电机与变压器

主讲：电机与变压器第四版目录第二单元变压器绕组的极性测定与连接第一单元变压器的分类、结构和原理第三单元变压器并联运行、维护和检修第四单元特殊用途的变压器第五单元电动机的基础知识第六单元三相异步电动机的运行第七单元单相异步电动机第八单元直流电动机第九单元三相同步电机第十单元特种电机绪论绪论什么叫变压器在交流电路中，将电压升高或降低的设备叫变压器，变压器能把任一数值的电压转变成频率相同的我们所需的电压值，以满足电能的输送，分配和使用要求。例如发电厂发出来的电，电压等级较低，必须把电压升高才能输送到较远的用电区，用电区又必须通过降压变成适用的电压等级，供给动力设备及日常用电设备使用。变压器简介对于变压器一般有常识的朋友都知道是把大的电压变小的一种电气设备，可能问到更详细情况就不知道了，这里来简要介绍一下相关的变压器知识，以及变压器组成及型号。

发电机11kv升压变压器110kv三绕组变压器230kv去系统另一部分降压变压器11kv配电变压器其他负载D简单电力系统示意图第一单元变压器的分类、结构和原理

课题一变压器的分类和用途课题二变压器的结构与冷却方式课题三变压器的原理课题四变压器的空载试验与短路试课题一变压器的分类和用途变压器按用途可以分为：配电变压器、电力变压器、电炉变压器、自耦变压器、电焊变压器、全密封变压器、组合式变压器、干式变压器、单相变压器、整流变压器、试验变压器、仪用变压器（电压、电流互感器、脉冲变压器，阻抗匹配变压器）等。电力变压器可分为:升压变压器、降压变压器、配电变压器、联络变压器等。电力变压器的类别——用途分配电变压器升压变压器降压变压器（一）电力变压器试验、仪用等变压器(二)特种变压器电力变压器的类别——用途分特种变压器可分为:整流变压器、电炉变压器、高压试验变压器、控制变压器等电源变压器环形变压器电力变压器控制变压器三相干式变压器接触调压器控制变压器

三相变压器外观示意图干式变压器本节结束课题二变压器的结构与冷却方式油浸式电力变压器一、变压器的结构简介

根据用途的不同，变压器的结构也有所不同，大功率电力变压器结构比较复杂，多数为油浸式，变压器主要由铁芯、绕组、油箱、油枕、绝缘套管、分接开关和气体继电器等组成。2.变压器的基本结构和主要部件主要部件：铁心和绕组（构成器身）；还有油箱、绝缘套管、分接开关、安全气道等1.铁心铁心是变压器中主要的磁路部分。通常由含硅量较高，为降低发热损耗和减小体积和重量，厚度为0.35或0.5mm,表面涂有绝缘漆的热轧或冷轧硅钢片叠装而成，在大容量的变压器中，为使铁芯损耗发出的热量能够被绝缘油在循环时充分带走，以达到良好的冷却效果，常在铁芯中设有冷却油道。铁心分为铁心柱和铁轭俩部分，铁心柱套有绕组；铁轭闭合磁路之用。铁心结构的基本形式有芯式和壳式两种。

铁心

既是磁路，也是套装绕组的骨架 包括：心柱（套有绕组）和铁轭（形成闭合磁路） 由0.35～0.5mm厚硅钢片叠成或非晶合金制成 结构上分为：芯式和壳式，电力变压器主要用芯式铁心柱铁心柱铁轭铁轭11112222

芯式变压器低压绕组高压绕组(a)单相心式变压器示意图（b）心式变压器铁铁铁心轭柱轭1122

单相壳式变压器变压器绕组主要故障是匝间短路和对外壳短路。匝间短路主要是由于绝缘老化，或由于变压器的过负荷以及穿越性短路时绝缘受到机械的损伤而产生的。变压器内的油面下降，致使绕组露出油面时，也能发生匝间短路；另外有穿越短路时，由于过电流作用使绕组变形，使绝缘受到机械损伤，也会产生匝间短路。匝间短路时，短路绕组内电流可能超过额定值，但整个绕组电流可能未超过额定值。在这种情况下，瓦斯保护动作，情况严重时，差动保护装置也会动作。对外壳短路的原因也是由于绝缘老化或油受潮、油面下降，或因雷电和操作过电压而产生的。除此以外，在发生穿越短路时，因过电流而使绕组变形，也会产生对外壳短路的现象。对外壳短路时，一般都是瓦斯保护装置动作和接地保护动作。

绕组和铁芯都是变压器的核心元件。由于绕组本身有电阻或接头处有接触电阻，由I2Rt知要产生热量。故绕组不能长时间通过比额定电流高的电流。另外，通过短路电流时将在绕组上产生很大的电磁力而损坏变压器。其基本绕组有同心式和交叠式两种。2.绕组绕组是变压器的电路部分，用纸包或纱包的绝缘扁线或圆线绕成高压绕组匝数多，导线细；低压绕组匝数少，导线粗依照高低压绕组的相对位置分为：同心式，交叠式铁心柱铁心柱铁轭铁轭11112222同心式绕组3.油箱油浸式变压器的器身（绕组及铁芯）都装在充满变压器油的油箱中，油箱用钢板焊成。中、小型变压器的油箱由箱壳和箱盖组成，变压器的器身放在箱壳内，将箱盖打开就可吊出器身进行检修。二、变压器的冷却方式变压器常用的冷却方式有6种，按变压器选用导则的要求，冷却方式的选择：1、油浸自冷(ONAN)；大多数配电变压器和许多电力变压器都采用这种方式。容量较小的变压器，光滑油箱表面就足以将油冷却；中等容量变压器，油箱表面要做成皱纹形以增加散热面，或加装片式或扁管散热器，使油在散热器中循环流动；大容量变压器油箱表面应加设辐射散热器。31500kVA及以下、35kV及以下的产品；

2、油浸风冷(ONAF)；用鼓风机或小风扇将冷空气吹过散热器，以增强散热效果。这种冷却方式的变压器有两种额定容量。在自然通风下额定容量较小，在鼓风冷却下额定容量则较大。适用于12500kVA～63000kVA、35kV～110kV产品；75000kVA以下、110kV产品；40000kVA及以下、220kV产品。

3、强迫油循环风冷(OFAF)；50000～90000kVA、220kV产品。

4、强迫油循环水冷(OFWF)；一般水力发电厂的升压变220kV及以上、60MVA及以上产品采用。

5、强迫导向油循环风冷(ODAF)；强迫导向油循环水冷ODWF)；将热变压器油用油泵送往外部冷却器，通过吹风冷或用水冷却，通常多为水冷却。75000kVA及以上、110kV产品；

在正常工作时,气体继电器内充满变压器油,浮漂也在最上端位子.当有气体产生时,气泡会在继电器内积累,压力将强迫一只浮漂下降,在气体达到200cm3时，将发出报警信号；果气体继续积累,第二只浮漂将会发出跳闸信号。若变压器油损失过多,第一只浮漂下降，将会发出报警信号.如果油量继续减少,下面的浮漂下降，发出跳闸信号。三、变压器附件1、气体继电器（瓦斯继电器）气体继电器是一种对变压器油和油箱起到保护作用的装置。功能垂直安装的气体继电器

变压器套管是将变压器内部高、低压引线引到油箱外部的绝缘套管，不但作为引线对地绝缘，而且担负着固定引线的作用，变压器套管是变压器载流元件之一，在变压器运行中，长期通过负载电流，当变压器外部发生短路时通过短路电流。2、变压器绝缘套管(1)必须具有规定的电气强度和足够的机械强度。(2)必须具有良好的热稳定性，并能承受短路时的瞬间过热。(3)外形小、质量小、密封性能好、通用性强和便于维修。3、变压器分接开关变压器常用改变绕组匝数的方法来调压。一般从变压器的高压绕组引出若干抽头，称为分接头，用以切换分接头的装置叫分接开关。分接开关分为无载调压和有载调压两种，前者必须在变压器停电的情况下切换；后者可以在变压器带负载情况下进行切换。分接开关安装在油箱内，其控制箱在油箱外，有载调压分接开关内的变压器油是完全独立的，它也有配套的油箱、瓦斯继电器、呼吸器。分接无励磁调压开关本开关适用于频率50、60Hz、额定电压10、35Kv、额定电流20-250A，三相油浸式变压器，调压部位有中部和中性点两种，可直接固定在变压器箱盖或箱壁处，在无励磁状态下分接调换。

分接开关：通过改变高压绕组抽头，增加或减少绕组匝数来改变电压比。∵：U1/U2=W1/W2，U1W2=U2W1，∴：U2=U1W2/W1。一般变压器均为无载调压，需停电进行：常分Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三挡+5%、0%、-5%（一次为10.5KV、10KV、0.95KV二次为380V、400V、420V），出厂时一般置于Ⅱ挡。4、信号温度计

信号温度计：监视变压器运行温度，发出信号。指示的是变压器上层油温，变压器线圈温度要比上层油温高10℃。国标规定：变压器绕组的极限工作温度为105℃；（即环境温度为40℃时），上层温度不得超过95℃，通常以监视温度（上层油温）设定在85℃及以下为宜。6、压力释放阀当变压器内部发生严重故障而产生大量气体时，油箱内压力迅速增加，为防止变压器发生爆炸，油箱上安装压力释放阀。本节结束5、安全气道

安全气道又称防爆管。当变压器内发生故障时，如发生短路等，绝缘油即燃烧并急剧分解成气体，导致变压器内部压力骤增，油和气体将冲破防爆管的玻璃膜喷出泄压，避免变压器油箱破裂。课题三变压器的原理

变压器利用电磁感应原理，从一个电路向另一个电路传递电能或传输信号的一种电器，是电能传递或作为信号传输的重要元件。主要构件是初级线圈、次级线圈和铁心（磁芯）。在电器设备和无线电路中，常用作升降电压、匹配阻抗，安全隔离等。变压器的功能主要有：电压变换；电流变换，阻抗变换；隔离；稳压（磁饱和变压器）

变压器的最基本型式，包括两组绕有导线之线圈，并且彼此以电感方式称合一起。当一交流电流(具有某一已知频率)流于其中之一组线圈时，于另一组线圈中将感应出具有相同频率之交流电压，而感应的电压大小取决于两线圈耦合及磁交链之程度。而跨于此线圈的电压称之为一次电压。在二次线圈的感应电压可能大于或小于一次电压，是由一次线圈与二次线圈间的匝数比所决定的。因此，变压器区分为升压与降压变压器两种。变压器原理构造示意图(1)闭合铁芯

(绝缘硅钢片叠合而成)(2)原线圈(初级线圈)

其匝数用n1表示与交变电源相连(3)副线圈(次级线圈)

其匝数用n2表示与负载相连(4)输入电压U1

输出电压U2原线圈副线圈铁芯U1U2

n1n2∽——互感现象

变压器通过闭合铁芯，利用互感现象实现了：电能→磁场能→电能转化

(U1、I1)(变化的磁场)(U2、I2)变压器的工作原理原线圈副线圈铁芯U1U2

n1n2∽0ett1t2t3t4（1）互感现象：在变压器原、副线圈中由于有交变电流而发生互相感应的现象，叫做互感现象。（2）互感现象是变压器工作的基础。

变压器通过闭合铁芯，利用互感现象实现了电能到磁场能再到电能的转化。（3）变压器只能工作在交流电路。

如果变压器接入直流电路，在铁芯中不会产生交变的磁通量，没有互感现象出现，所以变压器仅工作于交流电路。理解：理想变压器

如果在能量转化的过程中能量损失很小，能够略去原、副线圈的电阻，以及各种电磁能量损失，这样的变压器我们称之为理想变压器.这是物理学中又一种理想化模型。

原、副线圈中通过的磁通量始终相同(无漏磁),因此产生的感应电动势分别是：若不考虑原副线圈的内阻有

U1=E1

U2=E2

理想变压器的电压规律I1U2U1n1n2I2R~原线圈副线圈铁芯U1U2

n1n2∽用电器额定工作电压用电器额定工作电压随身听3V机床上的照明灯36V扫描仪12V防身器3000V手机充电器4.2V4.4V5.3V黑白电视机显像管几万伏录音机6V9V12V彩色电视机显像管十几万伏

但我们国家民用统一供电均为220V，那么如何使这些额定电压不是220V的电器设备正常工作的呢？

生活中需要各种电压的交流或直流电

理想变压器原副线圈的端电压之比等于这两个线圈的匝数之比1、n2

>n1

U2>U1——升压变压器3、n2<n1

U2<U1——降压变压器2、n2

=n1

U2=U1——等压变压器一变压器的空载运行1、空载运行的理想现象：空载运行：是指变压器原绕组接到额定电压、额定频率的电源上，副绕组开路时的运行状态。

变压器一次绕组接电源，二次绕组开路，负载电流I2为零，这种情况即为变压器的空载运行。N1和N2为一、二次绕组的匝数分别绕在两个铁心柱上。一次绕组二次绕组2、变压器的负载运行

一次侧接交流电源，二次侧接负载，二次侧中便有负载电流流过，这种情况称为负载运行。1.变压器----静止的电磁装置

变压器可将一种电压的交流电能变换为同频率的另一种电压的交流电能电压器的主要部件是一个铁心和套在铁心上的两个绕组。变压器原理图与电源相连的线圈，接收交流电能，称为一次绕组用U1，I1，E1，N1表示，与负载相连的线圈，送出交流电能，称为二次绕组

用U2，I2，E2

，N2表示。同时交链一次，二次绕组的磁通量的相量为

Fm,该磁通量称为主磁通请注意图3-1

各物理量的参考方向确定。2.理想变压器不计一次、二次绕组的电阻和铁耗，其间耦合系数K=1的变压器称之为理想变压器描述理想变压器的电动势平衡方程式为

若一次、二次绕组的电压、电动势的瞬时值均按正弦规律变化，则有不计铁心损失，根据能量守恒原理可得由此得出一次、二次绕组电压和电流有效值的关系令K=N1/N2，称为匝比（亦称电压比），则

大连理工大学电气工程系3.阻抗变换|ZL|N1N2I1+U1－I2＋

U2－忽略Z1、Z2、

I0，则=

U1U2I2I1==kN1N2|Ze|

=U1I1=

kU2I2/kU2I2=k2|Ze|

=

k2|

ZL|变压器的阻抗变换I1k2|ZL|+U1－2.1变压器的工作原理

等效课题四单相变压器的空载试验与短路试验什么是空载运行？变压器一次绕组加上交流电压，二次绕组开路的运行情况一.空载时的物理情况1.空载磁场空载电流i0

产生一个交变磁通势i0N1，并建立交变磁场主磁通Øm通过铁心闭合的磁通量（占绝大部分）漏磁通Ø1ó通过油和空气闭合的磁通量（占少量）单相变压器空载运行时的各物理量（图1）

单相变压器空载运行时的各物理量（图2）2.主磁通感应电动势主磁通在一次绕组和二次绕组产生感应电动势：e1(t)=-N1dFm/dte2(t)=-N2dFm/dt3.感生漏电动势交链一次绕组的漏磁通在一次绕组中感生漏电动势e1s(t)=-N1dF1s/dt列出一次、二次绕组的电动势平衡方程式u1=i0r1+(-e1s)+(-e1)=i0r1+N1dF1s/dt+N1dFm/dtu20=e2=-N2dFm/dt课题一单相变压器绕组的极性课题二三相变压器绕组的连接及连接组别课题四电力变压器的铭牌参数第二单元变压器的极性测定与连接课题一单相变压器绕组的极性一、极性的意义1、直流电源的极性：“+”号为正极性，表示高电位端；“-”号为负极性，表示低电位端直流电源两端的极性是恒定不变的2、交流电源的极性正弦交流电源两端不存在恒定极性，但在任一瞬间仍存在瞬时极性正弦交流电源两端只存在瞬时极性

变压器绕组的极性：是指变压器一次侧、二次侧绕组在同一磁通作用下所产生的感应电动势之间的相位关系，通常用同名端来标记同名端：电动势都处于相同极性的线圈端称为同名端异名端：不是同极性的两端称为异名端3、单相变压器的极性同名端的标记可用“*”或“·”来表示U1、u1为同名端U1、u2为同名端4、绕组的连接形式(1)绕组串联▲正向串联：也称为首位相连，即把两个线圈的异名端相连，总电动势为两个电动势相加，电动势会越串越大▲反向串联：也称为尾尾相连(或首首相连)，总电动势为两个电动势之差(2)绕组并联▲同极性并联：两个绕组回路内部的总电动势为零，不会产生内部环流，这是最理想状态；或者两个绕组回路内部的总电动势不为零，外部不接负载时，也会产生一定的环流，这对绕组的正常工作不利▲反极性并联：两个绕组回路内部的环流很大，甚至烧坏线圈，这种接法是不允许的二、变压器绕组的极性测定1、直观法如果从绕组的某端通入直流电，产生的磁通方向一致的这些端点就是同名端(右手螺旋法则判别)2、仪表测试法(1)电压表法如图测出电压U2和U3如果U3=U1+U2，则是异名端相连，即1U1和2U1是异名端如果U3=U1-U2，则是同名端相连，即1U1和2U1是同名端(2)直流电流法当合上开关S，如电流表量程调试，指针反应明显，说明1U1和2U1都处于高电位，则1U1与2U1是同名端课题二三相变压器绕组的连接和连接组别多磁路变压器三相变压器按磁路系统可分为三相组合式变压器和三相芯式变压器三相组合式变压器的磁路系统三相组合式变压器是由三台单相变压器按一定连接方式组合而成的，其特点是各相磁路各自独立而互不相关三相芯式变压器的磁路系统三相芯式变压器是三相共用一个铁心的变压器，其特点是各相磁路互相关联

三相绕组首尾判别的准则磁路对称，三相总磁通为零1、三相绕组首尾判别

图如书2-19三相磁通不对称时的路径（一次测一相接反）磁通相量图三相绕组首尾判别图2-27交流三相绕组的首尾判别(a)顺接时；(b)反接时(a)(b)3、三相变压器的电路三相绕组的连接有两种基本接法------星形Y和三角形△①星形接法---尾端连接在一起(图2-a)②三角形接法----各相首尾相接有两种接法：(图b、c)正相序(图b)反相序(图c)怎么联？怎么联？名称分别为？常用特点？反相正相√课题四电力变压器的铭牌参数一、电力变压器的铭牌铭牌上的主要技术数据有型号、额定容量、额定电压、额定电流、额定频率等1、型号和含义型号表示变压器的结构特点、额定容量和高压侧的电压等级等1、型号表示变压器的结构特点、额定容量（kVA）和高压侧的电压等级（kV）（1）旧型号SJL-560/10第一字母S：三相，D：单相第二字母J：油浸自冷，F：风冷，G：干式，S：水冷第三字母L：铝线，P：强迫油循环数字560：额定容量（kVA），10：高压侧电压（kV）（2）新型号S7-500/10三相电力变压器第7设计序号。SN=500kVA，U1N=10kV（高压侧）S9-80/10三相电力变压器第9设计序号。SN=80kVA，U1N=10kV（高压侧）例如2、额定电压(U1N/U2N)一次侧绕组的额定电压U1N是指变压器额定运行时，一次侧绕组所加的电压二次侧额定电压U2N为变压器空载情况下，当一次侧加上额定电压时，二次侧测量的空载电压值3、额定电流(I1N/I2N)额定电流是变压器绕组允许长期连续通过的工作电流，是指在某环境温度、某种冷却条件下允许的满载电流值4、额定容量SN额定容量是指变压器的视在功率，表示变压器在额定条件下的最大输出功率：单相时：SN=U2NI2N三相时：SN=U2NI2N5、额定频率fN我国规定额定频率为50Hz6、温升T温升是变压器在额定工作条件下，内部绕组允许的最高温度与环境的温度差，它取决于所用绝缘材料的等级二、变压器参数的简单计算1、变比、电压、电流和功率的简单计算例2-1已知三相变压器的容量SN=500kVA，接法为Y，d11连接组，一次侧、二次侧额定电压U1N=10000V、U2N=400V，三相负载的每相阻抗为Z=（0.8+j0.6）Ω。求（1）I1N、I2N，K值；解：I1N=U1NSN==×104500×10328.87AI2N=U2NSN==×400500×103721.71A变压器的变比:K=U1φ/U2φ10000/400=14.43=三、新型变压器简介1、环氧树脂干式变压器铁心和绕组用环氧树脂浇注或浸渍作包封的干式变压器称为环氧树脂干式变压器损耗小、体积小、质量轻、阻燃、防爆、无污染、过载能力强，被广泛应用于对消防和安全可靠性较高要求的场合2、S9系列油浸式变压器铁心材料采用单位损耗小的优质冷轧晶粒极向硅钢片绕组采用酚醛漆包绝缘并绕制成圆桶式油箱采用片式散热器，提高了散热系数3、非晶合金铁心变压器比硅钢片铁心变压器的空载损耗下降70%-80%比硅钢片铁心变压器空载电流下降80%左右在节能降耗方面具有绝对优势4、密封式变压器分为空气密封型、充氮密封型和全充油密封式第三单元变压器并联运行、维护和检修课题一三相变压器的并联运行课题二变压器的维护及检修课题一三相变压器的并联运行一、三相变压器并联运行的原因1、当负载随昼夜、季节而波动时，可根据需要将某些变压器断开(称为解列)或投入(称为并列)以提高运行效率，减少不必要的损耗2、当大功率用电器使用时，需要变压器增加电容量来满足用电器的用电要求，而当不使用大功率电器时，用电量较少，通过电容补偿无法提高功率因数，只能通过解列变压器的方法来提高运行效率3、当某台变压器出现故障或需要检修时，可以由备用变压器并列运行，以保证不停电，从而提高了供电质量二、变压器并联运行的条件1、各变压器的原边额定电压要相等，各副边额定电压也要相等，即变比要相等；2、各变压器副边线电势对原边线电势的相位差应相等，即连接组要相同；3、各变压器的阻抗电压标么值应相等，短路阻抗角应相等。

1、对变压器的并联运行状态有一定的要求，最理想的并联运行情况是：1、空载时各台变压器中只有原边的空载电流，由各变压器副边绕组通过母线组成的回路中，以及原边回路中没有环流。2、负载时各变压器所分担的负载量，应该按各自额定容量的大小成比例分配，防止其中某台过载或欠载。3、负载时各变压器所分担的电流，应该与总的负载电流同相位。这样当总的负载电流一定时，各变压器所分担的电流最小；如果各变压器所分但的电流一定时，则总的负载电流最大。2、要达到上述理想的并联状态，并联运行的变压器必须具备以下三个条件：变压器一次可以并联，二次并联要注意同名端（相位），功率要接近，输出电压要一样。接线参考下图；变压器并联接线图1、没有环流，I环=0◆一次侧、二次侧的电压分别相等，即变比K相等◆连接组别应相同2、运行时的负载分配要合理归纳并联运行条件BCabcⅠⅡⅢKⅠKⅡKⅢA变压器的并联运行

变压器的并联运行是指将两台或两台以上的变压器原、副边分别接在公共母线，共同向负载供电的运行方式，如图所示。

(a)

图三相变压器的并联运行接线图

(a)三相接线图；(b)单线图(b)

并联运行的优点：

（1）提高了供电的可靠性。并联运行时，如果某台变压器发生故障或需要检修时，可以将它从电网切除，而不中断向重要用户供电。（2）可以根据负载的大小调整投入并联运行变压器的台数，以提高运行效率。（3）可以减少备用容量，并可随着用电量的增加，分期分批地安装新的变压器，以减少初期投资。并联变压器的台数不宜太多，否则总的设备费用、材料消耗、占地面积都将增大，使变电站总的造价升高，通常为两台并联运行。

课题二变压器的维护及检修一、变压器运行中的日常维护应定期对变压器及附属设备进行全面检查，每天至少一次，检查过程中，要遵守“看、闻、嗅、摸、测”五字准则，仔细检查检查项目如下：1、检查变压器上层油温2、检查储油柜的油色、油位3、检查套管外部4、检查变压器的响声5、检查引线接头接触6、检查压力释放器或安全气道及防爆膜7、检查气体继电器8、检查变压器铁心接地线和外壳接地线9、检查变压器的外部表面10、检查调压分接头位置指示二、特殊巡视检查项目1、电力系统发生短路或变压器事故后的检查2、大风、雷雨、冰雹后的检查3、浓雾、小雨、下雪时的检查4、气温骤变时的检查5、过负荷运行时的检查6、新投入或经大修的变压器投入运行后的检查变压器常见故障的种类、现象、产生原因及处理方法三、变压器常见故障处理第四单元特殊用途的变压器课题一自耦变压器课题二仪用变压器课题三电焊变压器课题一自耦变压器自耦变压器三相自耦变压器自耦变压器的一次侧、二次侧共用一个绕组，一次侧、二次侧绕组不但有磁的联系，还有电的联系1、自耦变压器的优点▲可改变输出电压▲用料省、效率高2、自耦变压器的缺点◆如高压绕组绝缘损坏，高电压可直接进入低压侧，这是很不安全的◆如果在自耦变压器的输入端把相线和零线接反，虽然二次侧输出电压大小不变，仍可正常工作，但这时输出“零线”已经为“高电位”，是非常危险的自耦变压器一定义如图：(a)一般双绕组变压器，原副方只有磁联系；无直接电连接。(b)单相自耦变压器，有直接电连接，省去一个绕组。(c)自耦变压器：原，副绕组有共同部分的变压器称为自耦变压器。铁心AXax双绕组变压器铁心AXax单相自耦变压器自耦变压器U1

U2u2

u1

+-+-U1

I1

U2

II2

原付边共用一部分绕组的变压器。（一）特点：1、原付绕组既有磁的联系，又有电的联系。2、能量传递，既有磁场传递的，又有直接传递的。如图：(a)一般双绕组变压器，原副方只有磁联系(b)单相自耦变压器，省去一个绕组。

(c)自耦变压器：原，副绕组有共同部分的变压器称为自耦变压器。

自耦变压器特点1、自耦变压器的绕组容量小于额定容量,与同容量的双绕组变压器相比，体积小、用铜材料少。K越接近“1”，优点越显著。2、短路阻抗标幺值比构成它的双绕组变压器小，短路电流大；有较小的电压变化率4、低压侧和高压侧绕组在电气方面连在一起，若原边引起过电压也会影响到低压边。5、适用于一、二次侧电压相差不大的场合，一般K=1.5—2.0本节是针对降压变压器分析的，其分析方法适用升压变压器。3、效率较高1、副绕组是原绕组的一部分(如图1的自耦降压变压器）2、原绕组是副绕组的一部分(如图2的自耦升压变压器)自耦变压器降、升压对比（非教材）自耦变压器最大特点是：降压:I2=I1+I,I=I2-I1升压:I2=I1-I,I=I1-I2I1是原绕组电流,I2是副绕组电流课题二仪用变压器仪用变压器是在测量高电压、大电流时使用的一种特殊的变压器，也称为仪用互感器。仪用变压器有电流互感器和电压互感器两种形式电流互感器电压互感器（1）可使仪表和继电器标准化。如电流互感器副绕组的额定电流都是5A；电压互感器副绕组的电压通常都规定为100V。（2）可使测量仪表、继电器等二次设备与一次主电路隔离。降低仪表及继电器的绝缘水平，简化仪表构造，同时保证工作人员的安全。（3）可以避免短路电流直接流过测量仪表及继电器的线圈。仪用互感器互感器是电流互感器和电压互感器的合称，互感器的主要功能是:电压互感器和电流互感器①扩大常规仪表的量程；②使测量回路与被测系统隔离，以保障工作人员和测试设备安全；③由互感器直接带动继电器线圈，为各类继电保护提供控制信号，也可以经过整流变换成直流电压，为控制系统或微机控制系统提供控制信号。一、电流互感器◆把大电流变成小电流的互感器就是电流互感器◆电流互感器一次侧绕组匝数很少，只有一匝到几匝，导线都很粗，串联在被测的电路中◆电流互感器的二次侧绕组匝数较多，近似于短路状态◆选用电流互感器可根据测量准确度、电压、电流要求选择二、电流互感器作用：把被测的大电流通入电流互感器的原边，变换成副边的小电流，送到电流表或控制回路。结构特点：原边绕组匝数少、截面大，串入被测回路；副边匝数多、截面小，串接仪表。Ai1i2原理分析：正常运行时相当于变压器副边短路。被测的大电流计算：I1=kiI2I2--副边额定电流规定为5A或1Aki：电流互感器的电流比。注意事项：1电流互感器副方不允许开路。开路后，原方电流全为励磁作用，铁心过饱和，电压较高，铁心严重发热。

2电流互感器副绕组一端和铁心须可靠接地.二、电压互感器▲把高电压变成低电压的互感器就是电压互感器▲电压互感器的原理和普通降压变压器是完全一样的，不同的是它的变压比更准确▲电压互感器的选用与电流互感器的选用类同，一般电压互感器二次侧额定电压都规定为100V，一次侧额定电压为电力系统规定的电压等级电压互感器一、电压互感器VU1U2结构特点：原边绕组匝数多、截面小，并联接入被测回路；副边匝数少、截面大，串接线圈阻抗大的电压仪表。作用：把被测的大电压通入电压互感器的原边，变换成副边的小电压，送到电压表或控制回路。注意事项：

1电压互感器副边绝不允许短路。因短路电流将使绕组发热，破坏绝缘，危及人身和设备的安全。

2电压互感器铁心和副绕组的一端必须可靠接地。保障人身安全。原理分析：正常运行时相当于变压器副边开路。被测的大电压计算：U1=kvU2U2--副边额定电YA2规定为100Vkv：电压互感器的电压比。课题三电焊变压器

（1）带可调电抗器的电焊变压器

带可调电抗器的电焊变压器有外加电抗器式和共轭式两种结构形式。一、常用电焊变压器的类型和基本结构电焊变压器

图带电抗器的电焊变压器电焊变压器

1）外加电抗器式

外加电抗器式电焊变压器是在一台降压变压器的二次侧输出端再串接一台可调电抗器组合而成，如图5-1所示。为了调节二次侧空载电压U02，在一次侧绕组中备有分接头。电焊变压器输出电流的调节主要通过改变电抗器的气隙大小来实现，如气隙减小时，电抗增大，电焊机输出外特性下降陡度就增大，电流就减小，如图5-2所示。电焊变压器

图

5-2焊接变压器电流的调节1-空载曲线；2-电抗小时的外特性；3-电抗大时的外特性。电焊机输出外特性电焊变压器

2）共轭式

共轭式电焊变压器是将变压器铁心和电抗器铁心制成一体成为共轭式结构（即有部分磁轭是公用的），如图5-3所示。它除了变压3和动铁心4。变压器二次侧输出线圈是与电抗器线圈串联的，设EX是电抗器上的电动势，E2是变压器二次侧电动势，当两者是顺极性串联时，输出电压为两者之和，即U02=E2+EX。当两者是反极性串联时，输出电压为两者之差，即U02=E2-EX。因此得到两种不同空载电压的外特性，如图5-4所示。电焊变压器

图5-3共轭式电焊变压器的接线图(a)顺极性；(b)反极性电焊变压器

图5-4共轭式电焊变压器的外特性

1）顺接时；2）反接时

电焊变压器

（2）磁分路动铁式电焊变压器

磁分路动铁式电焊变压器是在铁心的两柱中间又装了一个活动的铁心柱，称为动铁心，如图5-5（a）所示。一次侧绕组绕在左边的铁心柱上，而二次侧绕组分两部分，一部分在左边与一次侧同在一个铁心柱上；另一部分在右边一个铁心柱上。当改变二次绕组的接法就达到改变匝数和改变漏抗的目的，从而达到改变起始空载电压和改变电压下降陡度的作用，以上是粗调作用，如图5-5（b）所示。粗调有I和Ⅱ两挡。电焊变压器

如果要微调电流，则要微调中间动铁心的位置。如果把动铁心从贴心的中间逐步往外移动，那么从动铁心中漏过的磁通会慢慢地减少。因为动铁心往外移动，气隙加大，磁阻也加大，漏磁通就减少，漏抗随之减少，电流下降速度就慢，如图5-5（c）所示。当连接片接在I位置时（即粗调电流），次级绕组匝数较多，所以空载电压较高，为曲线1、2。这是把动铁心移到最里面，则漏磁通最多，漏抗多大，曲线下降最陡，即为曲线1；反之，把动铁心慢慢移出来，曲线就慢慢向曲线2靠近。从图5-5（c）中看出，如果工作电压为30V，工作电流就会从60A左右慢慢向170A变化。这就是微调电流的原理。电焊变压器

当粗调节器放在Ⅱ位置，由于二次匝数少了，空载电压从70V降到60V，曲线3、4的陡度也小了。同前面分析的一样，当动铁心从最里面移动到最外面时，工作电流将从130A左右慢慢向450A变化。电焊变压器

图5-5动铁式交流弧焊机(a)结构图；(b)电路图；(c)外特性曲线1-粗调Ⅰ、动铁最里面；2-粗调Ⅰ、动铁最外；3-粗调Ⅱ、动铁最里面；4-粗调Ⅱ、动铁最外电焊变压器

（3）动圈式电焊变压器

前面两种变压器的一次侧、二次侧绕阻是固定不动的，只是改变动铁心位置，即改变气隙大小来改变漏磁通的大小，从而改变了漏抗大小，达到改变曲线的下降陡度、调节电流的目的。电焊变压器

动圈式电焊变压器的铁心是壳式结构，铁心气隙是固定不可调的，一次侧绕组固定在铁心下部，二次绕组置于它的上面，并且可借助手轮转动螺杆，使二次侧绕组上下移动，从而改变一次侧、二次侧的距离来调节漏磁的大小。显然，原、副绕组越近则耦合越紧，漏抗就小，输出电压也高，下降陡度也小，输出电流就大；反之则电流就小。以上介绍的是微调。还可以通过将一次侧和二次侧的部分绕组接成串联或并联（它们均有两部分线圈构成）来扩大调节范围，这是电焊变压器的粗调。

电焊变压器

二、电焊变压器的特点 （1）二次侧空载电压应为60~75V,以保证容易起弧。同时为了安全，空载电压最高不超过85V。 （2）具有陡降的外特性，即当负载电流增大时，二次侧输出电压应急剧下降，如图3—5所示。通常额定运行时的输出电压U2N为30V左右（即电弧上电压）。 （3）短路电流IK不能太大，以免损坏电焊机，同时也要求变压器有足够的电动稳定性和热稳定性。焊条开始接触工作短路时，产生一个短路电流，引起电弧，然后焊条再拉起产生一个适当长度的电弧间隙。所以，变压器要能经常承受这种短路电流的冲击。电焊变压器

（4）为了适应不同的加工材料、工作大小和焊条，焊接电流应能在一定范围内调节。为了满足以上要求，根据前面分析，影响变压器外特性的主要因素是一次侧、二次侧绕组的漏阻抗ZS1和ZS2以及负载功率因数cosφ2。由于焊接加工是属于电加热性质，故负载功率因数基本上都一样，cosφ2≈1，所以不必考虑。而改变漏抗可以达到调节输出电流的目的。 第四单元特殊用途的变压器

课题一自耦变压器课题二仪用变压器课题三电焊变压器三

相

自

耦

变

压

器三

相

自

耦

变

压

器1.电流互感器电流互感器简称CT（文字符号为TA，单二次绕组电流互感器图形符号为），是变换电流的设备。（1）工作原理和接线方式电流互感器的基本结构原理如图4-14所示，它由一次绕组、铁芯、二次绕组组成。其结构特点是：一次绕组匝数少且粗，有的型号还没有一次绕组，利用穿过其铁芯的一次电路作为一次绕组（相当于1匝）；而二次绕组匝数很多，导体较细。电流互感器的一次绕组串接在一次电路中，二次绕组与仪表、继电器电流线圈串联，形成闭合回路，由于这些电流线圈阻抗很小，工作时电流互感器二次回路接近短路状态。电流互感器的变流比Ki用表示，则

式中，I1N、I2N分别为电流互感器一次侧和二次侧的额定电流值，N1、N2为其一次和二次绕组匝数。变流比一般表示成如100/5A形式。（2）电流互感器种类和型号按一次电压分，有高压和低压两大类；

按一次绕组匝数分有单匝（包括母线式、芯柱式、套管式）和多匝式（包括线圈式、绕环式、串级式）；

按用途分有测量用和保护用两大类；

按绝缘介质类型分有油浸式、环氧树脂浇注式、干式、SF6气体绝缘等。电流互感器型号的表示和含义如下：图4-15LQZ-10型电流互感器的外形图图4-16LMZJ1-0.5型电流互感器的外形图（3）电流互感器使用注意事项①电流互感器在工作时二次侧不得开路。

②电流互感器二次侧有一端必须接地

③电流互感器在接线时，必须注意其端子的极性2.电压互感器电压互感器简称PT，是变换电压的设备。文字符号为TV，单相式电压互感器图形符号为（1）工作原理和接线方式电压互感器的基本结构原理如图4-17所示，它由一次绕组、二次绕组、铁芯组成。一次绕组并联在线路上，一次绕组匝数较多，二次绕组的匝数较少，相当于降低变压器。二次绕组的额定电压一般为100V。二次回路中，仪表、继电器的电压线圈与二次绕组并联，这些线圈的阻抗很大，工作时二次绕组近似于开路状态。图4-17电压互感器的结构原理电压互感器的变压比用Ku表示

式中，U1N、U2N分别为电压互感器一次绕组和二次绕组额定电压，N1、N2为一次绕组和二次绕组的匝数。变压比Ku通常表示成如10/0.1kV的形式。电压互感器有单相和三相两大类，在成套装置内，采用单相电压互感器较为常见。

（3）电压互感器使用注意事项

①电压互感器在工作时，其一、二次侧不得短路

②电压互感器二次侧有一端必须接地

③电压互感器在接线时，必须注意其端子的极性图4-19JDZ-3、6、10型电压互感器外型结构

图4-20JSW-10型电压互感器外型结构第三节电焊变压器

电弧焊工艺对电焊变压器的要求

为保证电弧焊的质量和电弧燃烧的稳定性，对电焊变压器有以下几点要求：（1）空载时，空载电压U20

60~75V

左右，以保证起弧容易。但为了操 作者安全，U20最高不超过85V。（2）负载（焊接）时，电焊变压器应 具有迅速下降的外特性，如图所 示，在额定负载时的输出电压U2

（焊钳与工件间）约为30V左右。（3）短路时，短路电流不应过大。（4）为了适应不同焊接件和不同规格 的焊条，要求焊接电流大小在一定 范围内要均匀可调。

(一)感应电动势与主磁通

1.变压器感应电势1)主磁通若u1

随时间按正弦规律变化，则Øm也按正弦规律变化，设则对e1有：e1(t)=-N1dFm/dt=-wN1Fm

coswt=wN1Fm

sin(wt-90°)=E1msin(wt-90°)而对e2有：e2(t)=-N2dFm/dt=-wN