电机变压器教案全

绪言一、电机在电能产生、传输、转换中的的作用1、电能的产生。原动机带动三相同步发电机转动产生三相电能。2变压器的作用。广泛用于远距离输电。3、电动机的作用。由此可见、电机、变压器在电能利用的三个重要环节上（产生、传输、转换），都起到不可替代的作用。二、电机发展概况：近代电机发展的主要成就表现在以下几个方面：1、电机容量的不断提高。2、中、小电机的技术及经济指标不断地提高。3、电机制造中不断应用新技术、新材料。4、新型的特种电机不断出现。三、本课程的任务和要求掌握变压器、异步电动机、直流电动机的结构、原理、主要特性、使用和维护知识。第一单元变压器的分类、结构和工作原理课题一变压器的分类和用途变压器是利用电磁感应原理制成的静止电气设备。它能将某一电压值的交流电变换成同频率的所需电压值的交流电。以满足高压输电、低压供电及其他用途的需要。一．变压器的用途1、变压器的工作原理实际上是利用电磁感应原理，把一次的电能传给二次的负载。2、变压器的效率一般很高，容量越大，效率越高。3、在电能的输送过程中，总是把电压提高，因为传输一定的电功率，电压越高，电流也就越小。这样即可以节省导线(截面积小)和其他架设费用也可以减少送电时导线上的损耗(RIP2)4、电力系统中使用的电力变压器可分为升压、降压和配电变压器。5、改变交流电压、交流电流、变换阻抗及改变相位。二．变压器的分类表1—1课题二变压器的结构与冷却方式一变压器的结构（油浸式为例）变压器的主要部分是绕组和铁心，由他们组成器身。图见书7—12页1变压器的绕组（1）作用：绕组是变压器的电路部分。（2）材料：常用绝缘铜线或铝线绕制而成。（3）绕组命名：接电源的绕组称一次绕组。接负载的绕组称二次绕组。也可按绕组所接电压高低分为高压绕组和低压绕组。（4）绕组类型：按绕组绕制方式不同可分为同心绕组和交叠绕组两种类型。A同心绕组同心绕组是将一次、二次侧线圈套在同一铁心柱的内外层，一般低压绕组在内层，高压绕组在外层。图见书7页B交叠绕组将高、低压线圈绕成饼状，沿铁心轴向交叠放置，一般两端靠近铁轭处放置低压绕组，有利于绝缘。多用于壳式、干式变压器及电炉变压器中。图见书7页。2变压器的铁心（1）作用：铁心是主磁通Φm的通道，也是安放绕组的骨架。为了提高铁心导磁能力，使变压器容量增大，体积减小，效率提高，采用性能好的导磁材料是很关键的。（2）材料：用硅钢片叠装而成。有冷轧和热轧之分。（3）类型：铁心因线圈的位置不同，可分成芯式和壳式两类。A芯式指线圈包着铁心，适用于大容量、高电压。电力变压器大多采用此结构。B壳式是铁心包着线圈，工艺复杂，除小型干式变压器外很少采用。图见书5页(4)装配工艺：分为对接式和叠接式。二主要附件1油箱：里面装满了变压器油。变压器油保护铁心和绕组不受潮，又有绝缘和散热的作用。2储油柜：也称为油枕。隔绝空气，避免潮湿空气侵入。3气体继电器（瓦斯继电器）：11页图1--5当变压器发生故障时，器身就会过热使油分解产生气体。使气体继电器动作，切断电源，避免故障扩大。4分接开关：用来控制输出电压在允许范围内变动。一般装在一次侧（高压边）。分无励磁调压和有载调压两种。5绝缘套管：将绕组输入输出从箱内引到箱外。由外部的磁套和中间导电杆组成。6.安全气道和压力释放阀：安全气道又称防爆管。保护油箱防止爆裂。现改用压力释放阀。7测温装置：就是热保护装置。监测油温和绕组温度。三冷却方式1变压器的发热：变压器在室温为35℃额定工作时，绕组中温度最高，铁心次之。冷却方式：9页课题三变压器的原理一．工作原理：把变压器一次侧接在交流电源上，一次侧有交变电流流过，这个电流将在铁心中产生交变磁通，从而在一次侧产生自感电动势，在二次侧产生互感电动势，将能量传递给负载。由于一次侧、二次侧匝数不等，所以输出电压也发生变化。二．空载运行1.空载运行：变压器一次侧加额定电压，二次侧开路即为空载运行。图见书13页2.理想变压器不计绕组的电阻、铁心的损耗、磁通中的漏磁通和磁路饱和的影响，这样的变压器就称为理想变压器。它只是单纯的电感电路。（1）空载电流：空载运行时流过一次侧绕组的电流。作用：产生主磁通，为Pcu,Pfe提供能量。（2）向量图的画法：（3）感应电动势E的计算：由法拉第电磁感应定律PE=-NΔΦ/Δt可推出E=4.44fNΦmΦm---主磁通幅值，Wb;f-----频率,Hz;E-----感应电动势有效值,V.U1=E1=4.44fN1ΦmΦm=U1/4.44fN1当U1,f一定时，Φm为一定值。U02=E2=4.44FN2Φm(4)变压器的变压比KK的定义是一次侧绕组相电动势E1与二次侧绕组相电动势E2之比。可得公式：K=E1/E2=U1/U02=N1/N2N1-----一次侧绕组匝数;N2-----二次侧绕组匝数.3实际变压器(1)漏磁通及其产生的电压降图及方程式见书14页(2)励磁电流IO和空载损耗PO实际变压器的铁心中有铁耗（磁滞与涡流损耗），它会消耗一部分输入功率。铁耗角δ很小。PO较小。详见书14页一、负载运行1、原理图及电压方程式：详见书15页（1）当输入电压U1不变时，输出电压U2的稳定性主要由Zs1、Zs2决定。（2）二次侧电路的功率因数主要由负载决定。2、磁动式平衡方程式及电流比：详见书15页2.电压方程式3阻抗变换变压器一次侧接交流电源，对电源来说是一个负载。其输入阻抗为Z1=U1/I1,而变压器二次侧输出又接了负载，电压、电流、负载之间存在Z2=U2/I2=Zfz关系。经过变压器把Z2接到电源上和不要变压器直接把Z2接到电源上,两者是完全不一样的，这里变压器起到改变阻抗的作用。图见书17页变换公式由于U1=KU2I1=I2/KZ1=U1/I1Z2=U2/I2可得阻抗变换公式Z1=U1/I1=KU2/I2/K=K2U2/I2=K2Z2这说明负载Z2经过变压器以后阻抗扩大了K2倍。阻抗匹配：负载阻抗等于电源内阻时，负载才能得到最大输出功率。例1—1见书17页4变压器的外特性变压器一次侧输入额定电压和二次侧负载功率因数一定时，二次侧输出电压与输出电流的关系称为变压器的外特性，也称为输出特性。通常用曲线表示。图见书18页当二次侧感性或阻性负载电流I2增加时，由于漏阻抗Zs1、Zs2的影响，使输出电压下降，即外特性是下降的。如果负载变成容性时，负载电流增加使输出电压升高，即外特性是上翘的。5电压调整率一般情况负载都是电感性的，所以变压器输出电压U2是随输出电流I2的增加而略有下降的，下降的程度与Zs1、Zs2及cos2有关，通常用电压调整率ΔU来表示电压变化的程度。详见书18页6变压器的损耗和效率（1）铁耗PFe（2）铜耗PCuPCu=（I2/I2N）2PCuN2PK负荷系数=I2/I2N铜耗PCu是随负载电流I2的变化而变化的，所以也称可变损耗。（3）效率是输出功率与输入功率之比。公式见书18页效率曲线见书20页当PCu=PFe时变压器的效率最高。此时：m=KOPP例1—2见书20页课题四变压器的空载试验与短路试验一、空载试验1、目的和方法本实验可测定变比K、空载电流Io、空载损耗功率Po和励磁阻抗Zm等。试验电路见书22页2、试验内容和步骤3、试验的实际意义（1）可以测出变压器的铁耗PFe,空载损耗是铁耗和铜耗之和，即PO=PFe+PCu,因为空载电流Io很小，所以铜耗可忽略不计，可近似认为POPFe，而PFem2，当一次侧电压U1不变时，m不变，PFe为常数，所以PFe也称不变损耗。（2）通过空载损耗Po的测试，可以检查铁心材料的质量、装配工艺的质量和绕组的匝数是否正确、有否匝间短路。二单相变压器短路试验1目的本实验的目的是测出变压器的额定铜耗PCuN、短路电压UK、短路阻抗ZK。2试验电路见书24页3试验内容和步骤4短路试验的实际意义（1）测出PCuNPK(功率表的读数），可供变压器计算铜耗用。（2）测出UK和ZK，它反映一次侧绕组在额定电流时的内部压将及内部阻抗，可以用来分析变压器的运行性能。详见书25页三试验应注意事项第二单元变压器绕组的极性与连接课题一单相变压器绕组的极性一、极性的意义直流电源的极性、交流电源的极性、单相变压器的极性1单相变压器绕组的极性：指变压器一次侧、二次侧绕组在同一磁通作用下所产生感应电动势的相位之间的相互关系，通常用同名端来标记。同名端：被同一磁通所穿过的两线圈电动势极性相同的一端就称为同名端。用“*”“.”表示。异名端:不是同极性的两端就称为异名端。没有被同一个交变磁通所贯穿的线圈，它们之间就不存在同名端的问题。例题2-128页2.绕组的连接和极性的重要性1、绕组串联时（1）正向串联：也称为首尾相连，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，E=E1+E2图见书28页。（2）反向串联：也称尾尾相连（或首首相连），总电动势为两个电动势之差，电动势将变小E=E1-E2，图28页。（3）正因为正、反向串联的总电动势相差很大，所以常用此法来判别两个绕组的同名端。2、绕组并联时：图见书28页（1）同极性并联：E1与E2大小一样，则两个绕组回路内部的总电动势为零，不会产生内部环流。I环=(E1-E2)/（Z1+Z2）=0。变压器并联应符合这种条件。E1与E2大小不等，则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。I环=(E1-E2)/（Z1+Z2）严重时甚至烧坏绕组。2）反极性并联：图见书29页两个绕组回路内部的环流I环=(E1-E2)/（Z1+Z2）将很大，甚至烧坏线圈，这种接法是不允许的。二、变压器绕组极性的测定1、直观法：通过绕制方向判定极性见书28页2、仪表测试法：（1）直流法：用1.5V或2--6V的蓄电池和直流电流表或直流电压表。见书29---30页（2）交流法：见书31----33页例2--2课题二三相变压器及连接及连接组别一、三相变压器的磁路结构1、三相组式变压器的磁路它的三个单相变压器铁心磁路是各自独立的，只要三相电压平衡，则磁路也是对称一样的，每只变压器可作为单相变压器来分析。图见书34页。2、三相芯式变压器的磁路三相芯式变压器有三个铁心柱，供三相磁通分别通过。在三相电压平衡时，磁路也是对称的，总磁通总=U+V+W=0，所以就不需要另外的铁心来供总通过。图见书34页。变压器铁心必须接地，以防感应电压或漏电。而且铁心只能一点接地，以免形成闭合回路，产生环流。二、三相芯式变压器绕组的连接1、三相绕组的首尾判别判别的准则是：磁路对称，三相总磁通为零。如果一次侧一相首尾接错，会破坏三相磁通的相位平衡，即总0，结果磁通就不能从铁心中返回，而要从空气和油箱中绕走。这就使磁阻大大增加，使空载电流IO也随之增加，尤其是反接的一相空载电流IO更大，后果是严重的，所以决不允许接错首尾。首尾的判别方法：见书35页。（1）直流法（2）交流法2三相绕组的连接（1）星形接法39页二次侧星形接法，如果首尾接反的话，会出现三相电动势不对称，明显反映在三个线电压大小不一样，其中两个线电压与相电压一样大，仅有一相线电压为3倍相电压大，因此可用测量二次侧线电压的大小来判断二次侧星型接法是否接对。A星型接法的优点：B星型接法的缺点：(2)三角形接法39页A可分为正相序和反相序两种接法。见书39页一次侧一相首尾接反，会使空载电流IO急剧增加，后果是严重的，所以决不允许接错首尾。二次侧绕组正确接法时，闭合回路的三相电动势之和为零，即E总=UE+VE+WE=0，所以也就不产生环流。这时任意打开回路中一个节点，测量该节点两端所得的电压，成为三角形的开口电压，其值应该为零。若其中一相接反，则E总=2E相它将在闭合回路中产生很大的环流，是绝不允许的。因此，只要测量一下三角形接法的开口电压是否为零，就可以断定二次侧三角形接法是否接对了。图见书39页B三角形接法的优点：见书39页C三角形接法的缺点：见书39页三用交流法测定三相变压器绕组的极性1.试验线路2．操作步骤（1）测定一次侧三相