机电设备电气控制技术——基础知识(高教版)课件：2.3-特种变压器的应用

项目二变压器的应用34任务四变压器的维护与故障分析处理任务三特种变压器的应用任务二三相变压器的应用任务一认识变压器上一页12目录任务三特种变压器的应用学习目标1．了解自耦变压器的特点和应用场合。2．熟悉电压互感器和电流互感器的用途和使用注意事项。3．了解电焊变压器的性能和结构特点。任务分析在一些特殊的场合对变压器有一些特殊的要求。将普通变压器的结构和性能作一定的改进以适应不同的要求就形成了特种变压器。作为一名电气技术人员，在进行电气设备的试验时，经常会用到根据自耦变压器原理做成的调压变压器；在测量高电压和大电流时，往往借助于电压互感器和电流互感器；电焊变压器(即交流电焊机)也是我们常见的电气作业工具。因此，学习特种变压器的相关知识和了解使用注意事项，是很有必要的。本任务主要介绍几种常用特种变压器的基本结构、工作原理、性能特点和使用注意事项。相关知识一、自耦变压器1．自耦变压器的工作原理前面介绍的普通双绕组变压器其一、二次绕组之间互相绝缘，各绕组之间只有磁的耦合而没有电的直接联系。自耦变压器是将一、二次绕组合成一个绕组，其中一次绕组的一部分兼做二次绕组，它的一、二次绕组之间不仅有磁耦合，而且还有电的直接联系。如图2-43所示。其中N1为自耦变压器一次绕组的匝数，N2为自耦变压器二次绕组的匝数。图2-43自耦变压器工作原理自耦变压器与前面介绍的变压器一样，也是利用电磁感应原理来进行工作。当在自耦变压器的一次绕组U1、U2两端加上交变电压U1后，将会在变压器的铁心中产生交变的磁通，同时在自耦变压器的一、二次绕组中产生感应电动势E1、E2。mfNEU11144.4mfNEU22244.4由此可得自耦变压器的电压比K为212121UUNNEEk由上式可知，只要改变自耦变压器的匝数N2，则可调节其输出电压的大小。2．自耦变压器的特点自耦变压器具有结构简单、节省用铜量、其效率比一般变压器高等优点。其缺点是一次侧、二次侧电路中有电的联系，可能发生把高电压引入低压绕组的危险，很不安全，因此要求自耦变压器在使用时必须正确接线，且外壳必须接地，并规定安全照明变压器不允许采用自耦变压器结构形式。变压器的变压比一般不能选择过大，在实际应用中，要求自耦变压器的电压比一般不超过1.5~2.0。低压小容量的自耦变压器，其二次绕组的接头C常做成沿线圈自由滑动的触头，它可以平滑地调节自耦变压器的二次绕组电压，这种自耦变压器称为自耦调压器。为了使滑动接触可靠，这种自耦变压器的铁心做成圆环形，在铁心上绕组均匀分布，其滑动触点由碳刷构成，调节滑动触点的位置既可改变输出电压的大小，自耦调压器的外形图和电路原理图如图2-44所示。图2-44自耦调压器二、电压互感器电压互感器属于仪用互感器的范畴，如图2-45所示。主要用来与仪表和继电器等低压电器组成二次回路，对一次回路进行测量、控制、调节和保护。在电工测量中主要用来按比例变换交流电压。图2-45电压互感器电压互感器的结构形式与工作原理和单相降压变压器基本相同，如图2-46所示。图2-46电压互感器外形与电路图电压互感器的一次绕组匝数为N1，其绕组匝数较多，与被测电路进行并联；电压互感器的二次绕组匝数为N2，其绕组匝数较少，与电压表进行并联。其电压比为uKNNUU2121uK一般标在电压互感器的铭牌上，只要读出电压互感器二次侧电压表的读数2U，则被测电压为21UKUu通常电压互感器二次绕组的额定电压均选用为100V。为读数方便起见，仪表按一次绕组额定值刻度，这样可直接读出被测电压值。电压互感器的额定电压等级有6000/100V、10000/100V等。使用电压互感器时必须注意以下事项：（1）电压互感器的二次绕组在使用时绝不允许短路。如二次绕组短路，将产生很大的短路电流，导致电压互感器烧坏。（2）为保证操作人员的安全，电压互感器的铁心和二次绕组的一端必须可靠接地。（3）电压互感器具有一定的额定容量，在使用时，二次侧不宜接入过多的仪表，否则超过电压互感器的定额，使电压互感器内部阻抗压降增大，影响测量的精确度。三、电流互感器电流互感器也属于仪用互感器的范畴，如图2-47所示。同样用来与仪表和继电器等低压电器组成二次回路，对一次回路进行测量、控制、调节和保护。在电工测量中主要用来按比例变换交流电流。图2-47电流互感器电流互感器的基本结构与工作原理和单相变压器相类似，如图2-48所示。图2-48电流互感器外形与电路图电流互感器的一次绕组N1串联在被测的交流电路中，导线粗，匝数少；电流互感器的二次绕组N2导线细，匝数多，一般与电流表、电度表或功率表的电流线圈串联构成闭合回路。根据变压器的工作原理，可得iuKKNNII11221式中iK为电流互感器的额定电流比，一般标在电流互感器的铭牌上，如果测得电流互感器二次绕组的电流表读数I2，则一次电路的被测电流为21IKIi通常电流互感器二次绕组的额定电流均选用为5A。当与测量仪表配套使用时，电流表按一次侧的电流值标出，即从电流表上直接读出被测电流值。电流互感器额定电流等级有100/5A，500/5A，2000/5A等，读作“一百比五”或读作“一百过五”。使用电流互感器时，需注意以下事项：（1）电流互感器的二次侧绝不允许开路。因为如果二次侧开路，则电流互感器处于空载运行状态，这时电流互感器一次绕组通过的电流就成为励磁电流，使铁心中的磁通和铁耗猛增，导致铁心发热烧坏绕组；另外电流互感器产生的很大的磁通将在二次绕组中感应出很高的电压，危及人身安全或破坏绕组绝缘。因此在二次绕组中装卸仪表时，必须先将二次绕组短路。（2）电流互感器的二次侧必须可靠接地，以保证工作人员及设备的安全。电工常用的钳形电流表实际上就是电流互感受器与电流表的组合，如图2-49所示。通过改变二次线圈的匝数，得到不同的测量量程。图2-49钳形电流表图2-50交流弧焊机四、电焊变压器交流弧焊机具有结构简单、使用年限长、维护方便、效率高、节省电能和材料、焊接时不产生磁偏吹等优点，因此得到广泛应用，如图2-50所示。交流弧焊机从结构上来看，本质上就是一台特殊的降压变压器，通称为电焊变压器。为了保证电焊的质量和电弧的稳定燃烧，对电弧变压器有如下几点要求：（1）电焊变压器应具有60~75V的空载电压，以保证容易起弧，为了操作者的安全，电压一般不超过85V。（2）电焊变压器应具有迅速下降的外特性，以适应电弧特性的要求。（3）为了适应不同的焊件和不同的焊条，还要求能够调节焊接电流的大小。（4）短路电流不应过大，一般不超过额定电流的两倍，在工作中电流要比较稳定，以免损坏电焊机。为了满足上述要求，电焊变压器必须具有较大的阻抗，而且可以进行调节。电焊变压器的一、二次绕组一般分装在两个铁心柱上，使绕组的漏抗比较大。改变漏抗的方法很多，常用的有磁分路法和串联可变电抗法。目前国内生产的交流弧焊机品种很多，其结构多种多样，但基本原理大致相同，下面以BX1系列交流弧焊机为例介绍其基本结构及工作原理。BX1系列交流弧焊机为单相磁分路式降压变压器。如图2-51a所示，中间为可动铁心，两边为固定铁心，铁心窗口高而宽，以增大变压器的漏抗。一次侧为筒形绕组装在一个铁心柱上，二次绕组分成两部分，一部分装在一次绕组外面，另一部分兼作电抗线圈装在另一侧固定铁心柱上。图2-51磁分路动铁心式交流弧焊机原理示意图BX1系列交流弧焊机电路接线如图2-51b所示。交流电焊机空载时，由于无焊接电流通过，电抗线圈不产生电压降，故形成较高的空载电压，便于引弧。焊接时，二次绕组有焊接电流通过，同时在铁心内产生磁通，该磁通经过可动铁心又回到二次绕组构成回路，该磁通成为漏磁通，可动铁心成为漏磁通的闭合回路。由于铁心磁阻很小，因此漏磁通很大。因漏磁通在二次绕组内感应出一个反电动势，所以电压就下降。短路时，二次电压几乎全部被反电动势抵消，这样就限制了短路电流，获得下降的外特性。BX1系列交流弧焊机两侧装有接线板，其中焊机一侧为一次侧接线板，而另一侧为二次侧接线板。焊接电流的调节有粗调和细调两种。粗调是靠更换二次侧接线板的连接片位置，从而改变二次绕组和电抗线圈的匝数来实现的。细调则是通过转动交流电焊机中部的手柄，从而改变动铁心的位置，即改变漏磁分路的大小。当可动铁心远离固定铁心时，漏磁减小，焊接电流增加；反之，当可动铁心靠近固定铁心时，漏磁增大，焊接电流减小。思考与练习1．自耦变压器有什么特点？2．自耦变压器主要应用于什么场合，有何优缺点？3．电压互感器运行时，为什么二次绕组不允许开路？4．用电流变比=40的电流互感器来扩大5A电流表的量程，其电流表读数为3.6A，求被测电路的实际电流是多少？5．在使用电压互感器和电流互感器时应分别注意哪些事项？6．电焊变压器有哪些性能特点？