中职《电气系统控制技术》项目四教学课件

1、正版可修改PPT课件(中职）电气系统控制技术项目四教学课件 电气系统控制技术项目四 变压器目 录初识变压器任务一任务二单相变压器任务三三相变压器目 录电压互感器及电流互感器任务四任务五三相变压器的检测 任务一安全用电 任务一初识变压器任务描述我们知道，日常生活和生产中需要各种不同的交流电压。如工厂中的动力设备用的电压是380V，而照明用电的电压是220V，还有些安全要求较高的场合还需要安全电压：如36V、24V等等。如果采用输出电压不同的发电机分别供电，那是不可能的，也是不现实的。所以实际上我们现在用的不同电压值的交流电压都是通过变压器进行变换得到的。变压器还可以用来改变交流电流、变换阻抗、改

2、变相位。变压器是输配电、电工测量和电子技术中的一种十分重要的电气设备。变压器虽然大小悬殊，用途各异，但其基本结构和基本工作原理是相同的。1）了解变压器的用途、分类和结构；2）会识读变压器的铭牌并了解变压器的各项参数；3）掌握变压器的工作原理；（一）变压器的分类1按用途分：变压器按用途可大致分为以下几种：（1）电力变压器：用于输配电系统的升、降电压。（2）输入、输出变压器：在电子技术中用于实现阻抗匹配。（3）测量变压器：互感器、钳形电流表等。（4）安全变压器：用于特殊环境。（5）特种变压器：如电源变压器、整流变压器、调整变压器等。（一）变压器的分类2按相数分：（1）单相变压器：用于单相负荷的变压

3、。（2）三相变压器：用于三相供电系统的升、降电压。（一）变压器的分类3按冷却方式分：（1）干式变压器：依靠空气对流进行冷却，一般用于局部照明、电子线路等小容量变压器。（2）油浸式变压器：依靠油作冷却介质、如油浸自冷、油浸风冷、油浸水冷、强迫油循环等。（一）变压器的分类4按绕组形式分：（1）双绕组变压器：用于联结电力系统中的两个电压等级。（2）三绕组变压器：一般用于电力系统区域变电站中，联结三个电压等级。（3）自耦变压器：用于联结不同电压的电力系统，也可作为普通的升压或降后变压器用。（一）变压器的分类5按铁芯形式分：（1）芯式变压器：用于高压的电力变压器。（2）壳式变压器：用于大电流的特殊变压器

4、，如电源变压器、电焊变压器；或用于电子仪器及电视、收音机等的电源变压器。（二）变压器的结构：铁芯、绕组和其它附件1铁芯铁芯是变压器的磁路通道。为了提高铁芯导磁能力，使变压器容量增大，体积减小，效率提高，要求铁芯采用导磁性能良好的材料。传统铁芯通常由含硅量较高，表面涂有绝缘漆的热轧或冷轧硅钢片叠装而成。目前变压器一般采用冷轧硅钢片，厚度有0.35 mm、0.3mm、0.27 mm多种，越薄质量越好。通讯用的变压器多用铁氧体、铝合金或其它磁性材料制成的铁芯。近年来，变压器的铁芯材料已发展到现在最新的节能材料非晶态磁性材料，如2605S2，非晶合金铁芯变压器便应运而生。这种变压器的铁损仅为硅钢变压器

5、的1/5。常用变压器的铁芯有E字形、F形、口字形、C字形、日字形等，如图所示： 为了提高导磁性能，装配时通常要求硅钢片交替叠装，如图所示。1铁芯（二）变压器的结构：铁芯、绕组和其它附件（二）变压器的结构：铁芯、绕组和其它附件2绕组绕组是变压器的电路部分，由带绝缘层的铜导线（常用）或铝导线绕制而成。电磁线一般有漆包线，绕包线，无机绝缘线，换位导线等。电磁线必须满足：1）使用要求：包括其形状、规格、能短时和长期在高温下工作，以及承受某些场合中的强烈振动和高速下的离心力，高电压下的耐受电晕和击穿，特殊气氛下的耐化学腐蚀等；2）制造工艺要求：包括绕制和嵌线时经受拉伸、弯曲和磨损的要求，以及浸渍和烘干过

6、程中的溶胀、侵蚀作用等。在工作时，与电源相连的绕组叫做一次绕组（初级绕组或原绕组）；与负载相连的绕组叫做二次绕组（次级绕组或副绕组）。3变压器的附件（1）绝缘材料。绝缘材料是变压器重要附件之一，其作用是保证变压器的电气绝缘性能。主要用于铁芯与绕组之间、绕组与绕组之间、绕组的层与层之间、引出线与其他绕组及铁芯之间部位的绝缘。小型变压器所用绝缘材料有青壳纸、聚酯薄膜青壳纸、聚酯薄膜、黄蜡绸（纸）等。对于引出线的绝缘，多选用玻璃丝漆管或黄蜡管等。（2）绕组骨架。作用是支撑和固定绕组，便于装配铁芯。（3）屏蔽罩。在对漏磁通的防护要求较高的场合，变压器的外层应加装用导磁材料制成的金属屏蔽罩，以防止漏磁通

7、干扰线路工作。如中频变压器，要求较高的电源变压器等。（二）变压器的结构：铁芯、绕组和其它附件（三）变压器的电路符号及参数1变压器的电路符号变压器的一般图形符号，其中T是它的文字符号2变压器的参数与铭牌（三）变压器的电路符号及参数主要参数：型号、额定容量、额定电压及其分接、额定频率、绕组联结以及额定性能数据和总重等。2变压器的参数与铭牌（三）变压器的电路符号及参数（1）变压器的型号变压器的型号格式：2变压器的参数与铭牌（三）变压器的电路符号及参数（1）变压器的型号一般分两部分：前半部分由字母组合组成，代表变压器的类别、结构特征和用途。含义如下：第1个字母表示相数：D单相（或强迫导向）；S三相。第

8、2个字母表示绝缘代号：C绕组为树脂浇注成形固体；G空气绝缘；无则代表油浸绝缘。第3组字母表示冷却方式：J油浸自冷；F油浸风冷；FP强迫油循环风冷；SP强迫油循环水冷。第4个字母表示调压代号：Z有载调压；无则代表无载调压。第5个字母表示绕组导线材质代号：L铝绕组；无则代表铜绕组。其他字母代号：B箔式绕组；R缠绕式绕组；O自耦（在首位时表示降压自耦，在末位时表示升压自耦）。后半部分由数字组成：字母后面紧跟着数字一般是设计序号。序号后用“ ”隔开的一串数字表示产品的容量（KVA）。容量后用“ /”隔开的一串数字表示高压绕组电压等级。高压绕组电压等级后用“ /”隔开的一串数字则表示低压绕组电压等级。2

9、变压器的参数与铭牌（三）变压器的电路符号及参数额定容量是制造厂所规定的在额定工作状态（即在额定电压、额定频率、额定使用条件下的工作状态）下变压器输出的视在功率的保证值，以SN表示。一般情况下，额定容量通常是指高压绕组的容量，而当变压器容量因冷却方式而变更时，则额定容量是指它的最大容量。（2）额定容量2变压器的参数与铭牌（三）变压器的电路符号及参数变压器一、二次额定电流是指在额定电压和额定环境温度下使变压器各部分不超温的一、二次绕组长期允许通过的线电流，单位以A表示。（3）额定电流2变压器的参数与铭牌（三）变压器的电路符号及参数（4）额定电压变压器的额定电压就是各绕组的额定电压，是指额定施加的或

10、空载时产生的电压。一次额定电压U1N是指接到变压器一次绕组端点的额定电压值；二次额定电压U2N是指当一次绕组所接的电压为额定值、分接开关放在额定分触头位置上，变压器空载时二次绕组的电压（单位为V或KV）。三相变压器的额定电压指的均是线电压。2变压器的参数与铭牌（三）变压器的电路符号及参数另附：一般情况下在高压绕组上抽出适当的分接头，因为高压绕组或其单独调压绕组常常套在最外面，引出分接头方便；其次是高压侧电流小，引出分接引线和分接开关的载流部分截面小，分接开关接触部分容易解决。（4）额定电压2变压器的参数与铭牌（三）变压器的电路符号及参数例如：变压器“SCB101000KVA10KV0.4KV”

11、表示的含义：S 的意思表示此变压器为三相变压器，如果S换成D则表示此变压器为单相。C 的意思表示(干式变压器)绕组为树脂浇注成形固体。B 的意思是箔式绕组。10 的表示是设计序号，也叫技术序号。1000KVA 则表示此台变压器的额定容量(1000千伏安）。10KV 的意思是一次额定电压。0.4KV 意思是二次额定电压。2变压器的参数与铭牌（三）变压器的电路符号及参数表示变压器各相绕组的联结方式和一、二次线电压之间的相位关系。符号顺序由左至右各代表一、二次绕组的联结方式，数字表示两个绕组的联结组号。（该内容在后面介绍）（5）联结组别一次绕组的联结方式：星形无中性线二次绕组的联结方式：星形带中性线

12、 任务二 单相变压器单相变压器即一次绕组和二次绕组均只有一个绕组的变压器，它的结构相对简单，主要应用于功率较小，无三相电源以及电子技术应用的范围和场所中。在这种情况下，变压器的损耗和漏磁通都是很小的。因此，在变压器损耗、漏磁通和导线的铜损不计的情况下，我们可以把变压器看成一个理想变压器。为方便分析，我们先以单相理想变压器为例，来进一步学习和掌握变压器的基本知识和用途。任务描述（一）变压器的工作原理变压器是根据电磁感应原理工作的。工作时把变压器的一次绕组接在交流电源上，二次绕组接在负载上。这样在一次绕组中就有交流电流流过，交流电流将在铁芯中产生交变磁通，这个变化的磁通同时通过一次绕组和二次绕组。

13、这样交变磁通将在一次绕组中产生自感电动势，同时在二次绕组中也产生了互感电动势。这时，如果在二次绕组上接上负载，那么电能将通过负载转换成其他形式的能。（二）变压器的作用及应用1变换交流电压1、当一次绕组接交流电压后，就有励磁电流i1流过，该电流在铁心中可产生一个交变的主磁通2、在两个绕组中分别产生感应电势e1和e2 在理想情况下（一次绕组和二次绕组的电阻忽略不计），一次绕组和二次绕组上的电压就近似等于对应的电动势，即：（二）变压器的作用及应用1变换交流电压变压器的一次绕组、二次绕组的电压有效值之比等于这两个绕组的匝数之比，用n表示，称之为变压比。若N1N2，则n1，U1U2，此类变压器为降压变压

14、器。若N1N2，则n1，U1U2，此类变压器为升压变压器。（二）变压器的作用及应用2变换交流电流如果将变压器视为理想器件，其内部不消耗功率，变压器的输入功率和输出功率相等。即P1=P2而P1=U1I1cos1 P2=U2I2cos2其中cos1是一次绕组的功率因数，cos2是二次绕组的功率因数，1和2相差很小，所以在实际计算时可以认为它们相等，因而得到 所以： （二）变压器的作用及应用2变换交流电流变压器的高压绕组匝数多而通过的电流小，故可用较细的导线绕制；低压绕组匝数少而通过的电流大，故应当用较粗的导线绕制。（二）变压器的作用及应用3 变换交流阻抗由（a）图二次侧电路可得由（a）图等效电路（

15、b）可得可推出或（三）变压器的功率和效率1变压器的功率变压器的功率损耗包括铜损PCu和铁损PFe两部分，铜损是由于一次绕组和二次绕组有电阻，电流流过电阻时要损耗一定的功率。负载变化时，通过绕组的电流要相应变化，所以铜损也随之变化。铁损是由于交变磁通在铁芯中产生磁滞损耗和涡流损耗。铁损的大小决定于电压，并与频率有关。基本关系是：电流越大，铜损越大；频率越高，铁损越大。变压器的总的功率损耗为变压器一次侧的输入功率为：P1=U1I1cos1变压器二次侧的输出功率为：P2=U2I2cos2输入功率和输出功率的差就是所损耗的功率，用P表示（三）变压器的功率和效率2变压器的效率变压器的效率是其输出（有功）

16、功率P2与输入（有功）功率P1的比值，一般记作百分数，用字母表示为一般变压器的效率较高，大容量变压器的效率可达98%99%，小型变压器效率约为70%80%。 任务三接地与接零 任务三三相变压器日常生活中的电能是怎样来的，如从发电厂到用户的送电过程示意图如图所示，变压器在其中起到主要作用。在本节中我们以油浸式电力变压器为例来学习三相变压器的结构和应用特点。任务描述电气接线图的变压器图形符号两绕组变压器三绕组变压器（一）三相变压器的结构1-铭牌；2-信号式温度计；3-吸湿器；4-油标；5-储油柜；6-安全气道；7-气体继电器；8-高压套管；9-低压套管；10-分接开关；11-油箱；12-放油阀门；

17、13-器身；14-接地板；15-小车1三相变压器的铁芯变压器的铁芯由铁芯柱和铁轭两部分组成。安装线圈的部分叫做铁芯柱；联结各铁芯柱使铁芯形成闭合磁路的部分叫做铁轭。（一）三相变压器的结构1三相变压器的铁芯铁芯结构的基本形式有芯式和壳式两类芯式是指线圈包围铁芯。这种形式结构简单，容易装配，省导线，适用于大容量，高电压变压器，所以电力变压器大多采用三相芯式铁芯。壳式是指铁芯包围线圈。这种形式的铁芯易散热，用线量大，工艺复杂，通常应用于小型干式变压器或电压很低而电流很大的特殊场合。（一）三相变压器的结构2三相变压器的绕组绕组可分为同心式和交叠式两种。同心式绕组是将高低压绕组同心地套装在铁芯柱上。为了

18、便于与铁芯绝缘，一般把低压绕组装在里面，高压绕组装在外面。高低压绕组之间留有油道，既利于绕组散热，又可作为绕组间的绝缘。同心式绕组的结构简单，制造容易，常用于芯式变压器，是目前国产电力变压器的主流形式。（一）三相变压器的结构2三相变压器的绕组绕组可分为同心式和交叠式两种。交叠式绕组是将高低压绕组都绕制成盘状，交替套装在铁芯上。为了易于绝缘，一般最上层和最下层安放低压绕组。交叠式绕组具有漏抗小，机械强度高，引线方便的优点，主要用于壳式变压器中。（一）三相变压器的结构3油浸式变压器的箱体油浸式变压器的箱体总成由油箱（箱壳和箱盖）、高低压绝缘套管、储油柜、分接开关、呼吸器、防爆阀、气体及电器、和温度

19、计等组成。（一）三相变压器的结构（二）三相变压器的结构特点1三相变压器组三相变压器可以是由三个单相变压器按一定方式联结在一起组成的三相变压器组。三相变压器组各相之间只有电的联系，没有磁的联系。三相变压器的每一相，就相当于一个独立的单相变压器，单相变压器的基本公式和分析方法，适用于三相变压器中的任意一相。三相变压器组的磁路特点是：每相主磁通各有单独的通路，各相磁路互不联系，当变压器一次侧外施电压对称时，三相磁通A、B、C也是对称的，三相空载电流也是对称的。（二）三相变压器的结构特点1三相芯式结构变压器一般电力变压器大多采用三相芯式结构，将三个铁芯柱用铁轭连在一起来构成三相芯式变压器。三相变压器各

20、相之间既有电的联系，也有磁的联系三相芯式变压器的磁路系统是彼此相关的，每相主磁通都要借助于另外两相磁路来闭合，由于三相变压器各相磁路长度不一样，A、C相较长，B相最短，三相磁阻不一样。因此在外施三相对称电压时，三相空载电流是不相等的。显然，B相的空载电流要比A、C两相空载电流小。不过在带负荷情况下，由于空载电流的差别而带来的影响很小，可不予考虑。（二）三相变压器的结构特点 与三相变压器组相比较，三相心式变压器的材料消耗较少、价格便宜、占地面积亦小，维护比较简单。 但对于大型和超大型变压器，为了便于制造和运输，并减少电站的备用容量，往往采用三相变压器组。（三）三相变压器绕组的联结方式三相变压器绕

21、组的联结有星形（Y形）和三角形（形）两种方式。以高压侧为例，星形联结是将三相绕组的尾端X、Y、Z联结在一起，而把它们的三个首端A、B、C分别引出。（a）不带中性线 （b）带中性线 （三）三相变压器绕组的联结方式三相变压器绕组的联结有星形（Y形）和三角形（形）两种方式。以低压侧为例，三角形联结是将三相绕组的首尾端顺次联结成闭合回路。三角形联结分为顺接和倒接两种接法。顺接是顺着电动势正方向按ax-by-cz的顺序联结；倒接是逆电动势正方向，按xa-yb-zc的顺序联结。（a）顺接 （b）倒接（三）三相变压器绕组的联结方式当画三相变压器接线图时，如果高压侧是星形，低压侧是三角形，一般采用如图所示的方

22、法，把高压绕组画到上方，把低压绕组画到下方。（三）三相变压器绕组的联结方式星形、三角形接线的高压绕组用大写字母Y、D分别表示；对应的低压绕组分别用小写字母y、d表示。当把高压侧接成星形，把低压侧也接成星形时，就是Y-y接线；当把高压侧接成星形，把低压侧接成三角形时，就是Y-d接线。对于星形接线来说，高压侧的中性点引出线在Y后附加大写的N字表示；低压侧的中性点引出线在y附加小写的n字表示。（三）三相变压器绕组的联结方式一共有九种组合的接线方式。不过，基于安全、经济和实用的角度出发，许多接线方法是不宜采用的。例如：当用高压进行远距离输电时就，为了经济，高压侧就不应该采用三角形接线；当用三台单相变压

23、器组成三相变压器组时，为了避免三次谐波的影响，就不能采用Y-y 形接线；为了安全，在某些情况下必须使用带中性线的接法等。 任务四 任务四电压互感器及电流互感器互感器是一种专供测量仪表、控制设备和保护设备中使用的变压器。在高电压和大电流的电气设备和输电线中，是不能直接用仪表去测量电压、电流的。为此，必须用互感器将高电压、大电流变换为低电压、小电流，然后进行测量。这样可以保证测量人员的安全。根据用途不同，互感器又可分电压互感器和电流互感器。任务描述任务要点1）了解和掌握电压互感器和电流互感器的工作原理2）了解和掌握电压互感器和电流互感器的使用方式和特点（一）电压互感器1电压互感器的实物及实物接线图

24、。（一）电压互感器2电压互感器的原理结构及电路接线。电压互感器的工作原理与普通变压器一样；使用时，将匝数多的一次侧绕组并联跨接在需要测量的供电线路上，而匝数少的一次侧低压绕组则与电压表相连，它是先将被测的大电压变换成小电压，然后用仪表测出二次侧的电压U2，将其乘以变压比n，就可以间接测出一次侧的大电压U1。为了保证安全，使用电压互感器时必须将其铁壳和二次绕组的一端接地，以防止绝缘损坏二次绕组出现高压；二次绕组不能短路，因为二次绕组的阻抗很小，以防止烧坏二次绕组。（一）电压互感器3电压互感器的使用注意事项。 为了保证安全，使用电压互感器时必须将其铁壳和二次绕组的一端接地，以防止绝缘损坏二次绕组出

25、现高压；二次绕组不能短路，因为二次绕组的阻抗很小，以防止烧坏二次绕组。（二）电流互感器1电流互感器的实物及实物接线图。（二）电流互感器2电流互感器的原理结构及电路接线。电流互感器的工作原理也与普通变压器一样。使用时，是将一次绕组与待测的负载相串联，二次绕组与电流表串联成闭合电路。它是先将被测的大电流变换成小电流，然后用仪表测出二次侧电流I2，将其除以变压比n，就可以间接测出一次侧的大电流I1。（二）电流互感器3电流互感器的使用注意事项。在使用电流互感器时，应特别注意：绝对不能让电流互感器的二次侧开路，因为在二次开路时，二次侧绕组两端将产生很高的感应电动势，容易造成危险。同时，电流互感器的铁芯和

26、二次绕组一端均应可靠接地，以防止绝缘破损引起设备破坏及人身事故。电流互感器在接线时，还必须注意其端子的极性。（二）电流互感器4钳形电流表。常用的钳形电流表就是一种电流互感器，它是由一个同电流表接成闭合回路的二次绕组和一个铁芯构成，其铁芯可开，可合。测量时，先松开铁芯，把待测电流的一根导线放入钳口中，然后闭合铁芯，这时在电流表上就可直接读出被测电流的大小 任务四 任务五变压器的检测任务描述交流变压器，其一次绕组与二次绕组的缠绕方式的关系决定了内部电动势的相位关系，实际上就是低压绕组上的电压的相位跟对应的高压绕组上的电压相位相比时，低压落后多大相位角度。当计算和分析变压器电路时，必须搞清楚这个问题

27、，并作相应的技术处理，否则可能酿成重大事故。这就需要我们了解并掌握变压器绕组同名端的概念。任务要点1）理解并掌握变压器绕组首端、尾端和同名端的概念。2）掌握变压器同名端判断方法。3）掌握变压器同名端的检测方法。（一）首端、尾端和同名端的概念1变压器绕组的线路端子和首尾端在国家标准中把用于联结电网导线的端子称为线路端子，把跟线路端子联结的绕组那端称为始端（或首端），线路端子的符号就是绕组的始端符号。高压绕组的始端通常是用大写的A、B、C或U、V、W表示；低压绕组的始端通常是用小写的a、b、c或u、v、w表示。把同一个绕组的另一端称为末端（或尾端），高压绕组的尾端通常用大写的X、Y、Z表示；低压绕

28、组的尾端通常用小写的x、y、z表示。（一）首端、尾端和同名端的概念2两个绕组的同名端在交流电路里，变压器的感应电压方向是跟绕组的缠绕方向紧密相关的。但是，当画电路图时，无法画出绕组的绕线方向，因此我们采用标出同名端（作黑点标记）的方法来解决。如图所示：图（a）：绕制方向相同的两个绕组的始端是同名端图（b）：两个绕组的总体绕向虽然是相反的，但是，从上面绕组的始端和下面绕组的末端看，绕组的绕向还是相同的，因此，它们的始端也是同名端结论：处于同一铁芯柱上的两个绕组中，实际缠绕方向相同的两个端子就为同名端。如图（a）和图（b）绕制情况，利用绕组绕制方向即可判断（一）首端、尾端和同名端的概念2两个绕组的同名端在交流电路里，变压器的感应电压方向是跟绕