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第三章 電機與電力拖動

第一節(jié) 變壓器

一、變壓器的用途及分類

變壓器是一種能夠改變交流電壓的設(shè)備。變壓器能將電壓由低變高或由高變低，它是電力系統(tǒng)中最重要的電氣設(shè)備之一。在電能遠距離傳輸前，升壓變壓器把大型發(fā)電機發(fā)出的低壓交流電轉(zhuǎn)換成高壓交流電，而在供給用戶使用前，來自高壓輸電網(wǎng)的電能須經(jīng)降壓變壓器降壓。

(一)按容量可以把變壓器分為

按照容量分類		電壓（kV）	容量（kVA）
中小型	小型	≤35	5～500
	中型		630～6300
大型		≤110	8000～63000
特大型		≥ 220	≥3150

(二)按用途可以把變壓器分為

1、電力變壓器。包括：

(1)升壓變壓器。

(2)降壓變壓器。

(3)配電變壓器。用于配電網(wǎng)絡(luò)，以滿足生產(chǎn)和日常生活的要求。低壓側(cè)電壓為400V(單相為230V)的變壓器稱為配電變壓器，一般高壓側(cè)的電壓為6～10 kV。如果變壓器高壓側(cè)電壓為35 kV(或66～110 kV)的，則稱為直配配電變壓器，簡稱直配變。

(4)聯(lián)絡(luò)變壓器。用于聯(lián)絡(luò)兩變電所系統(tǒng)。

(5)廠用或所用變壓器。發(fā)電廠或變電所自用或為廠礦企業(yè)專用。

2、儀用變壓器。諸如電流互感器、電壓互感器，作為測量和保護裝置。

3、電爐變壓器。有煉鋼爐變壓器、電石爐變壓器、感應(yīng)爐變壓器。

4、試驗變壓器。

5、整流變壓器。

6、調(diào)壓變壓器。

7、礦用變壓器。(防爆變壓器)

8、其他變壓器。

(三)按相數(shù)可以把變壓器分為

1、單相變壓器。用于單相負載或三相變壓器組。

2、三相變壓器。用于三相負載。

二、變壓器的工作原理

以單相變壓器為例。如圖3-1，變壓器由鐵芯、一次繞組、二次繞組組成，

與電源相聯(lián)的繞組稱為一次繞組(原繞組、初級繞組)，匝數(shù)為 N1;

與負載相聯(lián)的繞組稱為二次繞組(副繞組、次級繞組)，匝數(shù)為 N2

當一次繞組與交流電源接通，而二次繞組未接負載時，變壓器處于空載狀態(tài)。這時一次繞組在電源電壓作用下，有交變電流通過，此電流為空載電流。

空載時，一、二次繞組電壓有效值之比存在以下關(guān)系：

空載時，一次、二次繞組的匝數(shù)比等于電壓比。

當變壓器帶載時，一、二次繞組中電流的有效值與匝數(shù)存在以下的關(guān)系：

即，帶載時變壓器一、二次繞組電流比近似為其匝數(shù)比的倒數(shù)。

變壓器效率：變壓器輸出、輸入有功功率之比

變壓器的輸出功率等于輸入功率與其損耗功率(鐵損和銅損)之差。一般電力變壓器的鐵損(鐵心渦流損失)和銅損(繞組電阻損耗的能量)都很小，變壓器滿負荷運行時效率均在 95% 以上。

在電子設(shè)備中使用的變壓器效率比較低，一般在 90% 以下。

顯然，變壓器空載時的效率為零，因為輸出功率 P2=0

經(jīng)典例題：電力變壓器在滿負荷運行時效率一般為( )。

A.1

B.95%以上

C.90%以下

D.0

【答案】B

三、變壓器的主要額定數(shù)據(jù)

1、額定容量S_e：指變壓器在銘牌規(guī)定的額定電壓、額定電流下連續(xù)運行時，能夠輸送的能量。其計算公式為：

S_e=U_eI_e×10^-3—— 單相電力變壓器

——三相電力變壓器

S_e——額定容量(視在功率)kVA

U_e——電力變壓器二次側(cè)的額定電壓 V

I_e——電力變壓器二次側(cè)的額定電流 A

2、額定電壓U_e：指變壓器長時間運行所能承受的工作電壓(銘牌上的Ue值，除非另有規(guī)定，一般指調(diào)壓中間分接頭的額定電壓值)，以kV表示。

(繞組一般都留有3～5個分接頭位置，通過分接開關(guān)調(diào)整電壓比。)

3、額定電流Ie：指變壓器在額定容量下，允許長期通過的電流。

4、溫升：變壓器繞組或上層油面的溫度與變壓器周圍環(huán)境的溫度之差稱為繞組或上層油面的溫升。在每一臺變壓器的銘牌上都標有溫升的限值。國家標準規(guī)定，當變壓器安裝地點的海拔不超過1000m時，繞組溫升的限值為65℃;上層油面溫升的限值為55℃。

5、額定工作狀態(tài)：是變壓器在額定電壓、額定頻率、額定負載及規(guī)定使用條件下的工作狀態(tài)，在銘牌上都有標示。變壓器在額定工作狀態(tài)下運行，經(jīng)濟效果好、壽命長;反之，經(jīng)濟效果差、壽命短，甚至會出事故。

四、變壓器的結(jié)構(gòu)

這里以中、小型變壓器為主。

變壓器的組成如圖3-2所示。

中、小型電力變壓器主要有器身和輔助部件組成，器身主要包括：鐵芯、繞組、絕緣和引線。其中，鐵芯和繞組是變壓器的最基本組成部分。

1、 鐵芯。鐵芯是變壓器電磁感應(yīng)的通路，由硅鋼片疊成。采用硅鋼片疊裝可以減少渦流。變壓器的一、二次繞組都繞在鐵芯上。

2、 繞組。變壓器的電路部分，分高、低壓繞組。即一、二次繞組。繞組由絕緣的銅線或鋁線繞成的多層線圈構(gòu)成，套裝在鐵芯上。

3、 油箱。它是變壓器的外殼，內(nèi)裝鐵芯、繞組和變壓器油，起一定的散熱作用。

4、 儲油柜。當變壓器油的體積隨溫度的變化而膨脹或縮小時，儲油柜起著儲油和補油的作用，以保證油箱內(nèi)充滿油。儲油柜還能減少油與空氣的接觸面，防止油被過快氧化和受潮。吸濕器。

5、 散熱器。它用來降低變壓器的溫度。為提高變壓器油冷卻效果，可采用風冷、強(迫)油(循環(huán))風冷和強油水冷等措施。

6、 安全氣道。當變壓器內(nèi)部有故障、油溫升高、油劇烈分解產(chǎn)生大量氣體使油箱內(nèi)壓力劇增時，會將安全氣道的玻璃沖碎，從而避免油箱爆炸或變形。

7、 高、低壓絕緣套管(瓷套管)。它是將變壓器高、低壓引線引至油箱外部的絕緣裝置，也起固定引線的作用。

8、 分接開關(guān)。雙繞組變壓器的一次繞組、三繞組變壓器的一、二次繞組一般都留有3～5個分接頭位置，通過分接開關(guān)調(diào)整電壓比。

9、 氣體繼電器。裝在變壓器油箱和儲油柜的連接管上，是變壓器的主要保護裝置。變壓器內(nèi)部發(fā)生故障時，能使斷路器掉閘并發(fā)出信號。

10、 附件。括溫度計、凈油器、油位計等。

經(jīng)典例題：中、小型電力變壓器的器身包括( )

A.繞組 B.絕緣 C.油箱 D.引線 E.儲油柜

【答案】ABD

【解析】中、小型電力變壓器主要有器身和輔助部件組成，器身主要包括：鐵芯、

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