《電工與電子技術(shù)》單元4磁路和變壓器.ppt

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1 主編 李文王慶良副主編 孫全江韋宇主審 于昆倫 電工與電子技術(shù) 上篇電工學(xué)單元4磁路和變壓器 2 知識(shí)點(diǎn) 磁場(chǎng)的基本物理量 磁性材料的磁性能 磁路和磁路歐姆定律 變壓器的結(jié)構(gòu)及原理 三相變壓器的連接方式 三相變壓器的銘牌及參數(shù) 電壓互感器 電流互感器 自耦變壓器 電焊變壓器的用途和使用注意事項(xiàng) 變壓器電路的分析計(jì)算方法 能力目標(biāo) 具有正確選擇變壓器的能力 單元4磁路和變壓器 3 單元4磁路和變壓器 目錄 4 4 1 1 1磁感應(yīng)強(qiáng)度磁場(chǎng)是由電流產(chǎn)生的 磁感應(yīng)強(qiáng)度B是表示磁場(chǎng)內(nèi)某點(diǎn)的磁場(chǎng)強(qiáng)弱和方向的物理量 它是一矢量 為了形象地描述磁場(chǎng) 采用磁力線表示 磁力線是無(wú)頭無(wú)尾的閉合曲線 磁力線的方向與電流方向符合右手螺旋定則 4 1磁路 4 1 1磁場(chǎng)的基本物理量 4 1磁路 5 4 1 1 2磁通磁感應(yīng)強(qiáng)度B 如果是不均勻磁場(chǎng) 則取B的平均值 與垂直于磁場(chǎng)方向面積S的乘積 稱為通過(guò)該面積的磁通 有 B S 4 1 B也可以表示為磁場(chǎng)方向垂直的單位面積上的磁通 又稱為磁通密度 在國(guó)際單位制中 磁通的單位是韋伯 b 磁感應(yīng)強(qiáng)度的單位是特斯拉 也就是韋伯每平方米 b 2 4 1磁路 6 4 1 1 3磁場(chǎng)強(qiáng)度磁場(chǎng)強(qiáng)度H是計(jì)算磁介質(zhì)的磁場(chǎng)時(shí)所引用的一個(gè)物理量 也是矢量 任何磁介質(zhì)中 磁場(chǎng)中某點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B與同一點(diǎn)的磁導(dǎo)率 的比值就是該點(diǎn)的磁場(chǎng)強(qiáng)度H 即 4 2 國(guó)際單位制中 磁場(chǎng)強(qiáng)度的單位為安培每米 4 1磁路 7 4 1 1 4磁導(dǎo)率磁導(dǎo)率是一個(gè)用來(lái)衡量物質(zhì)導(dǎo)磁能力大小的物理量 單位為亨每米 實(shí)驗(yàn)測(cè)得 真空中的磁導(dǎo)率為一常數(shù) 通常把某種材料的磁導(dǎo)率與之比稱為該物質(zhì)的相對(duì)磁導(dǎo)率 即 對(duì)于非磁性物質(zhì)而言 而磁性物質(zhì)的磁導(dǎo)率很高 如鑄鋼的約為的1000倍 各種硅鋼片的為的7000 10000倍 4 1磁路 8 磁性材料是指鐵 鋼 鎳 鈷及其合金等材料 它們具有如下磁性能 1 高導(dǎo)磁性磁性材料本身對(duì)外是不具備磁性的 當(dāng)它受到外磁場(chǎng)的作用時(shí)就被強(qiáng)烈磁化而呈現(xiàn)磁性現(xiàn)象 眾所周知 電流產(chǎn)生磁場(chǎng) 在物質(zhì)的分子中由于電子環(huán)境繞原子核運(yùn)動(dòng)和本身自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)而形成分子電流 分子電流也要產(chǎn)生磁場(chǎng) 每個(gè)分子相當(dāng)于一個(gè)基本小磁鐵 同時(shí) 在磁性物質(zhì)內(nèi)還分成許多小區(qū)域 由于磁性物質(zhì)的分子間有一種特殊的作用力而使每一區(qū)域的分子磁鐵排列整齊 顯示磁性 這些小區(qū)域稱為磁疇 在沒有外磁場(chǎng)作用時(shí) 磁疇排列雜亂無(wú)章 磁性互相抵消 因此宏觀對(duì)外不呈現(xiàn)磁性 4 1 2磁性材料的磁性能 4 1磁路 9 而當(dāng)有外磁場(chǎng)作用時(shí) 磁疇就會(huì)沿著外磁場(chǎng)的方向做定向排列 呈現(xiàn)磁性 形成與外磁場(chǎng)同方向的磁化磁場(chǎng) 從而使磁性物質(zhì)內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度顯著增強(qiáng) 如圖4 1所示 這就是說(shuō) 磁性物質(zhì)被強(qiáng)烈磁化了 磁性物質(zhì)的這一特性 即能用較小的電流產(chǎn)生足夠大的磁感應(yīng)強(qiáng)度 被廣泛地應(yīng)用于電工設(shè)備中 如電工 變壓器及各種鐵磁元件的線圈中都放有鐵芯 圖4 1磁性物質(zhì)的磁化 a 磁化前 b 磁化后 4 1磁路 10 2 磁飽和性磁性物質(zhì)在磁化過(guò)程中 其B隨H變化的曲線稱為磁化曲線 又稱B H曲線 磁性物質(zhì)由于磁化產(chǎn)生的磁化磁場(chǎng)不會(huì)隨外磁場(chǎng)H的增加而無(wú)限地增強(qiáng) 當(dāng)外磁場(chǎng)增大到一定值時(shí) 全部磁化磁場(chǎng)方向都轉(zhuǎn)向與外磁場(chǎng)的方向一致 這時(shí)磁化磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度BJ為飽和值 如圖4 2所示 圖4 2磁化曲線 4 1磁路 11 圖中的B0是在外磁場(chǎng)作用下 如果磁場(chǎng)內(nèi)不存在磁性物質(zhì)時(shí)的磁感應(yīng)強(qiáng)度 其B H曲線為一直線 將BJ曲線與B0直線的縱坐標(biāo)相加 便得出B H磁化曲線 這條曲線大致可分為四段 H從O開始增加時(shí) B隨之增大 曲線O a段 H繼續(xù)增大時(shí) B急劇上升 a b 這是由于磁場(chǎng)在外磁場(chǎng)作用下 迅速順外磁場(chǎng)的方向排列 所以B值增加快 這時(shí) 值較大 在曲線b c段 因?yàn)榇蟛糠执艌?chǎng)已轉(zhuǎn)到外磁場(chǎng)方向 所以隨著H的增大B值的增強(qiáng)已漸緩慢 值逐漸減小 到c點(diǎn)以后 因磁場(chǎng)已全部轉(zhuǎn)到外磁場(chǎng)方向 故H值增加時(shí)B值基本上不再增加了 這時(shí)B值已達(dá)到飽和值 可見 當(dāng)有磁性物質(zhì)存在時(shí) B和H不成正比 所以磁性物質(zhì)的磁導(dǎo)率 不是常數(shù) 隨H而變 如圖4 3所示 4 1磁路 12 不同的磁性物質(zhì) 飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度是不一樣的 但對(duì)同一種磁性材料 飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度是一定的 電機(jī)和變壓器 通常都工作在曲線b c 圖4 3B 與H的關(guān)系 4 1磁路 13 3 磁滯性上面討論的磁化曲線 只是反映了磁性物質(zhì)在外磁場(chǎng)由零逐漸增強(qiáng)時(shí)的磁化過(guò)程 但在很多實(shí)際應(yīng)用中 磁性物質(zhì)都工作在交變磁場(chǎng)中 當(dāng)鐵芯線圈中通有交變電流時(shí) 鐵芯就會(huì)受到交變磁化 在電流變化一次時(shí) 磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨磁場(chǎng)強(qiáng)度H而變化的關(guān)系如圖4 4所示 由圖可見 磁場(chǎng)強(qiáng)度H先是從O開始增大 磁感應(yīng)強(qiáng)度B也隨之增大 直到B達(dá)到飽和值 這條曲線稱起始磁化曲線 圖4 4磁滯回線 4 1磁路 14 當(dāng)B已達(dá)到飽和值后 H從最大值Hm逐漸減小 B也隨之減小 但B并不是沿起始磁化曲線下降 而是沿另一條位置較高的曲線下降 這說(shuō)明 在去磁過(guò)程中的磁感應(yīng)強(qiáng)度B值比磁化過(guò)程中同一H值所對(duì)應(yīng)的B值要大一些 這種B值變化落后于H值變化的性質(zhì)稱為磁性材料的磁滯性 當(dāng)H減至O時(shí) B值不等于0 而保留一定值的剩磁 用Br表示 為消除剩磁 須外加反向磁場(chǎng) 隨著反向磁場(chǎng)的增強(qiáng) 磁性物質(zhì)逐漸退磁 當(dāng)反向磁場(chǎng)增大到一定值時(shí) B值變?yōu)? 剩磁完全消失 這時(shí)磁場(chǎng)強(qiáng)度稱為矯頑力 用Hc表示 隨著反向磁場(chǎng)的繼續(xù)增大 就會(huì)使B值反向并由0增大至反向飽和值 然后再將反向磁場(chǎng)減小 即反向去磁 B值將出現(xiàn)反向剩磁 磁性物質(zhì)經(jīng)過(guò)多次這樣磁化 去磁 反向磁化 反向去磁的過(guò)程 B H的關(guān)系將沿著一條閉合曲線1 2 3 4 5 6 1周而復(fù)始地變化 該閉合曲線稱為磁滯回線 4 1磁路 15 磁性物質(zhì)據(jù)磁滯回線的形狀可分為三種類型 軟磁性物質(zhì) 其磁滯回線窄而陡 剩磁和矯頑力都很小 常用于電機(jī) 變壓器 電磁鐵中 軟磁性物質(zhì)主要有硅鋼 鑄鐵 坡莫合金和鐵氧體等 硬磁性物質(zhì) 其磁滯回線寬而平 剩磁和矯頑力都較大 一般用來(lái)制造永久磁鐵 硬磁物質(zhì)主要有鎢鋼 鋁鎳合金 稀土鈷等 矩磁性物質(zhì) 其磁滯回線接近矩形 具有較小的矯頑力和較大的剩磁 它常用在計(jì)算機(jī)和控制系統(tǒng)中作為記憶元件 矩磁性物質(zhì)主要有錳鎂鐵氧體和鋰錳鐵氧體 4 1磁路 16 4 1 3 1磁路在許多電工設(shè)備中 都用磁導(dǎo)率較大的鐵磁材料做成鐵芯 繞在鐵芯上的線圈通以較小的勵(lì)磁電流 就會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的磁場(chǎng) 并且?guī)缀跞考性阼F芯所構(gòu)成的路徑內(nèi) 這種由鐵芯所限定的磁場(chǎng)就叫做磁路 圖4 5是單相變壓器的磁路 集中在鐵芯限定的范圍內(nèi)的磁通稱為主磁通 也叫工作磁通 用 表示 穿出鐵芯在周圍非磁性材料中的磁通就稱為漏磁通 用 表示 在實(shí)際工程中 為了減少漏磁通 采取了很多措施 使漏磁通只占總磁通的很小一部分 4 1 3磁路和磁路歐姆定律 4 1磁路 17 4 1 3 2磁路歐姆定律 1 磁動(dòng)勢(shì)磁動(dòng)勢(shì)是磁路的 電動(dòng)勢(shì) 在電路中產(chǎn)生電流的源稱為電動(dòng)勢(shì) 同樣在磁場(chǎng)中產(chǎn)生磁通的源稱為磁動(dòng)勢(shì) 磁動(dòng)勢(shì)用F表示 單位為安匝 磁動(dòng)勢(shì)的大小等于繞在磁路上的線圈匝數(shù)乘以流過(guò)線圈的電流 圖4 5變壓器的磁路 4 1磁路 18 2 磁阻與電阻的意義相仿 磁阻是表示磁路對(duì)磁通所起的阻礙作用 以符號(hào)Rm表示 單位為每亨 H 1 3 均勻磁路和不均勻磁路若一段磁路的材料相同 橫截面也相同 則它就是均勻磁路 否則就是不均勻磁路 均勻磁路中磁場(chǎng)強(qiáng)度H處處相等 磁場(chǎng)方向與磁路的中心線平行 4 磁路歐姆定律現(xiàn)以圖4 6所示的簡(jiǎn)單磁路為例加以說(shuō)明 設(shè)磁路由單一材料構(gòu)成 其截面積為S 平均長(zhǎng)度為 因平均長(zhǎng)度比橫截面的尺寸大得多 則可認(rèn)為在鐵芯內(nèi)磁場(chǎng)是均勻的 4 1磁路 19 圖4 6簡(jiǎn)單磁路 4 1磁路 20 4 1磁路 21 4 1 3 3渦流把塊狀金屬置于隨時(shí)間變化的磁場(chǎng)中或讓它在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí) 金屬塊內(nèi)將產(chǎn)生感應(yīng)電流 這種電流在金屬塊內(nèi)自成閉合回路 很像水的漩渦 因此叫做渦電流 簡(jiǎn)稱渦流 整塊金屬的電阻很小 所以渦流常常很強(qiáng) 如變壓器的鐵芯 當(dāng)交變電流通過(guò)導(dǎo)線時(shí) 穿過(guò)鐵芯的磁通量不斷隨時(shí)間變化 它在副邊產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 同時(shí)也在鐵芯中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 從而產(chǎn)生渦流 這些渦流使鐵芯大量發(fā)熱 浪費(fèi)大量的電能 效率很低 4 1磁路 22 為減少渦流損耗 交流電機(jī) 電器中廣泛采用表面涂有薄層絕緣漆或絕緣氧化物的薄硅鋼片疊壓制成的鐵芯 這樣渦流被限制在狹窄的薄片之內(nèi) 磁通穿過(guò)薄片的狹窄截面時(shí) 這些回路中的凈電動(dòng)勢(shì)較小 回路的長(zhǎng)度較大 回路的電阻很大 渦流大為減弱 再由于這種薄片材料的電阻率大 硅鋼的渦流損失只有普通鋼的1 5 1 4 從而使渦流損失大大降低 另一方面 利用渦流作用可以做成一些感應(yīng)加熱的設(shè)備 或用以減少運(yùn)動(dòng)部件振蕩的阻尼器件等 4 1磁路 23 4 2 1 1變壓器的用途變壓器 顧名思義是一種改變交流電壓的電器設(shè)備 根據(jù)電磁感應(yīng)原理 用它可以把一種交流電壓的電能轉(zhuǎn)變?yōu)轭l率相同的另一種交流電壓的電能 在輸電 配電的電力系統(tǒng)中 把三相交流電功率從發(fā)電廠輸送到用電地區(qū) 通常需要很長(zhǎng)的輸電線 當(dāng)輸送的功率P和負(fù)載功率因數(shù)一定時(shí) 若輸電電壓UL越高 則輸電線路電流IL越小 因而可以選擇截面積較小的輸電線 節(jié)省導(dǎo)線材料 而且還能減少線路上的電壓損失和功率損耗 4 2變壓器的結(jié)構(gòu)及原理 4 2 1變壓器的用途與類型 4 2變壓器的結(jié)構(gòu)及原理 24 為了實(shí)現(xiàn)高效率的電能輸送 遠(yuǎn)距離輸電應(yīng)采用較高的輸電電壓 當(dāng)前我國(guó)最高的輸電線路的電壓已達(dá)750kV 但是 不論是從安全運(yùn)行角度 還是從制造成本方面來(lái)考慮 發(fā)電機(jī)組的額定電壓都不可能很高 發(fā)電機(jī)的額定電壓一般有3 15kV 6 3kV 10 5kV 15 75kV等幾種 因此 在輸電之前 必須要用變壓器把電壓升高到所需數(shù)值 在用電方面 各類電氣設(shè)備的額定電壓不一 比如多數(shù)電器使用220V或380V電壓 少數(shù)電動(dòng)機(jī)采用3kV或6kV電壓等等 為了適應(yīng)各種電氣設(shè)備對(duì)電壓的不同要求 這就需要在供電之前 利用變壓器把電網(wǎng)高電壓變成負(fù)載所需的低電壓 4 2變壓器的結(jié)構(gòu)及原理 25 除電力系統(tǒng)外 變壓器還有其他方面的應(yīng)用 例如在電子儀器中 可以利用變壓器來(lái)進(jìn)行信號(hào)的傳送或者阻抗的匹配 在高電壓 大電流的測(cè)量中利用互感器 變壓器類的一種 進(jìn)行電壓 電流變換 在實(shí)驗(yàn)室中需要電壓可調(diào)的電源時(shí) 可利用自耦變壓器來(lái)調(diào)節(jié)電壓 可見 變壓器不論是在輸配電系統(tǒng)中 還是在其他電路中都是一種應(yīng)用廣泛的電氣設(shè)備 它不僅可以改變電壓 還可以改變電流 阻抗等 4 2變壓器的結(jié)構(gòu)及原理 26 4 2 1 2變壓器的分類變壓器種類很多 通?？砂雌溆猛?繞組結(jié)構(gòu) 鐵芯結(jié)構(gòu) 相數(shù) 冷卻方式等進(jìn)行分類 1 按用途分類 電力變壓器 電力變壓器用作電能的輸送與分配 是生產(chǎn)數(shù)量最多 使用最廣泛的變壓器 按其功能不同又可分為升壓變壓器 降壓變壓器 配電變壓器等 電力變壓器的容量從幾十千伏安到幾十萬(wàn)千伏安 電壓等級(jí)從幾百伏到幾百千伏 特種變壓器 在特殊場(chǎng)合使用的變壓器 如作為焊接電源的電焊變壓器 專供大功率電爐使用的電爐變壓器 將交流電整流成直流電時(shí)使用的整流變壓器等均屬特種變壓器 4 2變壓器的結(jié)構(gòu)及原理 27 儀用互感器 儀用互感器用于電工測(cè)量中 如電流互感器 電壓互感器等 控制變壓器 控制變壓器容量一般比較小 用于小功率電源系統(tǒng)和自動(dòng)控制系統(tǒng) 如電源變壓器 輸入變壓器 輸出變壓器等 其他變壓器 如試驗(yàn)用的高壓變壓器 輸出電壓可調(diào)的調(diào)壓變壓器 產(chǎn)生脈沖信號(hào)的脈沖變壓器等 2 按繞組構(gòu)成分類按繞組構(gòu)成分有雙繞組變壓器 三繞組變壓器 多繞組變壓器和自耦變壓器等 4 2變壓器的結(jié)構(gòu)及原理 28 3 按鐵芯結(jié)構(gòu)分類按鐵芯結(jié)構(gòu)分有疊片式鐵芯 卷制式鐵芯 非晶合金鐵芯 4 按相數(shù)分類按相數(shù)分有單相變壓器 三相變壓器 多相變壓器 5 按冷卻方式分類按冷卻方式分有干式變壓器 油浸自冷變壓器 油浸風(fēng)冷變壓器 強(qiáng)迫油循環(huán)變壓器 充氣式變壓器等 4 2變壓器的結(jié)構(gòu)及原理 29 單相變壓器是指接在單相交流電源上用來(lái)改變單相交流電壓的變壓器 其容量一般都比較小 主要用作控制及照明 它主要由鐵芯和繞組兩部分組成 鐵芯和繞組也是三相電力變壓器和其他變壓器的主要組成部分 1 鐵芯鐵芯構(gòu)成變壓器磁路系統(tǒng) 并作為變壓器的機(jī)械骨架 鐵芯由鐵芯柱和鐵軛兩部分組成 鐵芯柱上套裝變壓器繞組 鐵軛起連接鐵芯柱使磁路閉合的作用 對(duì)鐵芯的要求是導(dǎo)磁性能要好 磁滯損耗及渦流損耗要盡量小 因此均采用0 35mm厚的硅鋼片制作 4 2 2變壓器的結(jié)構(gòu) 4 2變壓器的結(jié)構(gòu)及原理 30 根據(jù)變壓器鐵芯的結(jié)構(gòu)可分為芯式變壓器和殼式變壓器兩大類 芯式變壓器是在兩側(cè)的鐵芯柱上放置繞組 形成繞組包圍鐵芯的形式 如圖4 7所示 三相電力變壓器大多采用這種結(jié)構(gòu)形式 殼式變壓器則是在中間的鐵芯柱上放置繞組 形成鐵芯包圍繞組的形狀 如圖4 8所示 一般用于小容量單相變壓器 圖4 7芯式變壓器結(jié)構(gòu)1 鐵軛 2 鐵芯柱 3 高壓繞組 4 低壓繞組 4 2變壓器的結(jié)構(gòu)及原理 31 2 繞組變壓器的線圈按一定方式組合在一起 通常稱為繞組 它是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(duì)容量稍大的變壓器則用扁銅線或扁鋁線繞制 變壓器在工作時(shí) 與電源相連的繞組稱原繞組 又叫原邊或一次繞組 而與負(fù)載相連的繞組叫副繞組 又叫副邊或二次繞組 通常把低壓繞組套裝在鐵芯柱的內(nèi)層 這是因?yàn)榈蛪豪@組與鐵芯柱間的絕緣容易做到 而高壓繞組套裝在外側(cè) 如圖4 7所示 圖4 8殼式變壓器結(jié)構(gòu) 4 2變壓器的結(jié)構(gòu)及原理 32 圖4 9是變壓器的原理圖 原繞組匝數(shù)為N1 副繞組匝數(shù)為N2 4 2 3變壓器的工作原理 圖4 9變壓器的原理圖 4 2變壓器的結(jié)構(gòu)及原理 33 1 變壓器的空載運(yùn)行 變換電壓所謂空載運(yùn)行是指變壓器原繞組接上電源 副繞組不接負(fù)載 處于開路的運(yùn)行狀態(tài) 變壓器空載運(yùn)行時(shí)工作原理圖如圖4 10所示 圖4 10變壓器空載運(yùn)行 4 2變壓器的結(jié)構(gòu)及原理 34 4 2變壓器的結(jié)構(gòu)及原理 35 圖4 10 4 2變壓器的結(jié)構(gòu)及原理 36 4 2變壓器的結(jié)構(gòu)及原理 37 4 2變壓器的結(jié)構(gòu)及原理 38 2 變壓器的負(fù)載運(yùn)行 變換龜流 圖4 9 4 2變壓器的結(jié)構(gòu)及原理 39 4 2變壓器的結(jié)構(gòu)及原理 40 4 2變壓器的結(jié)構(gòu)及原理 41 3 阻抗的變換在圖4 11 a 中 負(fù)載阻抗Z在變壓器的二次側(cè) 而圖中的方框部分可以用一個(gè)阻抗Z 來(lái)等效代替 如圖4 11 b 所示 所謂等效 就是輸入電路的電壓 電流和功率不變時(shí) 直接接在電源上的阻抗Z 和接在變壓器副邊的負(fù)載阻抗Z是等效的 根據(jù)上述原 副繞組電壓 電流的關(guān)系可得 圖4 11負(fù)載阻抗的等效電路 4 2變壓器的結(jié)構(gòu)及原理 42 4 2變壓器的結(jié)構(gòu)及原理 43 4 3 1 1三相變壓器的基本結(jié)構(gòu)現(xiàn)代的電力系統(tǒng)都采用三相制供電 因而廣泛采用三相變壓器來(lái)實(shí)現(xiàn)電壓的變換 三相變壓器可以由三臺(tái)同容量的單相變壓器組成 再按需要將原繞組及原繞組分別接成星形或三角形連接 圖4 12所示為原 副繞組均用星形連接的三相變壓器組 4 3三相變壓器 4 3 1三相變壓器的結(jié)構(gòu)及連接方式 4 3三相變壓器 44 三相變壓器的另一種結(jié)構(gòu)形式是把三個(gè)單相變壓器合成一個(gè)三鐵芯柱的結(jié)構(gòu)形式 稱為三相芯式變壓器 如圖4 13所示 三相芯式變壓器有用鐵量少 效率高 價(jià)格便宜 占地面積小 維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn) 因而得到了廣泛應(yīng)用 在三相電力變壓器中 目前使用最廣泛的是油浸式電力變壓器 它主要由鐵芯 繞組 油箱和冷卻裝置 保持裝置等部件組成 其外形如圖4 14所示 圖4 12三個(gè)單相變壓器組合的三相變壓器 4 3三相變壓器 45 圖4 13三相變壓器 4 3三相變壓器 46 圖4 14三相變壓器外形 4 3三相變壓器 47 4 3 1 2三相變壓器的連接方式我國(guó)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)三相變壓器的標(biāo)準(zhǔn)連接方式規(guī)定了五種 Y yn Y d Yn d Y y和Yn y 其中 分子為原繞組的連接方式 分母為副繞組的連接方式 Yn表示Y連接并有中點(diǎn)引出線 五種連接方式中前三種應(yīng)用最廣 用戶變壓器一般采用Y yn連接 由于副邊采用了三相四線制供電方式 因此 既可提供380V的三相動(dòng)力設(shè)備用電 又可提供220V的單相照明設(shè)備用電 大容量 高電壓的三相變壓器通常采用Y d或Yn d連接 因?yàn)樵@組接成Y形后 相電壓只有線電壓的 因而每相繞組的絕緣要求可以降低 副繞組采用三角形連接 相電流只有線電流的 因而副繞組的導(dǎo)線截面積可以減小 4 3三相變壓器 48 Y d連接用在三相三線制系統(tǒng)中 通常原邊電壓不超過(guò)60kV 副邊電壓為3 10kV Yn d連接主要用于110kV及以上的高壓輸電系統(tǒng)中 一般需要把原繞組的中點(diǎn)接地或者透過(guò)阻抗接地 順便指出 三相變壓器的變壓比K是指原 副邊相電壓之比 而銘牌上標(biāo)注的額定電壓均指線電壓 原 副邊線電壓之比不僅與原 副邊的匝數(shù)有關(guān) 而且還與繞組的連接方式有關(guān) Y yn連接時(shí) Y d連接時(shí) 4 15 4 16 4 3三相變壓器 49 變壓器外殼上都有一塊黑底白字的金屬牌 金屬牌上銘刻有變壓器的型號(hào)和主要技術(shù)參數(shù) 故稱銘牌 它相當(dāng)于簡(jiǎn)單的說(shuō)明書 使用者只有正確理解銘牌中字母與數(shù)據(jù)的含義 才能正確使用這臺(tái)變壓器 4 3 2 1變壓器的型號(hào)含義型號(hào)用來(lái)表示設(shè)備的特征和性能 變壓器的型號(hào)一般由兩部分組成 前一部分用漢語(yǔ)拼音字母表示變壓器的類型和特點(diǎn) 后一部分由數(shù)字組成 斜線左方數(shù)字表示額定容量 kV A 斜線右方數(shù)字表示高壓側(cè)的額定電壓 kV 下面以SL7 200 10為例說(shuō)明電力變壓器型號(hào)的識(shí)別方法 4 3 2三相變壓器的銘牌及參數(shù) 4 3三相變壓器 50 例如 SL7 200 10表示三相油浸自冷式鋁線變壓器 設(shè)計(jì)序號(hào)為7 額定容量為200kV A 高壓側(cè)額定電壓為10kV 電力變壓器的主要類型除SL7外 還有S6 S7 S9 S10 SF7 SC SCL SG DG等系列 4 3三相變壓器 51 4 3 2 2變壓器的額定數(shù)據(jù) 1 額定電壓U1N U2N原邊額定電壓U1N是根據(jù)變壓器的絕緣強(qiáng)度和允許發(fā)熱程度而規(guī)定的原邊應(yīng)加的正常工作電壓 副邊額定電壓U2N是指原邊加額定電壓時(shí)副邊的開路電壓即空載電壓U20 對(duì)三相變壓器而言 U1N U2N均指線電壓 單位為伏 V 或千伏 kV 2 額定電流I1N I2N原邊額定電流I1N和副邊額定電流I2N是根據(jù)變壓器允許發(fā)熱程度而規(guī)定的原邊與副邊中長(zhǎng)期容許通過(guò)的最大電流值 對(duì)三相變壓器而言 I1N I2N均指線電流 4 3三相變壓器 52 3 額定容量SN額定容量SN是指變壓器在額定工作條件下的輸出能力 即視在功率保證值 用副邊額定電壓與額定電流的乘積來(lái)表示 單位為千伏安 kV A 單相變壓器 4 17 三相變壓器 4 18 4 額定頻率額定頻率是指變壓器運(yùn)行時(shí)允許的外加電源頻率 我國(guó)電力變壓器的額定頻率均為50Hz 4 3三相變壓器 53 5 溫升溫升是指變壓器額定運(yùn)行時(shí) 允許內(nèi)部溫度超過(guò)周圍標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境溫度的數(shù)值 我國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境溫度規(guī)定為40 溫升的大小取決于變壓器所用絕緣材料的等級(jí) 也與變壓器的損耗和散熱條件有關(guān) 允許溫升等于由絕緣材料耐熱等級(jí)確定的最高允許溫度減去標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境溫度 例如 變壓器使用A級(jí) 105 絕緣材料 則允許溫升為65 4 3三相變壓器 54 6 連接方式與連接組別它是用來(lái)反應(yīng)變壓器原 副邊繞組的連接方式及原 副邊對(duì)應(yīng)電壓相位關(guān)系 例如Y yn 12 Y表示原邊繞組接成星形 yn表示副邊繞組也接成星形 并且有中點(diǎn)引出線 12稱為連接組別的標(biāo)號(hào) 是反應(yīng)原 副邊線電壓的相位關(guān)系 這種采用時(shí)鐘表面12個(gè)數(shù)字表示相位差是很簡(jiǎn)明的 把原邊線電壓相量作為鐘面的長(zhǎng)針且總是指著12 而副邊線電壓間的相量作為鐘面的短針 短針?biāo)笖?shù)字稱為變壓器的連接組別的標(biāo)號(hào) 如標(biāo)號(hào)為12 表示原 副邊線電壓是同相位 標(biāo)號(hào)為11 表示原 副邊線電壓相位差30 且副邊超前原邊 4 3三相變壓器 55 7 變壓器的外特性和電壓變化率對(duì)于負(fù)載而言 變壓器相當(dāng)于電源 對(duì)于一個(gè)電源 必須考慮它的外特性 電力系統(tǒng)中的負(fù)載是經(jīng)常變化的 由于變壓器原 副繞組存在阻抗 當(dāng)負(fù)載變化時(shí) 副邊電壓也要變化 其變化程度和趨勢(shì) 與負(fù)載的大小和性質(zhì) 感性或容性等 有關(guān) 所謂變壓器的外特性就是指當(dāng)變壓器原邊電壓U1和負(fù)載功率因數(shù)一定時(shí) 副邊電壓U2隨副邊電流I2變化的關(guān)系曲線 如圖4 15所示 由圖4 15可知 I2 0時(shí) U2 U20 空載電壓 當(dāng)負(fù)載為電阻和電感性時(shí) 隨著負(fù)載電流I2的增大 變壓器副邊電壓U2逐漸減小 在相同的負(fù)載下 U2減小的程度取決于負(fù)載功率因數(shù)的大小 功率因數(shù)越低 U2下降越大 當(dāng)負(fù)載為容性負(fù)載時(shí) 曲線上翹 即U2隨I2的增大而升高 所以為了減小電壓的變化 對(duì)于感性負(fù)載而言 可在其兩端并聯(lián)電容 以提高負(fù)載的功率因數(shù) 4 3三相變壓器 56 變壓器U2隨I2的變化程度 可用電壓變化率 或電壓調(diào)整率 來(lái)描述 它用空載時(shí)的副邊電壓U20和負(fù)載時(shí)的副邊電壓U2之差與U20之比的百分?jǐn)?shù)表示 即 U的大小反映了變壓器的輸出電壓的穩(wěn)定程度 是變壓器的主要技術(shù)指標(biāo)之一 電力變壓器的 U一般不得超過(guò)5 4 19 圖4 15變壓器的外特性 4 3三相變壓器 57 8 效率變壓器的效率與內(nèi)部損耗密切相關(guān) 變壓器的內(nèi)部損耗包括銅耗和鐵耗 銅耗PCu是電流流過(guò)原 副繞組時(shí)在繞組電阻上消耗的電功率 即 它隨副邊電流的大小而變化 鐵耗主要取決于電源頻率和鐵芯中的磁通量 與負(fù)載大小基本無(wú)關(guān) 變壓器運(yùn)行時(shí) 內(nèi)部損耗轉(zhuǎn)換成熱能 使線圈和鐵芯發(fā)熱 變壓器的效率是指變壓器輸出有功功率P2與輸入有功功率P1之比 一般用百分?jǐn)?shù)表示 4 20 4 3三相變壓器 58 而輸入有功功率P1是輸出有功功率P2與內(nèi)部損耗功率之和 即P1 P2 PCu PFe 所以 4 21 變壓器的內(nèi)部損耗很小 所以效率很高 中小型電力變壓器的效率可達(dá)90 95 大型電力變壓器的效率可達(dá)98 99 由于銅耗與負(fù)載有關(guān) 因此 在不同的工作狀態(tài)下變壓器的效率亦不同 當(dāng)負(fù)載為額定負(fù)載的50 75 時(shí) 效率最高 而輕載時(shí)變壓器效率很低 4 3三相變壓器 59 4 3 3 1主變壓器的選型應(yīng)考慮的因素 根據(jù)建筑物的使用功能要求 這要由建設(shè)單位所具備的條件決定 變電所安裝場(chǎng)所及具體的位置 在高層建筑內(nèi)為了預(yù)防火災(zāi) 一般不用油浸自冷變壓器 后者常用在單層建筑變電室內(nèi)或室外 成本較低 建筑物的防火等級(jí) 防火等級(jí)高時(shí)用成本較高的干式變壓器 母線的接線方式和主要用電設(shè)備對(duì)供電的要求 當(dāng)?shù)毓╇姴块T對(duì)變電所的管理體制 4 3 3變壓器型號(hào) 臺(tái)數(shù)及容量的選擇 4 3三相變壓器 60 4 3 3 2變壓器臺(tái)數(shù)的選擇變壓器的容量和臺(tái)數(shù) 應(yīng)根據(jù)地區(qū)供電條件 負(fù)荷性質(zhì) 用電容量和運(yùn)行方式等條件綜合考慮確定 1 35kV變電所主變壓器選擇 在有一 二級(jí)負(fù)荷的變電所中宜裝設(shè)兩臺(tái)主變壓器 當(dāng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理時(shí) 可裝設(shè)兩臺(tái)以上主變壓器 如變電所可由中 低壓側(cè)電力網(wǎng)取得足夠容量的備用電源時(shí) 可裝一臺(tái)主變壓器 裝有兩臺(tái)及以上主變壓器的變電所 當(dāng)斷開一臺(tái)時(shí) 其余主變壓器的容量不應(yīng)小于60 的全部負(fù)荷 并應(yīng)保證用戶的一 二級(jí)負(fù)荷 具有三種電壓的變電所 如通過(guò)主變壓器各側(cè)線圈的功率均達(dá)到該變壓器容量的15 以上 主變壓器宜采用三線圈變壓器 4 3三相變壓器 61 2 10kV變電所配電變壓器的選擇 當(dāng)符合下列條件之一時(shí) 宜裝設(shè)兩臺(tái)及以上變壓器 有大量一級(jí)或二級(jí)負(fù)荷 季節(jié)性負(fù)荷變化較大 集中負(fù)荷較大 裝有兩臺(tái)及以上變壓器的變電所 當(dāng)其中任一臺(tái)變壓器斷開時(shí) 其余變壓器的容量應(yīng)滿足一級(jí)負(fù)荷及二級(jí)負(fù)荷的用電 變電所中單臺(tái)變壓器 低壓為0 4kV 的容量不宜大于1250kV A 當(dāng)用電設(shè)備容量較大 負(fù)荷集中且運(yùn)行合理時(shí) 可選用較大容量的變壓器 4 3三相變壓器 62 當(dāng)屬下列情況之一時(shí) 可設(shè)專用變壓器 如動(dòng)力和照明共用變壓器嚴(yán)重影響照明質(zhì)量及燈泡壽命時(shí) 可設(shè)照明專用變壓器 一般情況下 動(dòng)力和照明宜共用變壓器 沖擊性負(fù)荷較大 嚴(yán)重影響電能質(zhì)量時(shí) 可設(shè)沖擊性負(fù)荷專用變壓器 出于功能需要的某些特殊設(shè)備 如容量較大的X光機(jī)等 宜設(shè)專用變壓器 當(dāng)季節(jié)性的負(fù)荷容量較大時(shí) 如大型民用建筑中的冷凍機(jī)組等負(fù)荷 可設(shè)專用變壓器 變壓器的容量應(yīng)滿足大型電動(dòng)機(jī)及其他沖擊負(fù)荷的啟動(dòng)要求 4 3三相變壓器 63 4 3 3 3變壓器容量的選擇 1 只裝有一臺(tái)主變壓器的變電所主變壓器的額定容量SN應(yīng)滿足全部用電設(shè)備總的計(jì)算負(fù)荷Sj的需要 即 SN Sj 4 22 2 裝有兩臺(tái)主變壓器的變電所兩臺(tái)主變壓器的額定容量SN應(yīng)同時(shí)滿足以下兩個(gè)條件 任一臺(tái)變壓器單獨(dú)運(yùn)行時(shí) 應(yīng)滿足不小于總計(jì)算負(fù)荷Sj60 70 的需要 即 SN 0 6 0 7 Sj 4 23 任一臺(tái)變壓器單獨(dú)運(yùn)行時(shí) 應(yīng)滿足全部一 二級(jí)負(fù)荷Sj 的需要 即 SN Sj 4 24 4 3三相變壓器 64 3 單臺(tái)變壓器 低壓側(cè)為0 4kV 的容量上限低壓側(cè)為0 4kV的配電變壓器單臺(tái)容量 一般不宜大于1250kV A 這一方面是受目前通用的低壓斷路器的斷流能力及其短路穩(wěn)定度要求的限制 另一方面也是考慮到可使變壓器接近負(fù)荷中心 以減少低壓配電系統(tǒng)的電能損耗和電壓損耗 降低有色金屬消耗量 但是 如果負(fù)荷比較集中 容量較大而且運(yùn)行合理時(shí) 也可選用單臺(tái)容量為1600 2000kV A的變壓器 這樣能減少主變壓器臺(tái)數(shù)及高壓開關(guān)電器和電纜等 對(duì)裝設(shè)在二層以上的電力變壓器 要考慮其垂直和水平運(yùn)輸對(duì)通道及樓板載荷的影響 如果采用干式變壓器時(shí) 其容量不宜大于630kV A 4 3三相變壓器 65 4 3三相變壓器 66 儀用互感器是專供電工測(cè)量和自動(dòng)保護(hù)裝置使用的特殊變壓器 使用互感器有兩個(gè)目的 一是把測(cè)量回路和高壓電網(wǎng)隔離 以利于確保工作人員的安全 二是擴(kuò)大測(cè)量?jī)x表的量程 可以使用小量程電流表測(cè)量大電流 用低量程電壓表測(cè)量高電壓 或者為高壓電路的控制及保護(hù)裝置提供所需的低電壓或小電流 儀用互感器按用途可分為電壓互感器和電流互感器兩種 4 4特殊變壓器 4 4 1儀用互感器 4 4特殊變壓器 67 4 4 1 1電壓互感器電壓互感器的原邊匝數(shù)較多 與被測(cè)高壓線路并聯(lián) 副邊匝數(shù)較少 接在電壓表上或功率表的電壓線圈上 如圖4 16 a 所示 它相當(dāng)于一臺(tái)小容量的降壓變壓器 可將高電壓變?yōu)榈碗妷?以便測(cè)量 由于電壓表或電壓線圈的內(nèi)阻抗很大 所以 電壓互感器工作時(shí)相當(dāng)于變壓器運(yùn)行在空載狀態(tài) 其變壓比 被測(cè)電壓 通常 電壓互感器的副邊額定電壓均設(shè)計(jì)為同一標(biāo)準(zhǔn)值100V 因此 在不同電壓等級(jí)的電路中所用的電壓互感器 其變壓比是不同的 變壓比用額定電壓的比值形式標(biāo)注在銘牌上 例如 6000 100 10000 100等 4 4特殊變壓器 68 圖4 16電壓 電流互感器原理接線圖和外形圖 a 電壓互感器原理圖 b 電流互感器原理圖 c LMJ1 0 5型電流互感器外形圖1 銘牌 2 一次母線穿過(guò)口 3 鐵芯 外繞二次繞組 環(huán)氧樹脂澆鑄 4 安裝板 5 二次接線端 4 4特殊變壓器 69 電壓互感器在三相電路中有如圖4 17所示的四種常見的接線方案 一個(gè)單相電壓互感器接線 圖4 17 a 這種接線供儀表 繼電器的電壓線圈接于三相電路的一個(gè)線電壓 圖4 17電壓互感器的接線方案 a 一個(gè)單相電壓互感器 4 4特殊變壓器 70 兩個(gè)單相電壓互感器接成V V形 圖4 17 b 這種接線供儀表 繼電器的電壓線圈接于三相三線制電路的各個(gè)線電壓 廣泛應(yīng)用在變配電所的6 10kV高壓配電裝置中 圖4 17電壓互感器的接線方案 b 兩個(gè)單相電壓互感器接成V V形 4 4特殊變壓器 71 三個(gè)單相電壓互感器接成Y0 Y0形 圖4 17 c 這種接線供要求線電壓的儀表 繼電器 并供接相電壓的絕緣監(jiān)視用電壓表 由于小接地電流系統(tǒng)在發(fā)生單相接地故障時(shí) 另兩個(gè)完好相的對(duì)地電壓要升高到線電壓 因此絕緣監(jiān)視用電壓表不能接入按相電壓選擇的電壓表 而要按線電壓 即相電壓的倍 選擇其量程 否則在一次電路發(fā)生單相接地故障時(shí) 電壓表可能被燒毀 4 4特殊變壓器 72 圖4 17電壓互感器的接線方案 c 三個(gè)單相電壓互感器接成Y0 Y0形 4 4特殊變壓器 73 三個(gè)單相三繞組電壓互感器或一個(gè)三相五芯柱三繞組電壓互感器接成Y0 Y0 開口三角 形 圖4 17 d 其接成Y0的二次繞組 供電給需線電壓的儀表 繼電器及接相電壓的絕緣監(jiān)視用電壓表 與圖4 17 c 的二次接線相同 其接成 開口三角 形的輔助二次繞組 則接電壓繼電器 在一次電路電壓正常時(shí) 由于三個(gè)相電壓對(duì)稱 因此開口三角兩端的電壓接近于零 當(dāng)一次電路發(fā)生單相接地故障時(shí) 開口三角兩端將出現(xiàn)近100V的電壓 零序電壓 使電壓繼電器動(dòng)作 發(fā)出接地故障信號(hào) 4 4特殊變壓器 74 圖4 17電壓互感器的接線方案 d 三個(gè)單相三繞組電壓互感器或一個(gè)三相五芯柱三繞組電壓互感器接成Y0 Y0 形 4 4特殊變壓器 75 使用電壓互感器時(shí) 必須注意以下幾點(diǎn) 副邊不能短路 否則會(huì)產(chǎn)生很大的短路電流 燒壞互感器 鐵芯和副邊的一端必須可靠接地 防止高 低壓繞組間的絕緣損壞時(shí) 副邊和測(cè)量?jī)x表出現(xiàn)高電壓 危及工作人員的安全 副邊并接的電壓線圈不能太多 以免超過(guò)電壓互感器的額定容量 引起互感器繞組發(fā)熱 并降低互感器的準(zhǔn)確度 4 4特殊變壓器 76 4 4 1 2電流互感器電流互感器的原邊導(dǎo)線較粗 匝數(shù)很小 只有1 3匝 串接在被測(cè)線路上 副邊匝數(shù)較多 接在電流表上或電度表的電流線圈上 如圖4 16 b c 所示 它相當(dāng)于一臺(tái)小容量的升壓變壓器 可將大電流變?yōu)樾‰娏?以便測(cè)量 從而擴(kuò)大了電流表的量程 由于電流表或電流線圈的內(nèi)阻抗很小 所以 電流互感器工作時(shí)相當(dāng)于變壓器在短路運(yùn)行狀態(tài) 但由于原邊匝數(shù)很少 阻抗極小 電壓降也極小 而且原邊電流就是被測(cè)電流 因此 原邊電流并不受副邊狀態(tài)的影響 電流互感器的變流比 被測(cè)電流 4 4特殊變壓器 77 通常電流互感器的副邊額定電流均設(shè)計(jì)為5A 因此 在不同電流的電路中所用的電流互感器 其變流比是不同的 變流比用額定電流的比值形式標(biāo)注在銘牌上 例如 50 5 75 5 100 5等 當(dāng)電流互感器和電流表配套使用時(shí) 電流表的刻度可按原邊額定電流值標(biāo)出 以便直接讀數(shù) 在三相電路中有如圖4 18所示的四種常見的接線方案 一相式接線 圖4 18 a 電流線圈中通過(guò)的電流 反映一次電路對(duì)應(yīng)相的電流 通常用于負(fù)荷平衡的三相電路 例如低壓動(dòng)力線路中 供測(cè)量電流和接過(guò)負(fù)荷保護(hù)裝置之用 4 4特殊變壓器 78 圖4 18電流互感器的接線方案 a 一相式 b 兩相V形 c 兩相電流差 d 三相星形 4 4特殊變壓器 79 兩相V形接線 圖4 18 b 這種接線也稱為兩相不完全星形接線 在繼電保護(hù)裝置中 這種接線則稱為兩相兩繼電器接線 在中性點(diǎn)不接地的三相三線制電路 例如6 10kV高壓電路 中 這種接線廣泛用于測(cè)量三相電流 電能及作過(guò)電流繼電保護(hù)之用 這種接線二次側(cè)公共線上的電流為 即反映的是未接電流互感器那一相的相電流 兩相電流差接線 圖4 18 c 這種接線也稱為兩相交叉接線 其二次側(cè)公共線上的電流為 其量值為相電流的倍 這種接線適于中性點(diǎn)不接地的三相三線制電路 例如6 10kV高壓電路 作為過(guò)電流繼電保護(hù)之用 也稱做兩相一繼電器接線 4 4特殊變壓器 80 三相星形接線 圖4 18 d 這種接線中的三個(gè)電流線圈 正好反映各相的電流 廣泛用于三相負(fù)荷一般不平衡的三相四線制系統(tǒng)如低壓TN系統(tǒng)中 也用在負(fù)荷可能不平衡的三相三線制系統(tǒng)中 作三相電流 電能測(cè)量及過(guò)電流繼電保護(hù)之用 使用電流互感器時(shí) 必須注意 副邊絕對(duì)不允許開路 否則 副邊會(huì)感應(yīng)出很高的電壓 容易擊穿絕緣 損壞設(shè)備 危及人身安全 為了避免拆卸電流表時(shí)發(fā)生副邊開路現(xiàn)象 一般在電流表兩端并聯(lián)一個(gè)開關(guān) 拆卸之前閉合開關(guān) 更換儀表后再打開開關(guān) 鐵芯和副邊的一端必須可靠接地 防止原 副繞組之間的絕緣損壞時(shí) 原邊的高電壓傳到副邊 危及人身安全 4 4特殊變壓器 81 自耦變壓器只有一個(gè)繞組 即原邊和副邊共用一個(gè)繞組 若繞組中抽出一部分線匝作為副邊 則自耦變壓器為降壓變壓器 若外加電壓接在繞組的一部分線匝上 則自耦變壓器為升壓變壓器 普通雙繞組變壓器原 副邊之間只有磁的耦合而無(wú)電的直接聯(lián)系 自耦變壓器由于原 副邊共用一個(gè)繞組 因此 原 副邊之間不僅有磁的耦合而且有電的直接聯(lián)系 這是其主要工作特點(diǎn) 圖4 19為單相自耦變壓器的原理圖 單相自耦變壓器的工作原理與雙繞組變壓器基本相同 原 副邊電壓與電流在數(shù)值上同樣存在以下關(guān)系 4 4 2自耦變壓器 4 4特殊變壓器 82 圖4 19單相自耦變壓器的原理圖 圖4 20自耦調(diào)壓器 4 4特殊變壓器 83 三相自耦變壓器的三個(gè)繞組一般作Y連接 常用于三相異步電動(dòng)機(jī)的降壓?jiǎn)?dòng) 低壓小容量的自耦變壓器 經(jīng)常將中間抽頭做成能沿整個(gè)線圈自由滑動(dòng)的活動(dòng)觸頭 因而可在一定范圍內(nèi)平滑地調(diào)節(jié)副邊電壓 所以又稱為調(diào)壓器 如圖4 20所示 單相與三相調(diào)壓器常用于實(shí)驗(yàn)室中調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)用的電壓 自耦變壓器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 用鐵 銅量較少 因而體積小 質(zhì)量輕 成本低 效率高 但由于原 副邊之間有電的直接聯(lián)系 因此 原 副邊應(yīng)采用同一絕緣等級(jí) 例如 用自耦變壓器把6kV降為220V 則副邊電路的絕緣也要按6kV來(lái)考慮 這樣不僅不經(jīng)濟(jì) 而且對(duì)工作人員來(lái)說(shuō)也不安全 因此 自耦變壓器的變壓比K一般小于2 5 此外 自耦變壓器不允許作為安全變壓器使用 這是因?yàn)?公共部分?jǐn)嚅_時(shí) 原邊的較高電壓將直接引入副邊 線路萬(wàn)一接錯(cuò) 容易發(fā)生觸電事故 4 4特殊變壓器 84 4 4 3 1電焊變壓器的原理交流電焊機(jī) 又叫交流弧焊機(jī) 的主要組成部分是電焊變壓器 電焊變壓器是一種特殊的降壓變壓器 其特殊性在于它具有陡降的外特性 如圖4 21所示 圖中1 2曲線分別表示電焊變壓器副邊帶不同負(fù)載時(shí)的副邊電壓的變化情況 變壓器外特性是指原邊電源電壓與負(fù)載功率因數(shù)一定時(shí) 副邊端電壓U2與副邊電流I2之間的關(guān)系 即U2 f I2 它反映副邊端電壓U2隨負(fù)載電流I2的變化情況 普通變壓器的外特性是緩慢下降的 4 4 3電焊變壓器的原理 4 4特殊變壓器 85 圖4 21電焊變壓器的外特性 圖4 22電焊變壓器原理圖 4 4特殊變壓器 86 圖4 22為電焊變壓器原理圖 空載時(shí) 電焊變壓器把380V或220V的電源電壓變?yōu)?0 80V的點(diǎn)弧電壓 焊接時(shí) 負(fù)載隨焊條與焊件之間的距離發(fā)生較大變化 U2隨之發(fā)生較大變化 達(dá)到額定焊接電流時(shí) U2為30 40V 焊條與焊件接觸短路時(shí) U2 0 為了維持點(diǎn)燃的電弧穩(wěn)定連續(xù)地工作 要求焊接電流I2不應(yīng)變化太大 即使焊條與工件短路 I2也不應(yīng)超過(guò)額定焊接電流的1 5倍 以保證焊接質(zhì)量 為此 電焊變壓器必須具有陡降的外特性 即U2變化較大時(shí) I2變化較小 通常 在變壓器的副繞組上串接鐵芯電抗器 鐵芯電抗器主要由繞在鐵芯上的線圈制成 鐵芯包括動(dòng)鐵芯與靜鐵芯 動(dòng) 靜鐵芯之間有可以調(diào)節(jié)的空氣隙 空載時(shí) 由于焊接電流I2 0 電抗器上沒有電壓降 點(diǎn)弧電壓就等于副邊端電壓 4 4特殊變壓器 87 焊接時(shí) 由于電抗器的電抗值較大 I2必在電抗器上產(chǎn)生較大的電壓降 因此 U2比空載時(shí)顯著下降 即使焊條與工件短路 由于電抗器的分壓限流作用 短路電流I2也不會(huì)太大 為了適應(yīng)不同焊件和不同規(guī)格的焊條 還要求能調(diào)節(jié)焊接電流的大小 調(diào)節(jié)辦法是 通過(guò)旋轉(zhuǎn)手輪來(lái)轉(zhuǎn)動(dòng)螺桿 移動(dòng)電抗器的動(dòng)鐵芯 改變動(dòng) 靜鐵芯之間空氣隙的長(zhǎng)度 從而改變電抗值的大小 達(dá)到調(diào)節(jié)焊接電流的目的 另外 還可以通過(guò)改變副邊匝數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)焊接電流進(jìn)行粗調(diào)節(jié) 副邊匝數(shù)增多 焊接電流減小 副邊匝數(shù)減少 焊接電流增大 4 4特殊變壓器 88 4 4 3 2使用電焊變壓器時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)使用電焊變壓器進(jìn)行焊接時(shí) 必須注意以下幾點(diǎn) 電焊變壓器分單相與三相兩大類 三相電焊機(jī)的額定電壓為380V 單相電焊機(jī)的額定電壓既有380V 又有220V 使用時(shí) 電焊變壓器必須接在相應(yīng)的電源電壓中 焊條規(guī)格不同 其額定焊接電流也不同 因此 必須在允許范圍內(nèi)選擇焊條規(guī)格 改變焊條規(guī)格 焊接不同工件時(shí) 必須調(diào)節(jié)焊接電流的大小 焊接時(shí) 必須把電焊變壓器副邊的另一端即不與焊槍相連的一端通過(guò)粗導(dǎo)線與工件連接起來(lái) 使副邊構(gòu)成閉合回路 4 4特殊變壓器 89 電焊變壓器的空載電壓并不是安全電壓 工作時(shí)應(yīng)防止觸電 焊接時(shí) 操作人員必須戴好手套 使用保護(hù)面罩 以免電弧 或火花 灼傷眼睛與皮膚 4 4特殊變壓器 90 本章小結(jié)磁路是由磁性材料制成的磁通集中通過(guò)的路徑 在電機(jī) 變壓器等許多電氣設(shè)備中 為了得到較大的磁通 廣泛采用磁性材料和鐵芯構(gòu)成磁路 磁性材料具有高導(dǎo)磁性 磁飽和性和磁滯性 磁性材料可分為軟磁材料 硬磁材料和矩磁材料 它們分別用在不同的場(chǎng)合 磁路中磁通 磁動(dòng)勢(shì)F和磁阻Rm間的關(guān)系 可以用磁路歐姆定律表示 即 由于Rm不是常數(shù) 所以一般不能直接用該式進(jìn)行磁路計(jì)算 主要用于定性分析 小結(jié) 91 變壓器是利用電磁感應(yīng)原理實(shí)現(xiàn)電能傳遞的電氣設(shè)備 變壓器的作用主要有電壓變換 電流變換和阻抗變換 其關(guān)系式分別為 式中 K N1 N2 稱為變壓比 三相變壓器分為三相組式變壓器和三相芯式變壓器 三相組式變壓器每相有獨(dú)立的磁路 三相芯式變壓器各相磁路彼此相關(guān) 三相變壓器規(guī)定了五種標(biāo)準(zhǔn)連接方式 Y yn Y d Yn d Y y和Yn y 小結(jié) 92 自耦變壓器 原副繞組有共同的線圈部分 因此 原 副繞組既有磁的耦合 又有電的聯(lián)系 互感器是一種特殊變壓器 電流互感器是將大電流轉(zhuǎn)換成小電流 使用的副繞組不允許斷開 電壓互感器是將高電壓轉(zhuǎn)化成低電壓 使用時(shí)副繞組不允許短路 電焊變壓器是一臺(tái)特殊的降壓變壓器 但為滿足電壓要求 電焊變壓器須有較大的阻抗可以調(diào)節(jié) 小結(jié)