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任务一常用变压器的安装与检修变压器是一种常见的静止电气设备，它利用电磁感应原理，将某一数值的交变电压变换为同频率的另一数值的交变电压。电力变压器是电力系统中的关键设备，起着高压输电、低压供电的重要作用。小型变压器应用于机床的安全照明和控制电路、各种电子产品的电源适配器、电子线路中的阻抗匹配等。在日常的工作实践中，经常遇到容量较小的1000V·A以下的小型单相变压器，如电源变压器，行灯变压器和控制变压器等等。从事电气技术工作者，往往需要选用或设计、绕制小型单相变压器，以应对因小型变压器损坏，市场上一时难以买到，引起设备不能正常运行的故障情况，因此掌握变压器的相关知识和应用技能是电气技术人员必不可少的。1．能正确描述变压器的特点、用途、类型、结构、工作原理、设计与绕制方法等基础知识。2.能在教师指导下，正确使用仪表完成变压器的绝缘电阻和直流电阻测量。3.能通过对单相变压器的参数测定，知道变压器空载试验和短路试验的目的和实际意义。4．能根据任务要求，合理制定工作计划，列出并准备好工具材料，在教师指导下，按工艺要求完成小型单相变压器的制作。5.能通过单相变压器故障检测训练，知道变压器故障检测的步骤、方法和工艺。学习情境一变压器的认识1．能说出变压器的作用和分类，认识单相变压器的外形和内部结构，熟悉各部件的作用。2．能在教师指导下，正确使用仪表完成单相变压器的绝缘电阻和直流电阻测量。2．能进行单相变压器拆装前的记录原始数据，拆卸硅钢片等工作。一、变压器的作用变压器的基本作用是在交流电路中变电压、变电流、变阻抗、变相位和电气隔离。变压器的应用使人们能够方便地解决输电和用电这一矛盾，在电力系统中占有很重要的低位。为提高电能的传输效率，由发电站发出的电能在向用户输送的过程中，通常需用很长的输电线，根据UIP3cosф,在输送功率P和负载的功率因数cosφ一定时，输电线路上的电压U越高，任务描述学习目标学习目标知识准备2则流过输电线路中的电流I就越小。这不仅可以减少输电线的截面积，节约导体材料，同时还可以减小输电线路的功率损耗。因此，目前世界各国在电能的输送与分配方面都朝建立高电压、大功率的电力网系统方向发展，以便集中输送、统一调度与分配电能。这就促使输电线路的电压由高压（110～220KV）向超高压（330～750KV）和特高压（750KV以上）不断升级。目前我国高压输电的电压等级有110KV、220KV、330KV及500KV等多种。发电机本身由于其结构及所用绝缘材料的限制，不可能直接发出这样的高压，发电机输出电压一般有400V、3.15KV、6.3KV、10.5KV等数种。因此在输电时必须首先通过升压变电站，利用变压器将电压升高。高压电能输送到用电区后，为了保证用电安全和符合用电设备的电压等级要求，还必须通过各级降压变电站，利用变压器将电压降低。图1-1-1所示为三相电力系统输电的示意图。1-升压变压器2、3-降压变压器4、5-配电变压器图1-1-1三相电力系统输电的示意图综上所述可见，变压器是输、配电系统中不可缺少的重要电气设备，图1-1-2发电厂附近的升压变压器，图1-1-3电单位附近的降压变压器。图1-1-2升压变压器图1-1-3降压变压器二、变压器的分类为了适用不同的使用目的和工作条件，变压器的种类很多，其常用的分类方法和主要用途如表发电机10KV110KV35KV10KV6KV380V电动机照明(220V)其他负载其他负载高压电动机12345G3~MM31-1-1所示。表1-1-1变压器常用的分类方法和主要用途分类名称外形图主要用途按相数分类单相变压器常用于单相交流电路中隔离、电压等级的变换、阻抗变换、相位变换或三相变压器组。三相变压器常用于输配电系统中变换电压和传输电能。按用途分类电力变压器仪用互感器常用于电工测量与自动保护装置。电炉变压器常用于冶炼、加热及热处理设备电源。自耦变压器常用于实验室或工业上调节电压。电焊变压器常用于焊接各类钢铁材料的交流电焊机上。按铁心结构形式分类壳式铁心常用于小型变压器、大电流的特殊变压器，如电炉变压器、电焊变压器；或用于电子仪器及电视、收音机等的电源变压器。4心式铁心常用于大、中型变压器、高压的电力变压器。C形铁心常用于电子技术中的变压器。按冷却方式分类油浸式变压器常用于大、中型变压器。风冷式变压器强迫油循环风冷，用于大型变压器。自冷式变压器空气冷却，用于中、小型变压器。干式变压器用于安全防火要求较高的场合，如地铁、矿井、机场及高层建筑内的变电所等。另外，变压器的分类方式还有很多。如电力变压器可分为升压、降压和配电变压器；按绕组分，可分为单绕组变压器、双绕组变压器、多绕组变压器；根据容量不同，可分为中小型变压器（6300kVA)、大型变压器（8000～63000kVA)、特大型变压器（6300kVA)。三、变压器的基本结构不论是单相变压器、三相变压器或其他各类变压器，最主要的组成部分是铁心和绕组。(一)变压器绕组变压器的线圈通常称为绕组，它是变压器的电路部分。1.绕组材料选用5小型变压器一般用具有绝缘的漆包圆铜线绕制而成，对容量稍大的变压器则用扁铜线或扁铝线绕制。2.绕组命名我们规定：接电源的绕组称为一次绕组、原绕组、原边或初级绕组；接负载的绕组称为二次绕组、副绕组、副边或次级绕组。按绕组所接电压高、低分为高压绕组和低压绕组。3.绕组类型按绕组绕制的方式不同，绕组可分为同心绕组和交叠绕组两种类型，其特点见表1-1-2。表1-1-2同心绕组和交叠绕组特点(二)变压器铁心铁心是变压器的磁路部分，主磁通的通道，也是安放绕组的骨架。1.铁心材料选用铁心材料的质量，直接影响到变压器的性能。高磁导率、低损耗和价格，是选择铁心材料的关键。为提高铁心导磁能力，增大变压器容量，减少体积、提高效率，铁心常用硅钢片叠装而成，而硅钢片可分热轧和冷轧，其性能特点见表1-1-3。目前，有的变压器铁心采用非晶合金材料。非晶合金材料是20世纪70年代问世的一种新型合金材料，该合金具有优异的导磁性、耐蚀性、耐磨性、高硬度、高强度等独特性能特点。利用非晶合金制作铁心而成的变压器，它比利用硅钢片制作铁心变压器的空载损耗下降75％左右，空载电流下降约80％，现在越来越多用于安全和防火要求较高场合的大、中型变压器中。绕组类型示意图绕制特点应用范围同心绕组将一次、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，当低压绕组电流较大时，绕组导线较粗，也可放到外层，绕组的层间留有油道，以利绝缘和散热。同心绕组结构简单，绕制方便。大多用于电力变压器中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，利于绝缘，引线比较方便，机械强度好，易构成多条并联支路。大多用于壳式、干式变压器、电炉变压器及电焊变压器等6表1-1-3热轧和冷轧硅钢片的性能特点导磁材料名称性能和特点应用范围热轧硅钢片导磁性能好而且损耗小，厚度有0.35mm和0.5mm两种，片间涂覆绝缘漆，工艺性较好。多用于小型变压器中冷轧硅钢片性能比热轧硅钢片更好，但工艺性较差，导磁有方向性且价贵。厚度有0.27mm、0.30mm和0.35mm多种(越薄质量越好)。多用于大中型变压器中，如电力变压器2.铁心结构变压器的铁心因绕组放置的位置不同，可分成芯式和壳式，如表1-1-4所示。表1-1-4变压器铁心的特点铁心类型示意图性能和特点应用范围芯式线圈包着铁心，结构简单，装配容易，省导线。适用于大容量、高电压。所以电力变压器大多采用三相芯式铁心。壳式铁心包着线圈，铁心易散热，但用线量多，工艺复杂。除小型干式变压器外很少采用。3.铁心柱与铁轭的装配工艺铁心由铁心柱与铁轭构成。套装绕组的部分叫铁心柱。连接铁心柱形成闭合磁路的部分叫磁轭。如图1-1-4所示。图1-1-4单相壳式变压器铁心柱与铁轭铁心柱与铁轭的装配工艺根据变压器的大小有所不同，有对接式和叠接式两种，如表1-1-5所示。表1-1-5铁心柱与铁轭的装配工艺7装配工艺类别示意图性能和特点应用范围对接式山字形F字形口字形将铁心和铁轭分别叠装夹紧，然后把它们对接起来，再把它们夹紧。这种工艺气隙大，从而增加磁阻和励磁电流。小型变压器叠接式单数层双数层单相变压器硅钢片叠法单数层双数层三相变压器硅钢片叠法把铁心柱和铁轭的钢片一层层相互交错的重叠(每层不能多于三片)，接缝相互错开。因气隙较小，磁阻也相应减小，从而减少了励磁电流，改善了性能。目前大中型变压器的铁心都采用这种方式。卷制式（C形）变压器目前卷制式（C形）变压器铁心采用0.35mm晶粒取向冷轧硅钢片剪裁成一定宽度的硅钢片带后再卷制成环形，将铁心绑扎牢固后切割成两个U字形如图1-1-5所示。而图1-1-6所示为用卷制铁心制成的C形变压器。由于该类型变压器制作工艺简单，正在小容量的单相变压器中逐渐普及。随着制造技术的不断成熟，用卷制铁心制作的三相电力变压器（500KVA以下）将逐步代替传统的叠接式变压器，其主要优点是重量轻、体积小、空载损耗小、噪音低、生产效率高、质量稳定。图1-1-5卷制式（C形）铁心图1-1-6C形变压器小贴士8油浸式电力变压器的主要附件根据用途的不同，变压器其结构也有所不同，大功率电力变压器的结构比较复杂，而多数电力变压器是油浸式的。油浸式变压器是由绕组和铁心组成器身，器身浸入盛满变压器油的封闭油箱中，各绕组对外线路的连接线由绝缘套管引出。为了解决散热、绝缘、密封、安全等问题，还设有储油柜、安全气道、气体继电器等附件，以保证变压器安全可靠运行，中小型油浸自冷式三相电力变压器的外形如图1-1-7所示。图1-1-7油浸式电力变压器1．气体继电器(瓦斯继电器)气体继电器装在油箱与储油柜之间的管道中，当变压器发生故障时，器身就会过热使油分解产生气体。气体进入继电器内，使其中一个水银开关接通(上浮筒动作)，发出报警信号。此时应立即将继电器中气体放出检查，若系无色、不可燃的气体，变压器可继续运行；若系有色、有焦味、可燃气体，则应立即停电检查。当事故严重时，变压器油膨胀，冲击继电器内的挡板，使另一个水银开关接通跳闸回路(即下浮筒动作)，切断电源，避免故障扩大。为了提高继电器的可靠性，现在多采用挡板式气体继电器，当继电器中气体达到一定容积后，开口杯下沉，上磁铁使上干簧闭合，接通信号；当油流冲击挡板后，下磁铁使下干簧闭合，接通跳闸回路(通常630kV·A以上变压器采用)。气体继电器外形如图1-1-8a）所示。小词典9a)气体继电器b)无励磁调压分接开关c)有载调压分接开关d)压力释放阀图1-1-8主要附件外形图2．分接开关变压器的输出电压可能因负载和一次侧电压的变化而变化，如何来控制输出电压在允许范围内变动，可通过分接开关。分接开关一般装在一次侧(高压边)，通过改变一次侧线圈匝数来调节输出电压，如图1-1-9a）所示。分接开关又分无励磁调压和有载调压两种，无励磁调压是指变压器一次侧脱离电源后调压，常用的无励磁调压分接开关调节范围为额定输出电压的土5％，如图1-1-8b）所示。有载调压是指变压器二次侧接着负载时调压，有载调压的分接开关因为要切换电流，所以较复杂，如图1-1-8c）所示。它有复合式和组合式两类，组合式调节范围可达土15％。有载调压开关的动触头由主触头和辅助触头组成，每次调节主触头尚未脱开时，辅助触头已与下一挡的静触头接触了，然后主触头才脱离原来的静触头，而且辅助触头上有限流阻抗，可以大大减少电弧，使供电不会间断，改善供电质量，如图1-1-9c所示。有载调压不用停电调压，对变压器也有利，因为变压器每次拉闸和合闸都会对变压器造成不利的电压和电流冲击。因调节的方法不同，分接开关又有手动、电动两种，小型变压器多用手动调压，大型变压器多用电动调压，中型变压器手动、电动两种都可用。a)一次侧励磁调压b)二次侧励磁调压c)二次侧有载调压开关图1-1-9分接开关3．绝缘套管绝缘套管穿过油箱盖，将油箱中变压器绕组的输入、输出线从箱内引到箱外与电网相接。绝缘套管由外部的瓷套和中间的导电杆组成，对它的要求主要是绝缘性能和密封性能要好