好絕緣紙。（2）繞線前，先在套好木芯的骨架上墊好對鐵芯的絕緣，然后將木芯中心孔串入繞線機軸并緊固。起繞時，在導線引線頭壓入一條絕緣帶的折條，以便抽緊導線的起始線頭，如圖1-11（a）所示。（3）當一組繞組繞制即將結(jié)束時，要墊上一條絕緣帶的折條，繼續(xù)繞線到結(jié)束，將線尾插入絕緣帶的折縫中，抽緊絕緣帶，以固定線尾，如圖1-11（b）所示。圖1-11繞線（a）

（b）（4）導線要求繞得緊密、整齊，不允許有疊線現(xiàn)象。（5）線包繞制好后，外層絕緣用鉚好焊片的青殼紙纏繞2～3層，用膠水粘牢，將各繞組的引出線焊接在焊片上。5．裝配鐵芯先將硅鋼片從線包兩邊一片一片地交叉對鑲；鑲到線包中部時，則要兩片兩片地對鑲；當余下最后幾片硅鋼片時比較難鑲，需要緊片，即用螺絲刀撬開兩片硅鋼片的夾縫，然后將硅鋼片鑲?cè)耄⒂媚惧N輕輕敲入。6．絕緣處理新繞制或大修后的變壓器必須進行浸漆和烘烤處理，浸漆烘烤工藝一般包括預烘、浸漆、滴漆、烘烤等步驟。任務(wù)二單相變壓器任務(wù)引入小李順利制作出了一個小型單相變壓器。在使用之前，為了保證安全，需要對變壓器的性能進行測試。小李先將變壓器接通電源，然后測量它的輸出電壓，發(fā)現(xiàn)在未接100

V電源充電器（負載）的情況下，變壓器的輸出電壓為100V，而接入負載后，變壓器的輸出電壓下降到了87V，明顯不能滿足要求。思考：單相變壓器的運行特性有哪些？為什么小李制作的變壓器在接入負載后輸出電壓會明顯降低呢？一、單相變壓器的空載運行變壓器的空載運行是指變壓器的一次繞組接交流電源、二次繞組開路時的工作狀態(tài)，其運行原理如圖1-12所示。1.空載運行的定義圖1-12單相變壓器的空載運行原理2．空載運行時各電磁量的參考方向由于變壓器接在交流電源上，因此其電壓、電流、磁通、電動勢等的大小和方向均隨時間作周期性變化。為了能正確表明各電磁量之間的關(guān)系，一般按照以下原則來規(guī)定它們的參考方向。（1）在一次繞組中，電壓的參考方向與電流的參考方向一致。（2）磁通的參考方向與電流的參考方向之間符合右手螺旋定則。（3）繞組感應(yīng)電動勢的參考方向與產(chǎn)生該電動勢的磁通參考方向一致，符合右手螺旋定則和楞次定律。（4）在二次繞組中，電動勢的參考方向與電流的參考方向一致；電壓的參考方向與電流的參考方向一致。3．空載運行變壓比變壓器空載運行時，當一次繞組接上交流電壓后，一次側(cè)線圈中有電流通過。在電流作用下，線圈中產(chǎn)生交變磁通（主磁通），該磁通通過一、二次繞組，在兩繞組中分別產(chǎn)生感應(yīng)電動勢、，則故、的相位均滯后90°，且，。若忽略漏磁通和繞組電阻的影響，則對于一次繞組有

(1-17)對于二次繞組有

(1-18)對同一變壓器而言，當加在一次繞組兩邊的電壓不變時，由于、為常量，故基本保持不變，稱為恒磁通。此時有

(1-19)式中，——變壓器的變壓比，簡稱變比，它是一次繞組與二次繞組之間的電壓比，也可用表示。4．空載電流和空載損耗空載電流是指變壓器空載運行時通過一次繞組的電流，它一般僅為變壓器額定電流的2%～10%。它一方面用來產(chǎn)生主磁通，另一方面用來補償變壓器的鐵損。因此，可將分為兩部分，一部分為無功分量

，用來建立磁場，起勵磁作用，其相位與主磁通相同；另一部分為有功分量，用于補償鐵損，其相位超前90°。故有

(1-20)

上述關(guān)系也可用相量表示，其相量圖如圖1-13所示。通常，，因此可視為，即空載電流主要用于建立磁場，相當于勵磁電流。變壓器空載時無功率輸出，它從電源獲取的全部功率都在其內(nèi)部消耗，這部分損耗稱為空載損耗。空載損耗包括變壓器的鐵損和一次繞組上的銅損，而僅占的2%左右，故可認為變壓器的空載損耗即為其鐵損，即。圖1-13空載電流相量圖二、單相變壓器的負載運行變壓器的負載運行是指變壓器的一次繞組接交流電源、二次繞組接負載時的工作狀態(tài)，其運行原理如圖1-14所示。1．負載運行的定義圖1-14單相變壓器的負載運行原理2．負載運行變流比變壓器在負載運行時，在感應(yīng)電動勢的作用下，二次繞組中將有電流通過。二次繞組的磁通勢也會產(chǎn)生磁通，并在一次繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電流，這會使得一次繞組中的電流發(fā)生變化。如果將變壓器空載時一次繞組的電流記作，將接入負載后一次繞組的電流記作，則空載時，主磁通由一次繞組的磁通勢決定；接入負載后，主磁通由一、二次繞組的合成磁通勢決定。當和不變時，和基本不變，即不論空載或負載，鐵芯中主磁通的最大值基本不變，則有用相量表示為由于空載電流很小，可忽略不計，則

(1-21)于是，一、二次繞組的電流變換關(guān)系為

(1-22)式中，——變壓器的變流比。式（1-22）表明，變壓器一、二次繞組的電流之比與它們的匝數(shù)成反比，故可通過改變變壓器繞組的匝數(shù)來改變電流。變壓器一次繞組的電流由變壓器所接負載的電流決定。

3．阻抗變換變壓器不僅能變換電壓和電流，還能變換阻抗。如圖1-15（a）所示變壓器中，設(shè)其一、二次繞組的內(nèi)阻，漏磁通及空載電流均忽略不計，則負載阻抗模為

(1-23)如圖1-15（a）所示方框部分可以用一個阻抗模來等效代替，如圖1-15（b）所示，則有

(1-24)圖1-15負載阻抗的等效變換(a)(b)由于所以

(1-25)

式（1-25）表明，負載阻抗模|Z|經(jīng)過變壓器變換后，擴大了倍。我們可以采用不同的變壓比，把負載阻抗模變換為所需要的數(shù)值，以達到電路的匹配狀態(tài)，使負載上獲得最大輸出功率，這種做法稱為阻抗匹配。例如，在音響設(shè)備中，為了使揚聲器達到較好的音響效果，需要使其獲得較大的功率輸出，這就要求音響設(shè)備的輸出阻抗與揚聲器的阻抗盡量匹配。但實際上，揚聲器的阻抗較小，通常只有幾歐到十幾歐，而音響設(shè)備的輸出阻抗則較大，故可在兩者之間加裝一個變壓器來進行阻抗匹配。解：（1）根據(jù)式（1-19）可得空載時二次繞組的電壓為（2）若二次繞組上接的負載，忽略線圈內(nèi)阻及漏磁通，則二次繞組的電流為根據(jù)式（1-22）可得一次繞組的電流為【例1-1】有一單相變壓器，其一、二次繞組的匝數(shù)為，。若一次繞組上接220V的交流電壓，求：（1）空載時，二次繞組的電壓為多少？（2）二次繞組上接的負載時，一、二次繞組的電流各為多少？三、單相變壓器參數(shù)的測定方法1．空載試驗單相變壓器空載試驗的目的是測定變壓器的變壓比K、空載電流和（或）空載損耗，并求出勵磁阻抗，由此得出變壓器的勵磁電阻和勵磁電抗。單相變壓器空載試驗的電路圖如圖1-16所示。通過儀表可測得、、、的值，由此可計算變壓器的勵磁參數(shù)如下。圖1-16單相變壓器空載試驗的電路圖變壓器的變壓比為

(1-26)勵磁阻抗為

(1-27)勵磁電阻為(1-28)勵磁電抗為(1-29)2．短路試驗變壓器短路試驗的目的是通過測量短路電流、短路電壓和短路損耗，來計算短路電壓百分值、銅損和短路阻抗。單相變壓器短路試驗的電路圖如圖1-17所示。圖1-17單相變壓器短路試驗的電路圖將變壓器的二次側(cè)短接，一次側(cè)通過調(diào)壓器接電源。試驗時，應(yīng)使一次側(cè)電壓從零開始逐漸升高，觀察電流表的讀數(shù)，待所測電流達到一次側(cè)額定電流時停止升壓；然后讀取對應(yīng)的、值。當時，因外加電壓較低，故鐵芯中的主磁通很小，鐵損也很小，可以忽略不計。因此有

(1-30)由此可計算短路參數(shù)如下。短路阻抗為(1-31)短路電阻為(1-32)短路電抗為

(1-33)由于導體的電阻值和溫度有關(guān)，短路試驗時導體的溫度不同，試驗結(jié)果也不同，因此根據(jù)相關(guān)技術(shù)標準規(guī)定，試驗所得電阻值要換算為基準工作溫度75℃時的數(shù)值，換算公式為勵磁電阻為

(1-34)式中，——溫度折算系數(shù)，其中銅繞組為，鋁繞組為；——試驗時的室溫。在基準工作溫度下，短路電流為額定值時，，該電壓稱為變壓器的短路電壓或阻抗壓降。由于變壓器的電壓等級較多，為便于使用，短路電壓通常用額定電壓的百分值來表示，即

(1-35)短路電壓是變壓器的一個重要參數(shù)，它反映了變壓器在額定狀態(tài)下運行時的電壓損失。一般來說，中小型變壓器的為4%～10.5%，大型變壓器的為12.5%～17.5%。四、單相變壓器的運行特性1．單相變壓器的外特性單相變壓器在額定狀態(tài)下空載運行時，其二次側(cè)電壓為二次額定電壓；單相變壓器在負載運行時，由于其內(nèi)部存在電阻和電抗，其二次側(cè)電壓將隨負載的變化而變化。當變壓器的電源電壓為額定電壓，且負載的功率因數(shù)一定時，二次側(cè)電壓與二次側(cè)電流的變化曲線稱為變壓器的外特性，如圖1-18所示。圖1-18變壓器的外特性當變壓器帶容性負載（）運行時，若，則隨的增大而增大；當變壓器帶純電阻負載（）運行時，隨的增大而略微減?。划斪儔浩鲙Ц行载撦d（）運行時，隨的增大而減小較多。變壓器在負載運行時，和之間存在差值，這一差值與的比值稱為電壓變化率或電壓調(diào)整率，用表示，即

(1-36)一般情況下，當時，變壓器額定負載的電壓變化率約為5%。2．單相變壓器的效率特性變壓器從電源吸收的有功功率，扣除鐵損和兩側(cè)繞組的銅損，即為變壓器輸出的有功功率，也即變壓器負載上消耗的功率，即

（1-37）與比值的百分數(shù)稱為變壓器的效率，用表示，即

(1-38)變壓器在額定負載狀態(tài)下運行時，，而在任意負載下則有(1-39)式中，——負載系數(shù)，。由于，因此有代入式（1-38）后整理得

（1-40）式（1-40）表明，變壓器的效率隨負載系數(shù)的變化而變化，由于，故變壓器的效率隨負載電流的變化而變化。隨變化的曲線稱為變壓器的效率特性，如圖1-19所示。圖1-19變壓器的效率特性任務(wù)實施——單相變壓器的空載試驗和短路試驗一、實施目的（1）掌握單相變壓器空載試驗和短路試驗的目的和原理。（2）通過空載試驗，測量單相變壓器的變壓比和空載參數(shù)。（3）通過短路試驗，測量單相變壓器的短路電流、短路電壓、短路損耗等參數(shù)。萬用表、交流電流表、交流電壓表、單相功率表各1塊，單相變壓器（220V/55V）1臺，單相自耦調(diào)壓器（0～250V）1臺，閘刀開關(guān)、熔斷器及導線若干。二、實施器材三、實施步驟1．單相變壓器空載試驗1）測量單相變壓器的變壓比（1）按如圖1-20所示連接電路。圖1-20變壓比測量電路（2）將單相自耦調(diào)壓器Ty的手柄置于零位，閉合電源開關(guān)S。（3）調(diào)節(jié)單相自耦調(diào)壓器的手柄，使加在單相變壓器低壓側(cè)的電壓

分別為額定電壓

的100%、75%、50%，依次測量高壓側(cè)對應(yīng)的電壓

。（4）根據(jù)3次測量結(jié)果，分別計算單相變壓器的變壓比

，取三次計算結(jié)果的平均值作為該變壓器的實際變壓比。將測量與計算結(jié)果填入表1-3中。

表1-3單相變壓器的變壓比測量與計算結(jié)果序號/V/V1

2

3

變壓器的實際變壓比

（2）將單相自耦調(diào)壓器的手柄置于零位，閉合電源開關(guān)S。（3）調(diào)節(jié)單相自耦調(diào)壓器的手柄，使其輸出電壓等于變壓器低壓側(cè)的額定電壓

（55

V），觀察交流電流表、單相功率表的讀數(shù)

，并將測量結(jié)果填入表1-4中。2）測量單相變壓器的空載參數(shù)（1）按如圖1-21所示連接電路。圖1-21空載試驗電路

（4）根據(jù)測量結(jié)果計算勵磁阻抗

、勵磁電阻

和勵磁電抗

將計算結(jié)果填入表1-4中。表1-4單相變壓器的空載參數(shù)測量與計算結(jié)果/V/A/W

///

3）繪制單相變壓器的空載特性曲線（1）調(diào)節(jié)單相耦合調(diào)壓器的手柄，使其輸出電壓

等于變壓器低壓側(cè)額定電壓

的1.2倍，讀取交流電流表讀數(shù)

。（2）逐漸降低單相耦合調(diào)壓器的輸出電壓

，直至

從中選取若干節(jié)點，依次讀取各節(jié)點輸出電壓

和交流電流表讀數(shù)

的值，將測量結(jié)果填入表1-5中。表1-5單相變壓器的空載特性測量結(jié)果/V

/A

（3）根據(jù)測量結(jié)果，繪制單相變壓器的空載特性曲線。

2．單相變壓器短路試驗（1）按如圖1-22所示連接電路。圖1-22短路試驗電路（2）將單相自耦調(diào)壓器的手柄置于零位，閉合電源開關(guān)S。（3）調(diào)節(jié)單相自耦調(diào)壓器的手柄，使其輸出電壓逐漸增大，觀察交流電流表的讀數(shù),直至

達到單相變壓器一次繞組的額定電流值為止，此時讀取交流電流表、交流電壓表、單相功率表的讀數(shù)

將測量結(jié)果填入表1-6中。

（4）根據(jù)測量結(jié)果，計算短路電壓百分值

、銅損

和短路阻抗

，將計算結(jié)果填入表1-6中。表1-6單相變壓器的短路試驗測量與計算結(jié)果/A/V/W

/W/

任務(wù)三三相變壓器任務(wù)引入在某些航電設(shè)備中，常使三相變壓器做Yd連接，將220V的交流電變換成線電壓為36V的三相交流電，以此作為輸出電源向儀表系統(tǒng)等重要負載供電。對于此類36V輸出電源，通常要求其能對稱輸出，以保證負載的平穩(wěn)運行。思考：三相變壓器有哪些連接組別？三相變壓器采用Yd連接的運行特點是什么？一、三相變壓器的磁路結(jié)構(gòu)三相變壓器可由3臺同容量單相變壓器的一、二次繞組按照一定的順序連接組成，此類變壓器稱為三相組式變壓器；也可用鐵軛把3個鐵芯柱連在一起構(gòu)成，此類變壓器稱為三相芯式變壓器。1．三相組式變壓器的磁路結(jié)構(gòu)三相組式變壓器的磁路結(jié)構(gòu)如圖1-23所示。其各相磁路相互獨立，互不關(guān)聯(lián)。當外加三相對稱電壓時，三相主磁通對稱，三相空載電流也對稱。圖1-23三相組式變壓器的磁路結(jié)構(gòu)2．三相芯式變壓器的磁路結(jié)構(gòu)三相芯式變壓器是將3臺單相變壓器的鐵芯合在一起經(jīng)演變而成的，其演變過程如下。（1）將3臺單相變壓器各自的一個鐵芯柱貼合在一起，形成一個整體，如圖1-24（a）所示。（2）將中間鐵芯柱省去，如圖1-24（b）所示。當繞組流過三相交流電時，通過中間鐵芯柱的磁通是三相磁通之和。因為三相電壓對稱，所以（3）將三相鐵芯柱的中心線排列在同一平面內(nèi)，演變成常見的三相芯式變壓器形式，如圖1-24（c）所示。（a）有中間鐵芯柱

（b）無中間鐵芯柱

（c）常用型圖1-24三相芯式變壓器的磁路結(jié)構(gòu)

二、三相變壓器繞組的連接組1．變壓器繞組的極性在變壓器的一、二次繞組中，某一瞬時同為高電位（或同為低電位）的出線端稱為同名端，一般用“·

”標識。當變壓器一、二次繞組的繞向相同時，其同名端均在首端，標記如圖1-25（a）所示。當變壓器一、二次繞組的繞向相反時，其同名端一個在首端，一個在尾端，標記如圖1-25（b）所示。

（a）繞向相同

（b）繞向相反圖1-25三相變壓器一、二次繞組電動勢的相位關(guān)系在連接3個高壓繞組和3個低壓繞組之前，需要判斷高、低壓繞組的極性，標記首、末端。表1-8常見的三相變壓器首末端標記繞組名稱首

端末

端中性點高壓繞組、、、、N低壓繞組、、、、n2．三相變壓器繞組的連接三相變壓器的高、低壓繞組均可采用星形連接和三角形連接。星形連接是將三相繞組的末端

、、

（或

、

）連接在一起，構(gòu)成中性點，再將它們的首端

、、（或、、）引出箱外，如圖1-26所示。

圖1-26三相繞組的星形連接1）星形連接2）三角形連接三角形連接是指將三相繞組的各相首尾相接，構(gòu)成一個閉合的回路，再將三相繞組的首端

、

、

（或

、

、

）引出箱外。根據(jù)首尾端連接順序的不同，三角形連接有順序和逆序兩種接法。順序（順時針）三角形連接是指三相繞組按照

的順序連接，如圖1-27（a）所示；逆序（逆時針）三角形連接是指三相繞組按照

的順序連接，如圖1-27（b）所示。（a）順序三角形連接

（b）逆序三角形連接圖1-27三相變壓器的三角形連接

3．三相變壓器的連接組三相變壓器一、二次繞組不同接法的組合，形成不同的連接組，例如，Yy、Yd、Ynd、Yyn、Dy、Dd等，下面以Yy、Yd連接組為例進行介紹。在Yy連接組中，變壓器的一、二次繞組都采用星形連接，其接線圖如圖1-28（a）所示。若變壓器一、二次繞組的首端為同名端，則一、二次繞組對應(yīng)的相電動勢之間的相位相同，線電動勢之間的相位也相同，相量圖如圖1-28（b）所示。若將一次繞組線電動勢

指向“12”點鐘（即0點鐘）方向，則二次繞組線電動勢

也指向“12”點鐘方向，如圖1-28（c）所示。故這種連接方式稱為Yy0連接組。1）Yy連接組

（a）接線圖

（b）相量圖

（c）時鐘表示圖圖1-28Yy0連接組在Yy連接組中，若變壓器一、二次繞組的首端為異名端，則二次繞組線電動勢

與一次繞組線電動勢相量方向相反，將指向“6”點鐘方向，這種連接方式稱為Yy6連接組。

2）Yd連接組在Yd連接組中，變壓器的一次繞組采用星形連接，二次繞組采用逆序三角形連接，其接線圖如圖1-29（a）所示。變壓器一、二次繞組的首端為同名端，一、二次繞組電動勢的相量圖如圖1-29（b）所示。若將一次繞組線電動勢

指向“12”點鐘方向，則二次繞組線電動勢

，它超前

指向時鐘“11”點鐘方向，如圖1-29（c）所示。故這種連接方式稱為Yd11連接組。

（a）接線圖

（b）相量圖

（c）時鐘表示圖圖1-29Yd11連接組若在Yd11連接組中將二次繞組的三角形連接相序改變，變?yōu)轫樞蛉切芜B接，則時鐘短針

將滯后

，指向時鐘“1”點鐘方向，這種連接方式稱為Yd1連接組。

三、三相變壓器的并聯(lián)運行三相變壓器的并聯(lián)運行是指將兩臺或多臺變壓器的一、二次繞組分別接到各自的公共母線上，共同對負載供電的運行方式，其接線圖如圖1-30所示。圖1-30變壓器并聯(lián)運行接線圖1．三相變壓器并聯(lián)運行的優(yōu)點（1）提高供電的可靠性。當某臺變壓器發(fā)生故障（或需要檢修）時，可以將它切除檢修，并將備用變壓器投入并聯(lián)運行來為用戶供電，從而避免了中途停電。（2）提高運行效率。當負載隨晝夜、季節(jié)而波動時，可以根據(jù)需要隨時調(diào)整投入并聯(lián)運行的變壓器臺數(shù)，以提高運行效率，減少不必要的損耗。（3）提高運行的經(jīng)濟性。變電所的用戶是不斷發(fā)展、不斷增加的，建立變電所時可以適當減少備用容量，當用電量增加時再分批投入新的變壓器，從而減少一次投資。2．三相變壓器并聯(lián)運行的條件1）變壓比應(yīng)相等兩個線圈并聯(lián)時，必須電壓相等、極性相同（即變壓比相等），才不會產(chǎn)生環(huán)流。如圖1-31（a）所示，如果兩臺變壓比不相等()的變壓器并聯(lián)運行，當兩臺變壓器的一次繞組均接電源

時，其二次繞組的感應(yīng)電動勢也不相等（不是相同的)。假設(shè)

，則

，兩繞組之間將產(chǎn)生環(huán)流

，如圖1-31（b）所示。圖1-31變壓比不相等的變壓器并聯(lián)運行

為了限制平衡電流，通常規(guī)定：并聯(lián)運行的變壓器，其變壓比

誤差不能超過變壓比誤差的計算公式為

（1-42）環(huán)流

稱為平衡電流，其大小與兩臺變壓器的短路阻抗

和

有關(guān)，即

（1-41）

2）各變壓器的連接組應(yīng)相同兩臺變壓器并聯(lián)運行時，其連接組應(yīng)相同。兩臺變壓器的連接組不同，其二次側(cè)線電壓的相位差至少為30°，會產(chǎn)生很大的電壓差

。如圖1-32所示為Yy0和Yd11兩臺變壓器并聯(lián)時，二次繞組線電壓之間的電壓差為

，其中

，此時

的大小為

（1-43）圖1-32連接組不同的兩臺變壓器并聯(lián)運行的電壓差

3）變壓器的短路阻抗（短路電壓）應(yīng)相等兩臺變壓器并聯(lián)運行時，其等效電路如圖1-33所示。圖1-33變壓器并聯(lián)運行等效電路當兩臺并聯(lián)的變壓器都正常運行時，其二次側(cè)輸出電壓應(yīng)相等，即

則有

（1-44）任務(wù)實施——繞制小型單相變壓器一、實施目的（1）通過試驗測定三相變壓器繞組的極性。（2）通過試驗測定和校驗三相變壓器的連接組。電工工具1套，萬用表、交流電壓表各1塊，三相變壓器1臺（500～1000V·A），導線若干。二、實施器材三、實施步驟1．繞組極性的測定1）一、二次繞組的測定（1）用萬用表的電阻擋測量三相變壓器的12個出線端，區(qū)分開6個繞組。（2）將3個一次繞組分別標記為,3個二次繞組分別標記為2）一次繞組極性的測定（1）按如圖1-34所示連接電路。（2）接通交流電源，調(diào)節(jié)其大小約為（3）用電壓表測出電壓

、、

的大小。

圖1-34測定一次繞組極性線路圖

（4）若

，則首末端標記正確；若,則標記錯誤，應(yīng)該將V、W兩相中任一相繞組的端點標記互換。（5）按照同樣的方法，將V、W兩相中的任一相加上約電壓，另外兩相末端相連，然后測定出U、W相間標記。測定好后，標記出3個一次繞組的同名端。

3）一、二次繞組極性的測定（1）按如圖1-35所示連接電路。

圖1-35測定一、二次繞組極性線路圖（2）接通交流電源，調(diào)節(jié)其大小約為

（3）用電壓表測量出電壓。（4）按照同樣的方法，測定出V、W兩相一、二次繞組的極性。（5）測定好后，標記出3個二次繞組的同名端。若

，則U相端與端為同名端，標記正確；若，則U相端為

端非同名端，應(yīng)把標記互換。

2．連接組別的測定1）Yy連接組的測定及校驗（1）根據(jù)三相變壓器繞組的連接組別（Yy）畫出高、低壓繞組接線圖并標識首末端，在接線圖上標出電動勢的假定正方向，如圖1-28（a）所示。（2）畫出一次繞組的線電動勢相量圖

，如圖1-28（b）所示。

（3）畫出時鐘表示圖，將一次繞組線電動勢

作為長針指向“12”點鐘位置，將二次繞組線電動勢

作為短針標識在時鐘上，如圖1-28（c）所示。

（4）將一次繞組

接上三相交流電源，

端與端用導線連接起來，接通交流電源，調(diào)節(jié)其大小約為

。

（5）依次測量電壓

將其記錄在表1-12的測量值一欄中。

6）計算

并記錄在表1-12的“校驗值”一欄中，校驗式為（7）比較表1-12中的各校驗值與測量值，若相同，則繞組連接正確，連接組標號為Yy0，否則為其他標號。表1-12Yy連接組的測定及校驗測量值校驗值/V/V/V/V/VK/V/V/V

（1-45）（1-46）（1-47）

2）Yd連接組的測定及校驗Yd連接組的判定及校驗步驟與Yy連接組基本相同。四、注意事項（1）本實訓中加在三相變壓器一次繞組上的電源電壓不能超過其額定電壓。（2）通電前應(yīng)由指導老師檢查連接好的試驗電路圖，核實無誤后方可進行試驗。（3）由于本試驗中各步驟相關(guān)性較強，所以每次試驗結(jié)束后，應(yīng)確保測量結(jié)果無誤才可進行下面試驗。（4）試驗完畢后應(yīng)先關(guān)電源再拆線，同時注意人身及設(shè)備安全。校驗式為

（1-48）任務(wù)四變壓器的維護與檢修任務(wù)引入某自耦變壓器在投入運行后，其一次側(cè)有電壓，但電流較小，二次側(cè)既無電壓也無電流。維修師傅初步判斷是二次側(cè)斷路所致。經(jīng)過檢測，維修師傅最終找出故障原因為二次側(cè)引出線端頭斷裂，于是挑出線圈上的斷頭，焊上新的引出線，重新包好絕緣層，檢測無誤后通電運行，自耦變壓器恢復正常。思考：自耦變壓器的工作原理是什么？它的常見故障有哪些？當其發(fā)生故障時，應(yīng)如何進行檢測和維修呢？一、電力變壓器的日常維護與檢修1．電力變壓器的日常維護（1）平時應(yīng)保持電力變壓器瓷套管及絕緣子的清潔。（2）應(yīng)保證電力變壓器電氣連接的可靠性，定期檢查各分接開關(guān)，并檢查各觸頭有無松動、灼傷、疤痕，以及其轉(zhuǎn)動靈活性及接觸定位是否異常。（3）應(yīng)保證油冷卻系統(tǒng)的油量和油質(zhì)，定期檢查油位、油溫是否正常，有無漏油現(xiàn)象，油色有無變化，油中有無沉淀物等；檢查散熱器有無滲漏、生銹、污垢淤積以及限制變壓器油自由流動的機械損傷。（4）每年檢測避雷器接地的可靠性。避雷器必須可靠接地，在天氣干燥時檢測接地電阻，其值不應(yīng)超過4MΩ。（5）每三年對電力變壓器的線圈、套管以及避雷器進行介損檢測。2．電力變壓器的日常檢修（1）當電力變壓器的負荷超過允許的正常過負荷值時，應(yīng)按規(guī)定降低負荷。（2）電力變壓器在運行過程中，由于振動會造成內(nèi)部的鐵軛、繞組、引線、夾件、壓釘?shù)炔考蓜踊蛭灰?，此時應(yīng)將松動或發(fā)生位移的部件緊固。（3）若出現(xiàn)電力變壓器內(nèi)部聲音異常且有爆裂聲；溫度異常并不斷上升；儲油柜或安全氣道噴油；油色變化過快，油內(nèi)出現(xiàn)碳質(zhì)；套管有嚴重的破損和放電現(xiàn)象等，應(yīng)立即停電修理。（4）當發(fā)現(xiàn)嚴重漏油等原因使油面顯著下降，低于油位計的指示限度時，應(yīng)立即加油。加油時應(yīng)遵守規(guī)定，如果因大量漏油而使油面顯著下降，則應(yīng)將瓦斯保護方式設(shè)為“只動作于信號”，而且必須迅速采取堵塞漏油措施，并立即加油。（5）變壓器油位因溫度上升而逐漸升高時，若最高溫度時的油位可能高出油位指示計，則應(yīng)放油，使油位降至適當?shù)母叨?，以免溢油。二、特種變壓器及其故障檢修1．常用的特種變壓器1）自耦變壓器自耦變壓器實際是一臺單繞組變壓器，其二次繞組是一次繞組的一部分。其結(jié)構(gòu)原理如圖1-36所示。圖1-36自耦變壓器的結(jié)構(gòu)原理與單相變壓器相同，在忽略漏阻抗壓降的影響時有

（1-49）則

式中，

——自耦變壓器的變壓比。自耦變壓器常見應(yīng)用如下：（1）自耦變壓器可用于連接兩個電壓接近的大電網(wǎng)，用一個體積較小的自耦變壓器就可以傳遞較大功率的電能。（2）在大容量的交流電動機啟動時，用自耦變壓器進行降壓可以減小交流電動機的啟動電流。（3）把自耦變壓器繞組的中間抽頭做成滑動觸頭，可以構(gòu)成自耦調(diào)壓器。2）互感器互感器又稱為儀用變壓器，是一種用以傳遞信息給測量儀器、儀表和保護、控制裝置的電能變換器，分為電流互感器和電壓互感器兩種，它們的工作原理與變壓器相同。使用互感器一般有兩個目的：為了保證工作人員的安全，將測量回路與高壓電網(wǎng)隔離；可以使用小量程的電流表測量大電流，用低量程的電壓表測量高電壓。（1）電流互感器。如圖1-37所示為電流互感器的結(jié)構(gòu)原理。電流互感器的運行情況相當于單相變壓器的短路運行。圖1-37電流互感器的結(jié)構(gòu)原理由于電流互感器要求誤差較小，所以勵磁電流越小越好，因此鐵芯的磁通密度較低，一般為0.08～0.10Wb/m2。若忽略勵磁電流，由磁通勢平衡關(guān)系可得

（1-50）式中，

——電流互感器的變流比。

（2）電壓互感器。電壓互感器的一次繞組匝數(shù)很多，直接并聯(lián)到被測的高壓線路上；二次繞組匝數(shù)較少，接在高阻抗的測量儀表（如電壓表、功率表的電壓線圈等）上。因此電壓互感器的二次電流很小，其運行情況相當于單相變壓器的空載運行。3）電焊變壓器交流電弧焊接在實際生產(chǎn)中被廣泛應(yīng)用，其電源通常采用電焊變壓器。為了保證電焊的質(zhì)量和電弧燃燒的穩(wěn)定性，電焊變壓器一般有以下要求。（1）電焊變壓器應(yīng)具有60～75V的空載電壓，以保證起弧容易，考慮到操作的安全性，一般不超過85V。（2）電焊變壓器應(yīng)具有迅速下降的外特性，如圖1-38所示，以滿足電弧特性的要求。圖1-38電焊變壓器的外特性（3）為了滿足不同工件的焊接需要，電焊變壓器應(yīng)具有調(diào)節(jié)焊接電流大小的功能。（4）短路電流不應(yīng)太大，也不應(yīng)太小。常用的電焊變壓器有帶電抗器的電焊變壓器和加裝可移動鐵芯的磁分路電焊變壓器兩種，如圖1-39所示。（a）帶電抗器的電焊變壓器

（b）加裝可移動鐵芯的磁分路電焊變壓器圖1-39電焊變壓器的工作原理（a）帶電抗器的電焊變壓器

（b）加裝可移動鐵芯的磁分路電焊變壓器圖1-39電焊變壓器的工作原理帶電抗器的電焊變壓器如圖1-39（a）所示。它是在二次繞組中串接一個電抗器，電抗器中的氣隙可以用螺桿調(diào)節(jié)。加裝可移動鐵芯的磁分路電焊變壓器如圖1-39（b）所示。它是在一、二次繞組鐵芯柱中間，加裝一個可移動的磁分路鐵芯，為電焊變壓器提供一個磁分路。1）引出線端頭斷裂如果斷裂的端頭處在線圈的最外層，可掀開絕緣層，挑出線圈上斷裂的端頭，焊上新的引出線，包好絕緣層即可；如果斷裂的端頭處在線圈內(nèi)層，一般無法修復，需要拆開重繞。2）線圈的匝間短路如果匝間短路發(fā)生在線圈的最外層，可掀去絕緣層后，在短路處局部加熱（指對浸過漆的線圈，可用電吹風機加熱），待漆膜軟化后，用薄竹片輕輕挑起絕緣已破壞的導線。若線芯沒損傷，可插入絕緣紙，裹住后撳平；若線芯已損傷，則應(yīng)將其剪斷，去除已短路的一匝或多匝導線，將剪開的兩端焊接后墊妥絕緣紙，撳平。用以上兩種方法修復后均應(yīng)涂上絕緣漆，吹干后再包上外層絕緣。如果故障發(fā)生在無骨架線圈兩邊沿口的上下層之間，一般也可按上述方法修復。如果故障發(fā)生在線圈內(nèi)部，一般無法修理，需拆開重繞。2．特種變壓器常見故障及檢修方法3）線圈對鐵芯短路其檢修方法可參照匝間短路的有關(guān)內(nèi)容。4）鐵芯噪聲過大鐵芯噪聲有電磁噪聲和機械噪聲兩種。如果是電磁噪聲，屬于設(shè)計原因的，可換用質(zhì)量較佳的同規(guī)格硅鋼片；屬于其他原因的，應(yīng)減輕負載或排除漏電故障。如果是機械噪聲，應(yīng)采取措施壓緊鐵芯。5）線圈漏電線圈漏電故障的基本特征是鐵芯帶電和線圈溫升變大，通常是線圈受潮或絕緣老化所所致。若是受潮，只要烘干后故障即可排除；若是絕緣老化，嚴重的一般較難排除，輕度的可拆去外層包纏的絕緣層，烘干后重新浸漆。6）線圈過熱線圈過熱通常是過載或漏電所致，也可能是設(shè)計原因所致；若是局部過熱，則多是匝間短路所致。其檢修方法可參照匝間短路的有關(guān)內(nèi)容。7）鐵芯過熱鐵芯過熱通常是過載、設(shè)計不佳、硅鋼片質(zhì)量不佳或重新裝配硅鋼片時少插入硅鋼片等原因所致。其檢修方法可參照上述相關(guān)內(nèi)容。8）輸出側(cè)電壓下降輸出側(cè)電壓下降通常是一次側(cè)輸入的電源電壓不足（未達到額定值）、二次繞組存在匝間短路，對鐵芯短路、漏電，或過載等原因所致。其檢修方法可參照上述相關(guān)內(nèi)容。任務(wù)實施——檢修變壓器一、實施目的掌握小型變壓器的檢修流程及檢修方法。常用電工工具1套，萬用表、兆歐表各1塊，自耦變壓器1臺，滑桿電阻器（75Ω、10A）1個，導線若干。二、實施器材三、實施步驟1．絕緣電阻的檢測用兆歐表檢測線圈與鐵芯之間以及線圈匝間的絕緣電阻，正常均應(yīng)不低于0.5MΩ。若檢測異常，則分析故障原因，并進行相關(guān)檢查，找出故障位置并排除故障。2．通電檢測（1）觀察并記錄該自耦變壓器的型號、額定電壓、額定電流、輸出電壓、容量及變壓比等參數(shù)。（2）空載檢查：接通電源，使自耦變壓器二次側(cè)開路，檢測自耦變壓器二次繞組的電壓、一次側(cè)電流是否正常。（3）帶額定負載檢查：檢測自耦變壓器一、二次側(cè)的電流和繞組的電壓。記錄檢測數(shù)據(jù)，并分析檢測結(jié)果是否正常。（4）變壓器工作一段時間后，查看自耦變壓器的溫度是否正常；是否有異響。如果溫度偏高或有異響，則進行相關(guān)檢查，找出故障位置并排除故障。電機與拖動項目二直流電機項目導讀直流電機是實現(xiàn)直流電能與機械能相互轉(zhuǎn)換的電力機械，從能量轉(zhuǎn)換的角度來劃分，直流電機可分為直流電動機和直流發(fā)電機兩大類。直流電動機具有良好的啟動和調(diào)速性能，常用于對啟動和調(diào)速有較高要求的場合，如大型可逆式軋鋼機、礦井卷揚機、造紙和印刷機械、大型精密機床和大型起重機，以及電力機車、城市電車、地鐵列車、電動自行車、船舶機械等。直流發(fā)電機主要用作各種直流電源，如直流電動機電源、直流電焊機電源等。本項目主要介紹直流電機的基本結(jié)構(gòu)、工作原理、銘牌數(shù)據(jù)、運行特性及其維護與檢修方法等內(nèi)容。任務(wù)一直流電機的認識任務(wù)引入小張經(jīng)常騎電動自行車上下班。2020年初，小張接連幾個月都在家辦公，電動自行車也一直閑置著。某日他準備去公司辦公，便提前將電動自行車充滿電，并檢查電動自行車的狀況，結(jié)果發(fā)現(xiàn)它在行駛時的噪聲很大，速度也比平時變慢了許多，由于當時維修店都沒有開門營業(yè)，小張決定自己動手進行修理。通過查閱資料，小張發(fā)現(xiàn)該電動自行車采用的是永磁有刷直流電動機，并初步判斷噪聲是由于電動自行車長時間閑置，使電動機