电机与变压器教案(第8讲)

茂名市技工学校文化理论课教案编号：QD-0707-03版本号：A/0流水号：─────────────────────────────────────────────────────────────────────科目：电机与变压器授课班级：09机电高级①、②班共10页《电机与变压器》第八讲课题：1、自耦变压器2、仪用变压器3、电焊变压器授课课时2节授课日期授课方式讲授提问作业题数2拟用时间0.5教学目的1.掌握自耦变压器、仪用变压器的结构与运行特点及使用时应注意的事项2.掌握电焊变压器的结构特点、外特性及输出电流的调节方法选用教具挂图模型、自制挂图重点1.自耦变压器、仪用变压器的结构与运行特点2.电焊变压器的结构特点、外特性及输出电流的调节方法难点变压器常见故障产生的原因及处理方法教学回顾导入课题复习：三相变压器并联运行的条件有哪些?导入课题：日常生活中我们经常用到一些特殊的变压器，如自耦变压器、仪用变压器、电焊变压器等。对于它们的工作原理和应用特点，下面我们一起来学习。授课教师：黄文进教研组审阅：科审阅日期：教学过程第2页一、讲授新课一、自耦变压器（一）自耦变压器的工作原理普通双绕组和三绕组变压器的一次侧、二次侧绕组是彼此独立、相互绝缘的，一次侧、二次侧绕组之间通过电磁耦合起来，而没有直接的电的联系。自耦变压器的结构却有很大不同，即一次侧、二次侧共用一个绕组，一次侧、二次侧绕组不但有磁的联系。1、工作原理与变压比式中1N──一次侧11U与21U之间的匝数；2N──二次侧12U与22U之间的匝数。2、绕组中公共部分的电流从磁势平衡方程式可知，因为输入电压1U不变，主磁通雪。也不变，所以空载时的磁势和负载时的磁势是相等的。因为空载电流0I很小，可忽略时，则有：由于1I与2I的相位一样，所以绕组中公共部分的电流为：由上式可见，当K接近于1时，绕组中公共部分的电流I就很小，因此共用的这部分绕组导线的截面积可以减小很多，即减少了自耦变压器的体积和质量，这是它的一大优点。如果2K，则1II，就没有太大的优越性了。3、自耦变压器输出功率自耦变压器输出的视在功率(不计损耗时)为：教学过程第3页上式中的：IUS＇22称为电磁功率，它是通过公共绕组电磁感应传递到二次侧的功率；122IUS〃称为传导功率，是由一次侧直接通过电传导的方式传递到二次侧的。由于12III，故可以推导出：说明靠电磁感应传递的能量占总能量的(K11)，而从电路直接输送的能量占K1。(二)自耦变压器的特点1、自耦变压器的优点(1)可改变输出电压。(2)用料省、效率高。自耦变压器的功率传输，除了因绕组间电磁感应原理而传递的功率之外，还有一部分是由电路相连直接传导的功率，后者是普通双绕组变压器所没有的。这样就使自耦变压器较普通双绕组变压器用料省、效率高。2、自耦变压器的缺点(1)因它一次侧、二次侧绕组是相通的，高压侧(电源)的电气故障会波及低压侧，如高压绕组绝缘损坏，高电压可直接迸人低压侧，这是很不安全的，所以低压侧应有防止过电压的保护措施。(2)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，为了安全起见，规定自耦变压器不准作为安全隔离变压器用，而且使用时要求自耦变压器接线正确，外壳必须接地。接自耦变压器电源前，二定要把手柄转到零位。二、仪用变压器（一）电流互感器教学过程第4页1、结构和工作原理（1）电流互感器的结构电流互感器结构上与普通双绕组变压器相似，也有铁心和一次侧、二次侧绕组，但它的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，流过被测电流，被测电流的大小由用户负载决定。图4—5电流互感器（2）电流互感器的工作原理电流互感器工作时二次侧近似于短路，所以互感器的一次侧的电压也几乎为零，即：01U因为主磁通正比于一次侧输入电压，即：1Um所以主磁通0m则励磁电流00I，总磁势为零。根据磁势平衡方程式有：02211NINI22121IKINNI如不考虑相位关系：21KII上式中K为电流互感器的额定电流比；2I为二次侧所接电流表的读数，乘以K就是一次侧的被测大电流的数值1I。2、电流互感器的选用教学过程第5页选用电流互感器可根据测量准确度、电压、电流要求选择。一般电流互感器二次侧的额定电流为5A(或1A)，故所接的电流表的量程应为5A(或1A)，如果所接的电流表的实际量程已经放大了K倍，则可以直接读出一次侧的被测电流数值1I；一次侧的额定电流在5～25000A之间，根据需要选择；准确度等级有0.2、0.5、1.0、3和10等五级，等级数字越大，误差越大。电流互感器的结构形式有干式、浇注绝缘式、油浸式等多种。3、电流互感器使用中应注意的事项：(1)运行中二次侧不得开路，否则会产生高压，危及仪表和人身安全，因此二次侧不能接熔断器；运行中如要拆下电流表，必须先将二次侧短路才行。(2)电流互感器的铁心和二次侧绕组一端要可靠接地，以免在绝缘破坏时带电而危及仪表和人身安全。(3)电流互感器的一次侧、二次侧绕组有“+”“-”或“*”的同名端标记，二次侧接功率表或电能表的电流线圈时，极性不能接错。(4)电流互感器二次侧负载阻抗大小会影响测量的准确度，负载阻抗的值应小于互感器要求的阻抗值，使互感器尽量工作在“短路状态”。（二）电压互感器1、结构和工作原理（1）电压互感器的结构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；电压互感器的一次侧接有高电压，而二次侧接有电压表或其他仪表(如功率表、电能表等)的电压线圈。图4—5电流互感器教学过程第6页（2）电压互感器的工作原理因为这些负载的阻抗都很大，电压互感器近似运行在二次侧开路的空载状态，则有：KNNUU2121式中2U为二次侧电压表上的读数，只要乘以变比K就是一次侧的高压电压值1U。2、电压互感器的选用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的额定电压都规定为100V，一次侧的额定电压为电力系统规定的电压等级，这样做的优点是二次侧所接的仪表电压线圈额定值都为l00V，可统一标准化。和电流互感器一样，如果电压互感器二次侧所接的电压表实际刻度已经被放大了K倍，则可以直接读出一次侧的被测数值电压1U。电压互感器的种类和电流互感器相似，也有于式、浇注绝缘式、油浸式等多种3、电压互感器使用中应注意的事项：（1）二次侧不能短路，否则会烧坏绕组。因此二次侧必须要装熔断器。(2)铁心和二次侧绕组的一端要可靠接地，以防绝缘破坏时，铁心和绕组带高电压，危及仪表和人身安全。。（3）二次侧绕组接功率表或电能表的电压线圈时，极性不能接错。三相电压互感器和三相变压器一样，要注意连接方法，接错会造成严重后果。(4)电压互感器的准确度与二次侧的负载大小有关，负载越大，即接的仪表越多，误差越大。三、电焊变压器交流弧焊机由于结构简单、成本低、制造容易和维护方便而得到广泛应用。电焊变压器是交流弧焊机的主要组成部分，它实质上是一个特殊性能的降压变压器。为了保证焊接质量和电弧燃烧的稳定性，电焊变压器应满足以下条件：(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，通常额定运行时的输出电压NU2为30V左右(即电弧电压)。教学过程第7页(3)短路电流KI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（能承受短路电流的冲击）和热稳定性。(4)为了适应不同的加工材料、工件大小和焊条，焊接电流应能在一定范围内调节。（一）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。1、外加电抗器式电焊变压器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。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。2、共轭式电焊变压器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(即有部分磁轭是共用的)。它除了变压器一次侧、二次侧线圈1和2外，还有个电抗线圈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，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。当两者是反极性串联时，输出电压为两者之差。教学过程第8页因此得到两种不同空载电压的外特性。当然，这两条曲线相差较大(即粗调)，如果能得到它们中间的一些曲线，即达到微调电流的目的，只要调节电抗器铁心中间的动铁心，通过改变气隙来改变EX的大小和电抗值，从而改变曲线的下降陡度，达到改变电流的目的。（二）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。一次侧绕组绕在左边一铁心柱上，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。当改变二次侧绕组的接法时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。粗调有I和Ⅱ两挡。如果要微调电流，则要微调中间动铁心的位置。如果把动铁心从铁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。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。这时把动铁心移到最里面，则漏磁通最多，漏抗最大，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。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。当粗调节器放在Ⅱ位置，由于二次侧匝数少了，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。（三）动圈式电焊变压器前面两种变压器的一次侧、二次侧绕组是固定不动的，只是改变动铁心位置，即教学过程第9页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。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，二次侧绕组置于它的上面，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，以改变漏抗。显然，一次侧、二次侧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(它们均由两部分线圈构成)来扩大调节范围，这是电焊变压器的粗调。动圈式电焊变压器的优点是没有活动铁心，从而没有因铁心振动而造成电弧的不稳定。但是它在绕组距离较近时，调节作用会大大减弱，需要加大绕组的间距，铁心要做得较高，增加了硅钢片的用量。教学过程第10页二、课堂小结本节学习了如下内容，希望同学们课后认真复习，深刻领会。1、自耦变压器的结构与运行特点及使用时应注意的事项；2、仪用变压器的结构与运行特点及使用时应注意的事项；3、电焊变压器的结构特点、外特性及输出电流的调节方法。三、课堂练习练习册P15～P18的填空题。四、布置作业练习册P15～P18相关练习。2010年03月17日