《電機(jī)技術(shù)》1.1.4 不同類型的變壓器任務(wù)手冊

不同類型的變壓器【任務(wù)要求】知識點技能點（1）三繞組變壓器的結(jié)構(gòu)和基本原理；（2）自耦變壓器的結(jié)構(gòu)和基本原理；（3）電壓互感器基本原理和使用注意事項；（4）電流互感器基本原理和使用注意事項；（5）鉗形電流表的使用（1）會分析三繞組變壓器的結(jié)構(gòu)和基本原理；（2）會分析自耦變壓器的結(jié)構(gòu)和基本原理；（3）會正確使用電壓互感器；（4）會正確使用電流互感器；（5）會正確使用鉗形電流表。重點難點三繞組變壓器、電壓互感器、電流互感器三繞組變壓器【任務(wù)清單】任務(wù)1：三繞組變壓器的結(jié)構(gòu)和基本原理在變電所或發(fā)電廠中，常有三種電壓等級的發(fā)、輸電系統(tǒng)需要聯(lián)系的場合，所以三繞組變壓器在電力系統(tǒng)中應(yīng)用比較廣泛。三繞組變壓器的每相有3個繞組，當(dāng)1個繞組接到交流電源后，另外2個繞組就感應(yīng)出不同的電勢。發(fā)電廠和變電所當(dāng)然也可以采用兩臺雙繞組變壓器，但在一定的情況下，采用三繞組變壓器較經(jīng)濟(jì)，且維護(hù)方便，因而這種變壓器得到廣泛應(yīng)用。用途舉例：1）變電站中利用三繞組變壓器由兩個系統(tǒng)向一個負(fù)載供電，如(a)所示。2）發(fā)電廠利用三繞組變壓器把發(fā)出的電壓用兩種電壓輸送到不同的電網(wǎng)。如(b)所示。結(jié)構(gòu)：在同一鐵心柱上繞上一個原繞組、兩個副繞組或兩個原繞組一個副繞組。具有U1/U2/U3三種電壓的變壓器叫三繞組變壓器。結(jié)構(gòu)示意圖等效電路圖變比：、、、、、—1、2、3繞組的匝數(shù)和額定相電壓。磁動勢方程式：三繞組變壓器負(fù)載運(yùn)行時，磁勢平衡方程式為將、分別折算到繞組一次側(cè)時，忽略激磁電流后，可得等值電路：容量：三繞組變壓器容量高壓繞組中壓繞組低壓繞組1001001001005010010010050注意：三繞組的容量僅代表每個繞組通過功率的能力，并不是說三繞組變壓器在具體運(yùn)行時，同時按此比例傳遞功率。任務(wù)2：自耦變壓器的結(jié)構(gòu)和基本原理自耦變壓器可以由一臺雙繞組變壓器演變過來，如果保持一個變壓器兩繞組的額定電壓和額定電流不變，把原繞組和副繞組順極性串聯(lián)起來作為新的原邊。而副繞組還同時作為副邊，它的兩個端點接到負(fù)載阻抗ZL，便演變成了一臺降壓自耦變壓器。特點：普通變壓器：原、副繞組之間只有磁的聯(lián)系而沒有電路上的聯(lián)系。自耦變壓器：原、副繞組之間不僅有磁的聯(lián)系而且還有電路上的直接聯(lián)系。它傳遞功率的方式，不僅可象普通變壓器那樣通過電磁感應(yīng)關(guān)系，還可以從一次側(cè)直接傳導(dǎo)到二次側(cè)。（1）每相只有一個繞組，其中一部分是一、二次共用。（2）自耦變壓器可以降壓，也可以升壓。（3）調(diào)壓變壓器是一種自耦變壓器。電壓關(guān)系：電流關(guān)系：自耦變壓器一、二次電壓、電流關(guān)系與雙繞組變壓器一致，與匝數(shù)成反比，在相位上互差1800。流經(jīng)公共繞組中的電流I的大小為：因此，當(dāng)變比k接近于1時，公共繞組中的電流I很小，這部分繞組可用截面積較小的導(dǎo)線繞制，以節(jié)約用銅量，并減小自耦變壓器的體積與重量。視在功率：由電源通過變壓器傳到負(fù)載的輸出容量可分為兩部分：一部分是電磁容量，它是通過Aa段繞組和ax段繞組之間電磁感應(yīng)傳過去的。另一部分為傳導(dǎo)容量，可以看做電流通過傳導(dǎo)直接達(dá)到負(fù)載，這一部分容量不需要增加繞組容量，也是雙繞組變壓器所沒有的。自耦變壓器之所以有一系列優(yōu)點，就在于它的副邊可以直接向電源吸收傳導(dǎo)功率。容量：自耦變壓器銘牌上標(biāo)的容量和繞組的實際容量是不一致的。銘牌上標(biāo)的是額定容量（又叫通過容量），它指的是自耦變壓器總的輸入或輸出容量。繞組的容量稱為設(shè)計容量或電磁容量，它指的是繞組上所加的額定電壓和通過該段繞組的額定電流的乘積。在變壓器的額定容量相同時，自耦變壓器的繞組的容量（電磁容量）比雙繞組變壓器的小。因此，前者比后者所用材料省、尺寸小、效率高。優(yōu)點：1、在變壓器額定容量相同時，自耦變壓器的繞組容量(電磁容量)比雙繞組變壓器的小。2、自耦變壓器的繞組容量比雙繞組變壓器小，所用的材料也少，從而可以降低成本。3、自耦變壓器的損耗比普通變壓器要小，效率較高，因而較為經(jīng)濟(jì)。4、由于銅線和硅鋼片用量減少，自耦變壓器的重量及外形尺寸都較雙繞組變壓器小，可以減小變電所的廠房面積和減少運(yùn)輸和安裝的困難。缺點：1、自耦變壓器高、低壓側(cè)有電的直接聯(lián)系，高壓側(cè)發(fā)生故障會直接殃及低壓側(cè)，為此，自耦變壓器的運(yùn)行方式、繼電保護(hù)及過電壓保護(hù)裝置等，都比雙繞組變壓器復(fù)雜；2、短路電流大。這是因為自耦變壓器短路阻抗的標(biāo)幺值比同容量雙繞組變壓器的短路阻抗小造成，需要采用相應(yīng)的限制和保護(hù)措施；3、運(yùn)行方式、繼電保護(hù)都比普通變壓器復(fù)雜。任務(wù)3：電壓互感器儀用變壓器是一種測量用的設(shè)備，分電流互感器和電壓互感器兩種，它們的作用原理和變壓器相同。儀用互感器的作用如下：一是為了工作人員的安全，使測量回路和高壓電網(wǎng)隔離；二是將大電流變?yōu)樾‰娏?，高電壓降為低電壓，一般而言電流互感器副邊額定電流為5A或1A，電壓互感器副邊額定電壓為100V。除了用于測量電流和電壓外，儀用互感器還用于繼電保護(hù)、同期等回路。電壓互感器原理：電壓互感器實際上是一臺降壓變壓器，原邊匝數(shù)很多，副邊匝數(shù)少，將一次側(cè)的大電壓變?yōu)槎蝹?cè)的小電壓，然后提供給各種測量儀表和繼電保護(hù)裝置，主要是用于測量高壓線路上的電壓、功率和電能。原邊直接并聯(lián)在被測的高壓電路上，副邊接電壓表或功率表的電壓線圈。原邊匝數(shù)多，副邊匝數(shù)少，由于電壓表或功率表的電壓線圈內(nèi)阻抗很大，因此，電壓互感器實際上相當(dāng)于一臺副邊處于空載狀態(tài)的變壓器。如果忽略漏阻抗壓降，則有利用原、副邊不同的匝數(shù)比可將線路上的高電壓變?yōu)榈碗妷簛頊y量。電壓互感器使用時，為安全起見，副繞組連同鐵芯一起，必須可靠接地，另外，副邊不允許短路，否則會產(chǎn)生很大的短路電流使繞組過熱而燒壞。使用注意事項：1、電壓互感器在投入運(yùn)行前要按照規(guī)程規(guī)定的項目進(jìn)行試驗檢查。2、電壓互感器的接線應(yīng)保證其正確性，一次繞組和被測電路并聯(lián)，二次繞組和所接的測量儀表、繼電保護(hù)裝置等設(shè)備的電壓線圈并聯(lián)，同時要注意極性。3、接在電壓互感器二次側(cè)的負(fù)荷容量應(yīng)合適，不應(yīng)超過其額定容量，否則，會使互感器的誤差增大，難以達(dá)到測量的正確性。4、為了確保人在接觸測量儀表和繼電器時的安全，電壓互感器二次繞組必須有一點接地。5、電壓互感器副邊絕對不容許短路。任務(wù)4：電流互感器當(dāng)線路中電流較大時，直接測量大電流很不方便，并且很危險，而且一般的儀表量程不夠，利用電流互感器可以擴(kuò)大儀表量程，保護(hù)人身安全。電流互感器的作用是把大電流按一定比例縮小，然后提供給各種測量儀表和繼電保護(hù)裝置，所以電流互感器主要是用于測量低壓大電流線路上的電流或功率。電流互感器的原繞組匝數(shù)為，匝數(shù)少，只有1匝或幾匝，導(dǎo)線粗，串聯(lián)于待測電流的線路中；副繞組匝數(shù)，匝數(shù)較多，導(dǎo)線細(xì)，與阻抗很小的儀表（如電流表，功率表的電流線圈等）接成回路，因此，它實際上相當(dāng)于一臺副邊處于短路狀態(tài)的變壓器。如果忽略激磁電流，由變壓器的磁動勢平衡方程式可得利用原、副繞組不同的匝數(shù)關(guān)系，可將線路上的大電流變?yōu)樾‰娏鱽頊y量。使用注意事項：1、根據(jù)被測電流的大小選擇電流互感器的額定電流比，也就是要使電流互感器的初級額定電流大于被測電流。2、與電流互感器配套使用的交流電流表的量程一定要匹配。3、測量儀表所消耗的功率不要超過電流互感器的額定容量。4、電流互感器的初級串聯(lián)接入被測電路，而它的次級則與待測儀表串聯(lián)連接。5、電流互感器次級線圈和鐵芯都要可靠接地。6、電流互感器次級線圈絕對不容許開路。任務(wù)5：鉗形電流表的特點鉗形電流表的本質(zhì)上是一臺電流互感器，當(dāng)握緊鉗形電流表扳手時，電流互感器的鐵芯可以張開，被測電流的導(dǎo)線進(jìn)入鉗口內(nèi)部作為電流互感器的一次繞組。當(dāng)放松扳手鐵心閉合后，根據(jù)互感器的原理而在其二次繞組上產(chǎn)生感應(yīng)電流，電流表指針偏轉(zhuǎn)，從而指示出被測電流的數(shù)值。用普通電流表測量電路的電流時，需要切斷電路，接入電流表，而鉗表可在不切斷電路的情況下進(jìn)行電流測量，即可不停電測量電流，這是鉗形電流表的最大特點。鉗形電流表一般可分為磁電式和電磁式兩類。用來測量工頻交流電的是磁電式，而電磁式為交、直流兩用式。除此之外還有一種數(shù)字式鉗形電流表，它具有讀數(shù)直觀、準(zhǔn)確度高、使用方便等優(yōu)點，同時它還具有一般數(shù)字萬用表的交直流電壓、電阻、二極管的測量功能。使用注意事項：1、測量前一定檢查表的絕緣性能是否良好。即外殼無破損，手柄應(yīng)清潔干燥；2、嚴(yán)禁在測量進(jìn)行過程中切換鉗形電流表的檔位；若需要換檔時，應(yīng)先將被測導(dǎo)線從鉗口退出再更換檔位；3、測量時，應(yīng)注意身體各部分與帶電體保持安全距離，并且應(yīng)帶絕緣手套或干凈的線手套；4、鉗形電流表不能測量裸導(dǎo)體的電流，要嚴(yán)格按電壓等級選用鉗形電流表，低電壓等級的鉗形電流表只能測低壓系統(tǒng)中的電流，不能測量高壓系統(tǒng)中的電流?！救蝿?wù)拓展】請認(rèn)真思考并回答下列問題1、用變壓比為10000／100V的電壓互感器，變流