电机学第2章 变压器

第二章变压器变压器的分类和应用三相变压器电流互感器1第二章变压器第一节变压器的分类和应用一、变压器的分类变压器的种类很多，可分类如下：1、按绕组数目分自耦变压器——高低压共用一个绕组。双绕组变压器——每相有高、低压两个绕组。多绕组变压器——每相有三个以上绕组2、按相数分单相变压器。三相变压器。3、按冷却方式分油浸式变压器——绕组和铁芯完全浸在变压器的油里。干式变压器——绕组和铁芯由周围的空气直接冷却。2第二章变压器二、变压器的应用

变压器在铁路信号设备中得到广泛的应用，如信号变压器，轨道变压器，道岔表示变压器，扼流变压器，防雷变压器等。铁路信号用变压器，多采用低电压小功率的干式自冷变压器。为适应各种电路的需要，有分级调压的特性。3第二章变压器隔离在信号电路中如出现接地情况，可能造成电路的错误动作，所以各种电源都要对地绝缘，必须使用双绕组的变压器隔离成对地绝缘系统。变压各种电源都有其所要求的电压数值，要将引入的电压变换为所需要的电压数值，就要用变压器来变压。调压要获得连续可调的电压，需使用自耦变压器来进行调压。测量用电流互感器来扩大电流表的量程。4第二章变压器三、变压器的基本结构变压器的主要部件是铁心和绕组。1、铁心有铁心柱和铁轭两部分组成，心柱上套装绕组，铁轭则作为闭合磁路之用。（1）铁心材料由高导磁系数的硅钢片叠成或者卷成。（2）铁心形式铁心的结构的基本形式有芯式和壳式两种。（3)铁心叠装铁心叠装方式有对装式和叠装式两种。5第二章变压器2、绕组绕组是变压器的电路部分。对它的电气性能、耐热性能以及机械强度都有严格的要求，以保证足够的使用年限。（1）绕组材料一般采用涂高强度绝缘漆的扁（或圆）铜线。（2）绕组形式变压器接于高压电网的绕组称为高压绕组，接于低压电网的绕组称为低压绕组。从高、低压绕组的相对位置来看，变压器绕组壳布置成同心式和交叠式两类。6第二章变压器四、变压器的额定值变压器的额定值主要有：1、额定容量Se，是变压器的额定视在功率，以V·A或kV·A表示。对三相变压器而言是指三相容量之和。通常把原、副绕组的额定容量设计得一样大。2、额定电压Ue，是变压器空载时在额定分接下各绕组端电压的保证数值，以V或者kV为单位。三相变压器的额定电压指的是线电压。3、额定电流Ie，是根据额定容量和额定电压计算出来的电流值，以A为单位。4、额定频率fe，我国规定标准工业用点的频率为50Hz。此外，还有额定情况下的效率、温升等。7第二章变压器五、变压器的运行特性运行特性主要有外特性和效率特性。外特性：电源电压和负载的功率因数为常值时，变压器副边端电压与负载电流的变化关系，即U2=f(I2)。效率特性是指在电源电压和负载的功率因数为常值时，变压器的效率与负载电流的变化关系，即η/f(I2)。变压器性能的主要指标是电压变化率和效率。1.变化率△U%=(U20-U2)/U2e×100%2.效率是指输出的有功功率与输入的有功功率之比用百分值来表示，即η=(P2/P1)×100%8第二章变压器六、变压器的并联运行所谓并联，就是将两台以上变压器的原、副绕组分别并联到原、副边的母线上。1、并联运行的优点（1）提高供电的可靠性。（2）可根据负荷情况，调整变压器的台数，以提高运行效率。（3）减小了总的备用量，可随着用电量的增加，分期分批安装变压器。2、变压器并联运行的条件(1)各变压器的额定电压、变比相等。(2)各变压器的连接组别相同。(3)各变压器的短路抗阻相等。9第二章变压器七、变压器的过渡过程按现象来分，变压器的过度过程基本上可分为过电流和过电压两种。1、过电流现象通常在空载接入电网和副边突然短路时产生过流现象。10第二章变压器（1）变压器空载时合闸的暂态电流变压器稳态运行时，空载电流仅为额定电流的3%~10%。但将副边开路的变压器并入电网时，会发生原边电流的瞬时冲击，然后进入稳态运行。这个冲击性的合闸电流往往可达额定电流的6~8倍。（2）突然短路运行中的变压器其副边突然短路时，因原边仍接在额定电压的电源上，所以它的短路电流相当大，可为额定电流的25~30倍，此电流对变压器有较大的破坏作用。尽管突然短路的过渡过程为时甚短，但很大的冲击电流将使变压器绕组收到很大的电磁作用力而被破坏；若延续时间较长，可使绕组发热过剧，损坏绝缘。11第二章变压器2、过电压现象电压超过了最大工作电压都可称为过电压，但通常把过电压理解为周期性或者非周期性的短时间冲击电压。过电压产生于以下情况：（1）操作过电压：当变压器接入电网或从电网上断开时，伴随着系统的电磁能量的急剧变化而变化。（2）故障过电压：系统中发生短路或间歇接地而产生。（3）大气过电压：由于雷电直接打在输电线上或雷电在输电线上感应而产生。12第二章变压器为了进行过压防护，一般采用以下措施：（1）避雷器防护：用以防护变压器受到超过其绝缘所保证的脉冲强度的电压波的冲击。（2）加强绝缘：除加强高压绕组对地绝缘外，还要加强首末两端线匝的匝间绝缘，以承受瞬变开始时及震荡过程中的较高电压。（3）静电防护：即采用电容补偿的方法使头几个线匝间的电压大大降低及减弱震荡，从而使绕组绝缘免遭击穿。13第二章变压器八、变压器的维修在运行中对变压器进行监视和为何，是及早发现问题保证安全运行的重要工作，也是防止事故的发生和扩大的有效措施。检查内容如下：（1）变压器有无异常声音。（2）各引线接头有无松动及跳火情况。（3）断路器是否完好。（4）变压器的温升是否超过规定标准。14第二章变压器变压器在运行中的不正常状态以及原因如下：（1）变压器的嗡声很大，主要是铁芯硅钢片未夹紧所致。（2）在正常的负荷和冷却条件下，变压器过热、冒烟、和局部发生弧光。原因有，铁芯穿过螺栓绝缘损坏。铁芯硅钢片间绝缘损坏，高低压绕组间短路，引出线混线及过负荷等。（3）变压器断路器脱扣，应先检查变压器本身有无短路等异常情况，再查找外部故障，待故障排除后，在投入运行。15第二章变压器第二节三相变压器三相交流电的电压变换可采用以下两种方式，一是各相分别联接一个单相变压器组成变压器组，称为三相组式变压器，或称为三相变压器组；二是有一个三相共用铁芯的三相变压组。16第二章变压器一、三相变压器的特点与单相变压器相比，三相变压器的特点是：1、三相变压器的磁路是由铁轭把三个心柱连在一起而组成的，各相磁路互相依存，都以另外两相的磁路作为各自的回路。2、三相变压器的原边和副边可用不同的方法联接，形成多种联接组别，不同的联接组别，使原边，副边相对应的线电压之间有不同的相位差。3、三星变压器的相电势波形与绕组接法、磁路系统有密切关系，相电势的畸变与变压器的磁路系统及磁路的饱和程度有关。17第二章变压器二、三相变压器的结构1.三相变压器的磁路系统2.三相芯式变压器的磁路系统和三相变压器组相比，三相变压器的优点是：效率高、材料消耗少、价格较低、占地小、维护简便，因而应用很广泛。18第二章变压器三、三相变压器的绕组联接星形接法：三相绕组的三个末端连在一起，而把它们的首段引出来，就是星形接法。三角形接法：把一相绕组的末端和另一相绕组的首段连在一起，顺次联接成一闭合回路，就是三角形接法。19第二章变压器第三节电流互感器互感器是测量用的变压器，又称仪用电压器，用来扩大仪表的测量范围，有电压互感器和电流互感器两种，信号电源中只使用了后者。测量大电流时，因为导线周围产生的磁场会对仪表带来附加影响，故不能采用直接式电流表，用分流器来扩大量限时，分流电阻的功耗颇大，故通常用电流互感器来扩大电流表的限量。20第二章变压器使用电流互感器有以下好处：1、可使测量仪表与高压装置绝缘，保证了人身安全。2、可避免电路中的短路电流直接流经仪表，以免损坏。3、可使测量仪表标准化。4、与被测对象电气隔离，不会干扰被测对象。21第二章变压器1铁芯，副