《电机技术》1.1.4 不同类型的变压器任务手册

不同类型的变压器【任务要求】知识点技能点（1）三绕组变压器的结构和基本原理；（2）自耦变压器的结构和基本原理；（3）电压互感器基本原理和使用注意事项；（4）电流互感器基本原理和使用注意事项；（5）钳形电流表的使用（1）会分析三绕组变压器的结构和基本原理；（2）会分析自耦变压器的结构和基本原理；（3）会正确使用电压互感器；（4）会正确使用电流互感器；（5）会正确使用钳形电流表。重点难点三绕组变压器、电压互感器、电流互感器三绕组变压器【任务清单】任务1：三绕组变压器的结构和基本原理在变电所或发电厂中，常有三种电压等级的发、输电系统需要联系的场合，所以三绕组变压器在电力系统中应用比较广泛。三绕组变压器的每相有3个绕组，当1个绕组接到交流电源后，另外2个绕组就感应出不同的电势。发电厂和变电所当然也可以采用两台双绕组变压器，但在一定的情况下，采用三绕组变压器较经济，且维护方便，因而这种变压器得到广泛应用。用途举例：1）变电站中利用三绕组变压器由两个系统向一个负载供电，如(a)所示。2）发电厂利用三绕组变压器把发出的电压用两种电压输送到不同的电网。如(b)所示。结构：在同一铁心柱上绕上一个原绕组、两个副绕组或两个原绕组一个副绕组。具有U1/U2/U3三种电压的变压器叫三绕组变压器。结构示意图等效电路图变比：、、、、、—1、2、3绕组的匝数和额定相电压。磁动势方程式：三绕组变压器负载运行时，磁势平衡方程式为将、分别折算到绕组一次侧时，忽略激磁电流后，可得等值电路：容量：三绕组变压器容量高压绕组中压绕组低压绕组1001001001005010010010050注意：三绕组的容量仅代表每个绕组通过功率的能力，并不是说三绕组变压器在具体运行时，同时按此比例传递功率。任务2：自耦变压器的结构和基本原理自耦变压器可以由一台双绕组变压器演变过来，如果保持一个变压器两绕组的额定电压和额定电流不变，把原绕组和副绕组顺极性串联起来作为新的原边。而副绕组还同时作为副边，它的两个端点接到负载阻抗ZL，便演变成了一台降压自耦变压器。特点：普通变压器：原、副绕组之间只有磁的联系而没有电路上的联系。自耦变压器：原、副绕组之间不仅有磁的联系而且还有电路上的直接联系。它传递功率的方式，不仅可象普通变压器那样通过电磁感应关系，还可以从一次侧直接传导到二次侧。（1）每相只有一个绕组，其中一部分是一、二次共用。（2）自耦变压器可以降压，也可以升压。（3）调压变压器是一种自耦变压器。电压关系：电流关系：自耦变压器一、二次电压、电流关系与双绕组变压器一致，与匝数成反比，在相位上互差1800。流经公共绕组中的电流I的大小为：因此，当变比k接近于1时，公共绕组中的电流I很小，这部分绕组可用截面积较小的导线绕制，以节约用铜量，并减小自耦变压器的体积与重量。视在功率：由电源通过变压器传到负载的输出容量可分为两部分：一部分是电磁容量，它是通过Aa段绕组和ax段绕组之间电磁感应传过去的。另一部分为传导容量，可以看做电流通过传导直接达到负载，这一部分容量不需要增加绕组容量，也是双绕组变压器所没有的。自耦变压器之所以有一系列优点，就在于它的副边可以直接向电源吸收传导功率。容量：自耦变压器铭牌上标的容量和绕组的实际容量是不一致的。铭牌上标的是额定容量（又叫通过容量），它指的是自耦变压器总的输入或输出容量。绕组的容量称为设计容量或电磁容量，它指的是绕组上所加的额定电压和通过该段绕组的额定电流的乘积。在变压器的额定容量相同时，自耦变压器的绕组的容量（电磁容量）比双绕组变压器的小。因此，前者比后者所用材料省、尺寸小、效率高。优点：1、在变压器额定容量相同时，自耦变压器的绕组容量(电磁容量)比双绕组变压器的小。2、自耦变压器的绕组容量比双绕组变压器小，所用的材料也少，从而可以降低成本。3、自耦变压器的损耗比普通变压器要小，效率较高，因而较为经济。4、由于铜线和硅钢片用量减少，自耦变压器的重量及外形尺寸都较双绕组变压器小，可以减小变电所的厂房面积和减少运输和安装的困难。缺点：1、自耦变压器高、低压侧有电的直接联系，高压侧发生故障会直接殃及低压侧，为此，自耦变压器的运行方式、继电保护及过电压保护装置等，都比双绕组变压器复杂；2、短路电流大。这是因为自耦变压器短路阻抗的标幺值比同容量双绕组变压器的短路阻抗小造成，需要采用相应的限制和保护措施；3、运行方式、继电保护都比普通变压器复杂。任务3：电压互感器仪用变压器是一种测量用的设备，分电流互感器和电压互感器两种，它们的作用原理和变压器相同。仪用互感器的作用如下：一是为了工作人员的安全，使测量回路和高压电网隔离；二是将大电流变为小电流，高电压降为低电压，一般而言电流互感器副边额定电流为5A或1A，电压互感器副边额定电压为100V。除了用于测量电流和电压外，仪用互感器还用于继电保护、同期等回路。电压互感器原理：电压互感器实际上是一台降压变压器，原边匝数很多，副边匝数少，将一次侧的大电压变为二次侧的小电压，然后提供给各种测量仪表和继电保护装置，主要是用于测量高压线路上的电压、功率和电能。原边直接并联在被测的高压电路上，副边接电压表或功率表的电压线圈。原边匝数多，副边匝数少，由于电压表或功率表的电压线圈内阻抗很大，因此，电压互感器实际上相当于一台副边处于空载状态的变压器。如果忽略漏阻抗压降，则有利用原、副边不同的匝数比可将线路上的高电压变为低电压来测量。电压互感器使用时，为安全起见，副绕组连同铁芯一起，必须可靠接地，另外，副边不允许短路，否则会产生很大的短路电流使绕组过热而烧坏。使用注意事项：1、电压互感器在投入运行前要按照规程规定的项目进行试验检查。2、电压互感器的接线应保证其正确性，一次绕组和被测电路并联，二次绕组和所接的测量仪表、继电保护装置等设备的电压线圈并联，同时要注意极性。3、接在电压互感器二次侧的负荷容量应合适，不应超过其额定容量，否则，会使互感器的误差增大，难以达到测量的正确性。4、为了确保人在接触测量仪表和继电器时的安全，电压互感器二次绕组必须有一点接地。5、电压互感器副边绝对不容许短路。任务4：电流互感器当线路中电流较大时，直接测量大电流很不方便，并且很危险，而且一般的仪表量程不够，利用电流互感器可以扩大仪表量程，保护人身安全。电流互感器的作用是把大电流按一定比例缩小，然后提供给各种测量仪表和继电保护装置，所以电流互感器主要是用于测量低压大电流线路上的电流或功率。电流互感器的原绕组匝数为，匝数少，只有1匝或几匝，导线粗，串联于待测电流的线路中；副绕组匝数，匝数较多，导线细，与阻抗很小的仪表（如电流表，功率表的电流线圈等）接成回路，因此，它实际上相当于一台副边处于短路状态的变压器。如果忽略激磁电流，由变压器的磁动势平衡方程式可得利用原、副绕组不同的匝数关系，可将线路上的大电流变为小电流来测量。使用注意事项：1、根据被测电流的大小选择电流互感器的额定电流比，也就是要使电流互感器的初级额定电流大于被测电流。2、与电流互感器配套使用的交流电流表的量程一定要匹配。3、测量仪表所消耗的功率不要超过电流互感器的额定容量。4、电流互感器的初级串联接入被测电路，而它的次级则与待测仪表串联连接。5、电流互感器次级线圈和铁芯都要可靠接地。6、电流互感器次级线圈绝对不容许开路。任务5：钳形电流表的特点钳形电流表的本质上是一台电流互感器，当握紧钳形电流表扳手时，电流互感器的铁芯可以张开，被测电流的导线进入钳口内部作为电流互感器的一次绕组。当放松扳手铁心闭合后，根据互感器的原理而在其二次绕组上产生感应电流，电流表指针偏转，从而指示出被测电流的数值。用普通电流表测量电路的电流时，需要切断电路，接入电流表，而钳表可在不切断电路的情况下进行电流测量，即可不停电测量电流，这是钳形电流表的最大特点。钳形电流表一般可分为磁电式和电磁式两类。用来测量工频交流电的是磁电式，而电磁式为交、直流两用式。除此之外还有一种数字式钳形电流表，它具有读数直观、准确度高、使用方便等优点，同时它还具有一般数字万用表的交直流电压、电阻、二极管的测量功能。使用注意事项：1、测量前一定检查表的绝缘性能是否良好。即外壳无破损，手柄应清洁干燥；2、严禁在测量进行过程中切换钳形电流表的档位；若需要换档时，应先将被测导线从钳口退出再更换档位；3、测量时，应注意身体各部分与带电体保持安全距离，并且应带绝缘手套或干净的线手套；4、钳形电流表不能测量裸导体的电流，要严格按电压等级选用钳形电流表，低电压等级的钳形电流表只能测低压系统中的电流，不能测量高压系统中的电流。【任务拓展】请认真思考并回答下列问题1、用变压比为10000／100V的电压互感器，变流