电机与拖动基础课件.ppt

1,油建公司：王迎春,电机与拖动技术,2,目 录,变压器基础知识,3,“电机与拖动基础”是“电机”和“电力拖动技术基础”两部分内容的有机结合，它是在学习了“电工基础”等课程的基础上，通过学习直流电机、变压器、交流电机的基本理论和电力拖动的基本原理等知识，以期达到下列要求： （1） 熟悉直流电机、变压器、三相异步电动机的基本结构，掌握它们的工作原理。 （2） 掌握直流电动机、三相异步电动机的机械特性及各种运转状态的基本理论。 （3） 掌握直流电动机、三相异步电动机起动、制动、调速的电力拖动基本原理和基本方法。 （4） 掌握电机及电力拖动实验的基本方法和技能。,1、 主要内容、任务和学习方法,4,学习时应注意以下几点： （1） 牢固掌握基本概念、基本原理和主要特性。 （2） 可运用类比或比较的学习方法，找出各种电机的共性和个性，以加深对各种电机及拖动系统性能的理解。 （3） 要理论联系实际，重视实验和实训环节。,1、 本课程的主要内容、任务和学习方法,5,电能是现代能源中应用最广的二次能源，它的生产、变换、传输、分配、使用和控制都比较方便经济，而要实现电能的生产、变换和使用等都离不开电机。 电机是一种利用电磁感应定律和电磁力定律，将能量或信号进行转换或变换的电磁机械装置。电机在国民经济的各个领域起着重要作用。在电力工业中，产生电能的发电机和对电能进行变换、传输与分配的变压器是电站和变电所的主要设备。在工业企业中，人们利用电动机把电能转换为机械能去拖动各种生产机械，从而满足生产工艺过程的要求。在交通运输业中，需要大量的牵引电动机。在电力排灌、播种、收割等农用机械中，都需要规格不同的电动机。在品种繁多的家用电器中，也离不开功能各异的小功率电动机。,2、 电机和电力拖动技术在国民经济中的作用,6,用电动机作为原动机拖动生产机械运行的系统，称为电力拖动系统。电力拖动是机电设备中的一个重要组成部分。除小部分生产机械采用气动或液压拖动外，绝大多数的生产机械都采用电力拖动，这源于电力拖动有其一系列的优点： （1） 电能的远距离输送简便经济，分配简单，检测方便； （2） 电力拖动比其他形式的拖动效率高，电动机与被拖动机械的联接简便； （3） 电动机的形式和种类很多，具有各种各样的特性，可适应不同生产机械的需要，且电力拖动的起动、制动与调速等控制简便迅速，调节性能好； （4） 可实现远距离控制与自动调节，并进而实现生产过程的自动化。,2、 电机和电力拖动技术在国民经济中的作用,7,现代能源的主要形式是电能，与电能密切关联的电机广泛应用于社会生产的各个部门和社会生活的各个方面。电机的品种繁多，按其功能用途可分为变压器、直流电机、交流电机和控制电机，如图0.1所示。 无论是哪一种电机，都 必须以磁场作为其耦合 场，通过电磁感应作用 来实现能量转换。为了 在一定的励磁电流下产 生较强的磁场,电机的磁 路均用导磁性能良好的 铁磁材料组成。,图0.1 电机的分类,3、 电机的类型,8,3、 电机的类型,9,3、 电机的类型,10,4、 直流电机基础知识,目 录,11,【学习目标】 掌握直流电机的基本结构、直流发电机和直流电动机的基本原理、直流电机的励磁方式和磁场分布、直流电动机的电枢电动势和电磁转矩以及直流电动机的机械特性。,4.1 直流电机的工作原理与结构,12,直流电机可分为直流发电机和直流电动机两大类。 将机械能转化为电能的直流电机是直流发电机，将电能转化为机械能的直流电机是直流电动机。 直流电机具有良好的调速性能、较大的起动转矩和过载能力，一般应用于对起动和调速要求较高的场合。另外，结构复杂、成本较高、维护较困难是直流电机的不足之处。,4.1 直流电机的工作原理与结构,13,图1.1所示为直流发电机的工作原理模型。在图1.1中，N、S为一对固定的磁极，称为直流电机的定子。abcd是固定在可旋转铁质圆柱体上的线圈，线圈连同铁质圆柱体是直流电机可转动的部分，称为直流电机的转子（或电枢）。线圈的末端a、d联结到两个相互绝缘并可以随线圈一同转动的导电片上，该导电片称为换向片。转子线圈与外电路的联结是通过放置在换向片上固定不动的电刷进行的。在定子与转子间有间隙存在，称为气隙。 图1.1直流发电机的工作原理模型在直流发电机的模型中，当有原动机拖动转子以一定的转速逆时针旋转时，根据电磁感应定律可知，在线圈abcd中将产生感应电动势。,4.1.1 电路的组成,4.1 直流电机的工作原理与结构,14,图1.1直流发电机的工作原理模型,4.1 直流电机的工作原理与结构,15,导体中感应电动势的方向可用右手定则确定。在逆时针旋转情况下，导体ab在N极下，感应电动势的极性为a点高电位，b点低电位；导体cd则在S极下，感应电动势的极性为c点高电位，d点低电位，在此状态下电刷A的极性为正，电刷B的极性为负。当线圈旋转180后，导体ab在S极下，导体cd则在N极下，此时导体中的感应电动势方向已改变，但由于原来与电刷A接触的换向片已经与电刷B接触，而与电刷B接触的换向片同时换到与电刷A接触，因此电刷A的极性仍为正，电刷B的极性仍为负。,4.1 直流电机的工作原理与结构,16,从图1.1中可以看出，和电刷A接触的导体总是位于N极下，和电刷B接触的导体总是位于S极下，因此电刷A的极性总为正，而电刷B的极性总为负，使电刷获得直流电动势。 实际直流发电机的电枢是根据具体应用情况需要有多个线圈。线圈分布于电枢表面的不同位置上，并按照一定的规定联结起来，构成直流电机的电枢绕组。磁极也是根据需要,N、S极交替放置多对。,4.1 直流电机的工作原理与结构,17,4.1.2 直流电动机的工作原理,图1.2,4.1 直流电机的工作原理与结构,18,图1.2 直流电动机的模型,4.1 直流电机的工作原理与结构,19,导体受力方向由左手定则确定。在第一种情况下，位于N极下的导体ab受力方向为从右向左，而位于S极下的导体cd受力方向从左到右。导体所受电磁力对轴产生一转矩，这种由于电磁作用产生的转矩称为电磁转矩，电磁转矩的方向为逆时针。当电磁转矩大于阻力矩时，线圈按逆时针方向旋转，当电枢转动到第二个位置时，原位于S极下的导体cd转到N极下，其受力方向变为从右向左；而原位于N极下的导体ab转到S极下，导体ab受力方向变为从左向右，该转矩的方向仍为逆时针方向，线圈在此转矩作用下继续按逆时针方向旋转。这样虽然导体中流通的电流为交变的，但N极下的导体受力方向和S极下导体的受力方向并未发生变化，电动机在此方向不变的转矩作用下转动。,4.1 直流电机的工作原理与结构,20,同直流发电机相同，实际的直流电动机的电枢并非单一线圈，磁极也并非一对。 由以上分析可以看出：任何一台电机既可以作为发电机运行，也可以作为电动机运行，这一性质称为电机的可逆原理。电机的可逆原理不仅适用于直流电机，也适用于交流电机。电机的实际运行方式由外施条件决定，如果电机转子输入机械能，而电枢绕组输出电能，电机作为发电机运行；如果在电枢绕组中输入电能，转子输出机械能，则电机作为电动机运行。,4.1 直流电机的工作原理与结构,21,直流电动机和直流发电机的结构基本是相同的，即都有可旋转部分和静止部分。可旋转部分称为转子，静止部分称为定子，在定子和转子之间存在着气隙。小型直流电动机结构如图1.3所示，其剖面结构如图1.4所示。 （1） 定子部分 定子的作用，在电磁方面是产生磁场和构成磁路，在机械方面是整个电机的支撑。定子由磁极、机座、换向极、电刷装置、端盖和轴承等组成，如图1.3所示。,4.1.3 直流电机的结构,4.1 直流电机的工作原理与结构,22,图1.4小型直流电动机的剖面结构 1电枢绕组；2电枢铁芯；3机座； 4主磁极铁芯；5励磁绕组；6换向绕组； 7换向极铁芯；8主磁极极靴；9机座底脚,4.1 直流电机的工作原理与结构,23, 主磁极主磁极的作用是在定子与转子之间的气隙中建立磁场。主磁极由主磁极铁芯和放置在铁芯上的励磁绕组构成。主磁极铁芯分成极身和极靴两部分，极靴的作用是使气隙磁通密度的空间分布均匀并减小气隙磁阻，同时极靴对励磁绕组也起支撑作用。为减小涡流损耗，主磁极铁芯是用1.01.5 mm厚的低碳钢板冲成一定形状，用铆钉把冲片铆紧，然后再固定在机座上。主磁极上的线圈是用来产生主磁通的，称为励磁绕组。主磁极的结构如图1.5所示。,4.1 直流电机的工作原理与结构,24,图1.5直流电机主磁极的结构 1机座；2主磁极铁芯；3励磁绕组,4.1 直流电机的工作原理与结构,25, 机座直流电机的机座有两种形式，一种为整体机座，另一种为叠片机座。整体机座是用导磁性能较好的铸钢材料制成的，该种机座能同时起到导磁和机械支撑的作用。由于机座起导磁作用，因此机座是主磁路的一部分，称为定子铁轭。主磁极、换向极及端盖均固定在机座上，因此，机座起到了支撑的作用。一般直流电机均采用整体机座。叠片机座是用薄钢冲片叠压成定子铁轭，再把定子铁轭固定在一个专门起支撑作用的机座里，这样定子铁轭和机座是分开的，机座只起支撑作用，可用普通钢板制成。叠片机座主要用于主磁通变化快、调速范围较高的场合。,4.1 直流电机的工作原理与结构,26, 换向极换向极结构如图1.6所示。换向极安装在相邻的两个主磁极之间，固定在机座上，用来改善直流电机的换向。一般电机容量超过1 kW时均应安装换向极。 换向极是由换向极铁芯和换向极绕组组成。换向极铁芯可根据要求用整块钢制成，也可用1.01.5 mm厚的钢板叠成，所有的换向极线圈串联后称为换向极绕组，换向极绕组与电枢绕组串联。换向极绕组数目一般与主磁极数目相同，但在功率很小的直流电机中，只装主磁极数一半的换向极或不装换向极。换向极的极性根据换向要求确定。,4.1 直流电机的工作原理与结构,27, 电刷电刷装置的作用是通过电刷和旋转的换向器表面的滑动接触，把转动的电枢绕组与外电路联结起来，并与换向器配合，起到整流或逆变的作用。电刷装置一般由电刷、刷握、刷杆座和压紧弹簧组成，其结构如图1.7所示。 端盖电机中的端盖主要起支撑作用。端盖固定在机座上，其上放置轴承支撑直流电机的转轴，使直流电机能够旋转。,4.1 直流电机的工作原理与结构,28,图1.6 直流电动机换向极结构 1换向极铁芯；2换向极绕组,图1.7 电刷的结构 1刷握；2电刷；3压紧弹簧；4铜丝辫,4.1 直流电机的工作原理与结构,29,（2） 转子部分 转子又称电枢，是电机的转动部分，是用来产生感应电动势和电磁转矩，从而实现机电能量转换的关键部分。它包括电枢铁芯、换向器、电机转轴、电枢绕组、轴承和风扇等。 电枢铁芯电枢铁芯是主磁路的一部分，同时用来嵌放电枢绕组。当电机旋转时，为减小电枢铁芯中的磁通变化引起的磁滞损耗和涡流损耗，电枢铁芯用涂有绝缘漆的0.5 mm厚的硅钢片叠成。电枢铁芯冲片上冲有放置电枢绕组的电枢槽、轴孔和通风口。小型直流电机的电枢冲片形状如图1.8所示。 电枢绕组电枢绕组是用绝缘铜线绕制的线圈按一定规律放置在电枢铁芯槽内，并与换向器联结。电枢绕组是直流电机的重要组成部分，电机工作时线圈中产生感应电动势和电磁转矩，实现机电能量的转换。,4.1 直流电机的工作原理与结构,30,图1.8电枢冲片形状 1齿；2槽；3轴向通风孔,4.1 直流电机的工作原理与结构,31, 换向器换向器又称整流子。对于发电机，换向器的作用是把电枢绕组中的交变电动势转变为直流电动势向外部输出直流电压；对于电动机，它是把外界供给的直流电流转变为绕组中的交变电流以使电机旋转。换向器如图1.9所示。换向器是由换向片组合而成的，是直流机的关键部件，也是最薄弱的部分。 换向器采用导电性能好、硬度大、耐磨性能好的紫铜或铜合金制成。换向片的底部做成燕尾形，嵌在含有云母绝缘的V形钢环内，拼成圆筒形套在钢套筒上，相邻的两换向片间以0.61.2 mm厚的云母片作为绝缘，最后用螺纹压圈压紧。换向器固定在转轴的一端。换向片靠近电枢绕组的部分与绕组引出线间焊接。,4.1 直流电机的工作原理与结构,32,图1.9 换向器结构 1V形套筒；2云母片； 3换向片；4联结片,4.1 直流电机的工作原理与结构,33,表征电机额定运行情况的各种数据称为额定值。额定值一般标注在电机的铭牌上，所以又称为铭牌数据。它是正确合理使用电机的依据。铭牌数据主要包括电机型号、额定功率、额定电压、额定电流、额定转速和额定励磁电流及励磁方式等，此外还有电机的出厂数据，如出厂编号、出厂日期等。 国产电机型号一般采用大写的汉语拼音字母和阿拉伯数字表示，其格式为：第一部分用大写的拼音表示产品代号，第二部分用阿拉伯数字表示设计序号，第三部分用阿拉伯数字表示机座代号，第四部分用阿拉伯数字表示电枢铁芯长度代号。,1.1.4 直流电机的铭牌数据,4.1 直流电机的工作原理与结构,34,如：Z292中的Z表示一般用途直流电机；2表示设计序号，第二次改型设计；9表示机座代号；2表示电枢铁芯长度代号。 电机铭牌上所标的数据称为额定数据，具体含义如下： 额定功率PN是指在额定条件下电机所能供给的功率。对于电动机，额定功率是指电动机轴上输出的最大机械功率；对于发电机，额定功率是指电刷间输出的最大电功率。额定功率的单位为kW。 额定电压UN是指额定工作条件下电机出线端的平均电压。对于电动机，额定电压是指输入额定电压；对于发电机，额定电压是指输出额定电压。额定电压的单位为V。,4.1 直流电机的工作原理与结构,35,额定电流IN是指电机在额定电压下，运行于额定功率时对应的电流值。额定电流的单位为A。 额定转速 指对应于额定电流、额定电压，电机运行于额定功率时所对应的转速。额定转速的单位为 。 额定励磁电流 是指对应于额定电压、额定电流、额定转速及额定功率时的励磁电流。额定励磁电流的单位为A。 励磁方式是指直流电机的励磁线圈与其电枢线圈的联结方式。根据电枢线圈与励磁线圈的联结方式不同，直流电机励磁有并励、串励、他励和复励等方式。,4.1 直流电机的工作原理与结构,36,在电机的铭牌上还标有其他数据，如励磁电压、出厂日期、出厂编号等。额定值是选用或使用电机的主要依据。电机在运行时的各种数据可能与额定值不同，由负载大小决定。若电机的电流正好等于额定值，称为满载运行；若电机的电流超过额定值，称为过载运行；若比额定值小得多，称为轻载运行。长期轻载运行使电机的容量不能充分利用。故在选择电机时，应根据负载的要求，尽可能使电机运行在额定值附近。,4.1 直流电机的工作原理与结构,37,由直流电机的基本工作原理可知，电枢旋转切割气隙中的磁力线而产生感应电动势，电枢电流与气隙中的磁场相互作用而产生电磁转矩，因而气隙磁场是电机进行机电能量转换的媒介。直流电机的气隙磁场是在主磁极的励磁绕组中通以直流电流建立的。所以直流电机有两种基本绕组，即励磁绕组和电枢绕组。励磁绕组和电枢绕组之间的联结方式称为励磁方式。励磁方式不同，电机的运行特性有很大的差异。 直流电机的励磁方式可分为他励、并励、串励和复励四类，如图1.10所示。,4.2.1 直流电机的励磁方式,4.2 直流电机的励磁方式和磁场,38,图1.10直流电机的励磁方式 （a） 他励； （b）并励； （c） 串励； （d）、（e） 复励,4.2 直流电机的励磁方式和磁场,39,(1) 他励电机 他励式直流电动机的励磁绕组和电枢绕组分别由两个相互独立的电源供电，如图1.10（a）所示。励磁电流If的大小仅决定于励磁电源的电压和励磁回路的电阻，而与电机的电枢电压及负载基本无关。 (2) 并励电机 并励式直流电动机的励磁绕组和电枢绕组并联，由同一电源供电，如图1.10（b）所示。励磁电流一般为额定电流的5%，要产生足够大的磁通需要有较多的匝数，所以并励绕组匝数多，导线较细。并励式直流电动机一般用于恒压系统。中小型直流电动机多为并励式。,4.2 直流电机的励磁方式和磁场,40,(3) 串励电机 串励式直流电机的励磁绕组与电枢绕组串联，如 图1.10（c）所示。励磁电流与电枢电流相同，数值较大，因此，串励绕组匝数很少，导线较粗。串励式直流电动机具有很大的起动转矩，但其机械特性很软，且空载时有极高的转速。串励式直流电动机不准空载或轻载运行。串励式直流电动机常用于要求起动转矩很大且转速允许有较大变化的负载等。,4.2 直流电机的励磁方式和磁场,41,(4) 复励电机 复励电机的主磁极由两个励磁绕组组成:一个与电枢绕组串联，称为串励绕组；另一个为他磁（或并励）绕组，如图1.10（d）、（e）所示。通常他磁（或并励）绕组起主要作用，串励绕组起辅助作用。若串励绕组和他励（或并励）绕组的磁动势方向相同，称为积复励；该型电机多用于要求起动转矩较大，转速变化不大的负载。由于积复励式直流电动机在两个不同旋转方向上的转速和运行特性不同，因此不能用于可逆驱动系统中。若串励绕组和并励（或他励）绕组的磁动势方向相反，称为差复励；差复励式直流电动机一般用于起动转矩小，而要求转速平稳的小型恒压驱动系统中。这种励磁方式的直流电动机也不能用于可逆驱动系统中。,4.2 直流电机的励磁方式和磁场,42,直流电动机运行时，其电枢中产生电磁转矩和感应电动势。电磁转矩为拖动转矩，通过电动机的轴带动负载；电枢感应电动势为反向电动势，与电枢所加外电压相平衡。 电枢电动势是指直流电机正、负电刷之间的感应电动势，也就是每个支路里的感应电动势。 在直流电机中，感应电动势是由于电枢绕组和磁场之间的相对运动即导线切割磁力线而产生的。根据电磁感应定律，电枢绕组中每根导体感应电动势为 对于给定的电机，电枢绕组的电动势（即每一并联支路的电动势）等于并联支路每根导体电动势之和，线速度v与转子的转速n成正比。因此，电枢电动势可用下式表示 ：,4.3.1 电枢电动势,4.3 直流电动机电动势和电磁转矩,43,4.3 直流电动机电动势和电磁转矩,44,在直流电机中，电磁转矩是由电枢电流与气隙磁场相互作用而产生的电磁力所形成的。根据电磁力定律，当电枢绕组有电枢电流流过时，在磁场内将受到电磁力的作用，该力与电机电枢铁芯半径的乘积为电磁转矩。一根导体在磁场中所受电磁力的大小为 ，对于给定的电机，磁感应强度B与每极的磁通成正比；每根导体中的电流ia与从电刷流入（或流出）的电枢电流Ia成正比；导线长度l在电机制成后是个常量。因此，电磁转矩T与电磁力f成正比，即电磁转矩与每极磁通和电枢电流Ia成正比，其大小用下式来表示：,4.3.2 电磁转矩,4.3 直流电动机电动势和电磁转矩,45,4.3 直流电动机电动势和电磁转矩,46,小结 直流电机由定子和转子两部分组成。定子部分包括机座、主磁极、换向极和电刷装置。转子部分包括电枢铁芯、电枢绕组、换向极转轴和轴承等。 导体在磁场中运动产生感应电动势；载流导体在磁场中受力。这两个规律是直流电机工作的基础。 电枢是直流电机的核心。电枢由电枢铁芯及其上的电枢绕组共同组成。电能向机械能转换及机械能向电能转换均是在电枢中完成的。,小 结,47,电枢磁动势的存在使空载时的气隙每极磁通量和气隙磁通密度分布波形发生变化。电枢反应使气隙磁通密度分布发生畸变，在磁路饱和的情况下，每极下的磁通量减少，电枢反应表现为去磁作用，使磁通密度的零点偏离几何中性线。电枢反应对一般用途的中小型直流电机影响不大，但对大中型直流电机有较大影响。 直流电机是可逆的，即从原理上讲，一台直流电机可作为发电机运行，也可作为电动机运行。,小 结,48,5、 变压器基础知识,目 录,49,变压器是将某一种等级的交流电能转变为同频率的另一种等级交流电能的静止电气设备。 作用：变换电压、变换电流和变换阻抗的功能。,5.1变压器概述,50,变压器的图形符号及文字符号,5.1变压器概述,51,一、变压器工作原理,5.1变压器概述,52,（二）变压器的工作原理 变压器是基于电磁感应原理而工作的。变压器本体主要由绕组和铁心组成。工作时，绕组是“电”的通路，而铁心则是“磁”的通路，且起绕组骨架的作用。一次侧输入电能后，因其交变故在铁心内产生了交变的磁场（即由电能变成磁场）；由于匝链（穿透），二次绕组的磁力线在不断地交替变化，所以感应出二次电动势，当外电路沟通时，则产生了感生电流，向外输出电能（即由磁场能又转变成电能）。这种“电磁电”的转换过程是建立在电磁感应原理基础上而实现的，这种能量转换过程也就是变压器的工作过程。,5.1变压器概述,53,2.变压器的外形结构,5.1变压器概述,54,5.1变压器概述,55,三、变压器结构与器身构造,变压器,5.1变压器概述,56,5.1变压器概述,57,5.1变压器概述,58,（一）主变的主要组成部分及其作用 1、铁芯：变压器的磁路部分。铁芯是用导磁性能很好的硅钢片叠放组成的闭合磁路，变压器的原线圈和副线圈都绕在铁芯上。 2、绕组：变压器的电路部分。变压器有原线圈和副线圈，它们是用铜线或铝线绕成圆筒形的多层线圈，绕在铁芯柱上，导线外边采用纸绝缘或纱包绝缘等。 3、套管：支持引出线之间及与变压器箱体绝缘。 110kV及以上套管采用全密封油浸纸绝缘电容式套管，套管自身密封不与变压器本体相同，并充有变压器油，下部装设CT以供测量和保护用。,5.1变压器概述,59,5.1变压器概述,60,4、油枕：油枕保证油箱内充满油，使变压器缩少与空气的接触面，减少油的劣化速度；变压器油温随着负载和环境温度的变化而变化，当油的体积随着温度膨胀或缩少时，油枕起储油及补油作用；在油枕的侧面装有监视油位的油位计（玻璃式、连杆式、铁磁式）。油枕内放置气囊，与呼吸器配合调节油位变化。 5、油箱：承载铁芯和线圈、变压器油。 6、变压器油：绝缘及冷却 。 7、调压装置：调整电压比。 a、有载调压：变压器带负载状态下切换分接头位置 ； b、无载调压：变压器调压时不带任何负载，且与电网断开，在无励磁情况下变换绕组分接头。,5.1变压器概述,61,5.1变压器概述,62,8、净油器：改善运行中绝缘油特性，防止绝缘油继续老化（多应用于有载调压油箱）。净油器内装吸附硅胶，吸收油中的水份及氧化物，使油保持洁净，延长油的使用年限，改善油的电气化学性能。 9、冷却器：当变压器上层油温与下部油温产生温差时，通过散热器形成油的对流，经散热器冷却后流回油箱，起到降低变压器温度的作用。 10、呼吸器：当油枕内的空气随变压器油的体积膨胀或缩少时，排出或吸入的空气都经呼吸器，呼吸器内的干燥剂吸收空气中的水份，对空气起过滤作用，从而保证油的清洁。呼吸器内的硅胶变色过程： 蓝色淡紫色淡粉红（2/3时需更换）。,5.1变压器概述,63,11、瓦斯继电器：变压器的保护装置，装在变压器油箱至油枕的连接管 上。 a、轻瓦斯：通过检测瓦斯继电器中积聚气体达到一定量时动作。 b、重瓦斯：通过检测油流速度达到一定值时动作。 12、防爆阀：当变压器发生内部故障时，温度升高，油剧烈分解产生大量气体，使油箱内压力剧增，当压力达到防爆阀动作值时，防爆阀打开，油及气体油阀门喷出，防止变压器的油箱爆炸或变形。,5.1变压器概述,64,（二）绝缘 1、绝缘等级：绝缘材料按其耐热程度可分为7个等级，它们的最高允许温度也各不相同。 各级绝缘材料通常有： Y级绝缘材料：棉纱、天然丝、再生纤维素为基础的纱织品，纤维素的 纸、纸板、木质板等。 A级绝缘材料：经耐温达 的液体绝缘材料浸渍过的棉纱、天然丝、再生 纤维素等制成的纺织品、浸渍过的纸、纸板、木质板等。 E级绝缘材料：聚脂薄膜及其纤维等。 B级绝缘材料：以云母片和粉云母纸为基础的材料。 F级绝缘材料：玻璃丝和石棉及以其为基础的层压制品。H级绝缘材料：玻璃丝布和玻璃漆管浸以耐热 的有机硅漆。 C级绝缘材料：玻璃、电瓷、石英等。,5.1变压器概述,65,2、绝缘结构 变压器的绝缘分为外绝缘和内绝缘两种：外绝缘指的是油箱外部的绝缘，主要是一次、二次绕组引出线的瓷套管，它构成了相与相之间和相对地的绝缘；内绝缘指的是油箱内部的绝缘，主要是绕组绝缘和内部引线的绝缘以及分接开关的绝缘等 。 绕组绝缘又可分为主绝缘和纵绝缘两种。主绝缘指的是绕组与绕组之间、绕组与铁心及油箱之间的绝缘；纵绝缘指的是同一绕组匝间以及层间的绝缘。,5.1变压器概述,66,1、高压绕组间绝缘、绕组对地（铁心、油箱）绝缘； 2、各相间的绝缘； 3、引出线对地和其它绕组的绝缘； 4、分接开关对地和其它绕组的绝缘。,1、同一绕组中的不同点，如线饼间、层间、线匝间的绝缘； 2、同一绕组的各引出线间的绝缘； 3、分接开关各部分的绝缘。,5.1变压器概述,67,4、电力变压器的分类及特点,电力变压器的分类 根据电力变压器的用途和结构等特点可分如下几类： （1）按用途分有：升压变压器（使电力从低压升为高压，然后经输电 线路向远方输送）；降压变压器（使电力从高压降为低压，再由 配电线路对近处或较近处负荷供电）。 （2）按相数分有：单相变压器；三相变压器。 （3）按绕组分有：单绕组变压器（为两级电压的自耦变压器）；双绕 组变压器；三绕组变压器。,5.1变压器概述,68,（4）按绕组材料分有：铜线变压器；铝线变压器。 （5）按调压方式分有：无载调压变压器；有载调压变压器。 （6）按冷却介质和冷却方式分有： a）油浸式变压器。冷却方式一般为自然冷却，风冷却（在散热器上安装风扇），强迫风冷却（在前者基础上还装有潜油泵，以促进油循环）此外，大型变压器还有采用强迫油循环风冷却、强迫油循环水冷却等。 b）干式变压器。绕组置于气体中（空气或六氟化硫气体），或是浇注环氧树脂绝缘。它们大多在部分配电网内用作配电变压器。目前已可制造到35KV级，其应用前景很广。,5.1变压器概述,69,5、变压器铭牌及技术参数,变压器的型号 变压器的型号分两部分，前部分由汉语拼音字母组成，代表变压器的类别、结构特征和用途，后一部分由数字组成，表示产品的容量（KVA）和高压绕组电压（KV）等级。 汉语拼音字母含义如下： 第1部分表示相数。 D单相（或强迫导向）；S三相 第2部分表示冷却方式。 J油浸自冷；F油浸风冷； FP强迫油循环风冷； SP强迫油循环水冷。,5.1变压器概述,70,第3部分表示电压级数。 S三级电压；无S表示两级电压 其他：O全绝缘；L铝线圈或防雷；O自耦（在首位时表示降压自耦，在末位时表示升压自耦）；Z有载调压； TH湿热带（防护类型代号）；TA干热带（防护类型代号）,5.1变压器概述,71,（1）额定容量（SN） 额定容量是制造厂所规定的在额定工作状态（即在额定电压、额定频率、额定使用条件下的工作状态）下变压器输出的视在功率的保证值，以SN表示。 额定容量通常是指高压绕组的容量；当变压器容量因冷却方式而变更时，则额定容量是指它的最大容量。 （2）额定电流（I1、I2） 变压器一、二次额定电流是指在额定电压和额定环境温度下使变压器各部分不超温的一、二次绕组长期允许通过的线电流，单位以A表示。,5.1变压器概述,72,（3）额定电压（UN） 变压器的额定电压就是各绕组的额定电压，是指额定施加的或空载时产生的电压。一次额定电压U1N 是指接到变压器一次绕组端点的额定电压值；二次额定电压U2N是指当一次绕组所接的电压为额定值、分接开关放在额定分触头位置上，变压器空载时二次绕组的电压（单位为V或KV）。三相变压器的额定电压指的均是线电压。 一般情况下在高压绕组上抽出适当的分接头，因为高压绕组或其单独调压绕组常常套在最外面，引出分接头方便；其次是高压侧电流小，引出分接引线和分接开关的载流部分截面小，分接开关接触部分容易解决。,5.1变压器概述,73,（5）阻抗电压（短路阻抗） 阻抗电压也称短路电压（Uz%），它表示变压器通过额定电流时在变压器自身阻抗上所产生的电压损耗（百分值）。 用试验求取的方法为：将变压器二次侧短路，在一次侧逐渐施加电压，当二次绕阻通过额定电流时，一次绕阻施加的电压Uz与额定电压Un之比的百分数,即：Uz%=Uz/Un100%。 正常运行时，阻抗电压少一些较好，因为阻抗电压过大时，会产生过大的电压降，而在变压器发生短路时，阻抗电压大一些较好，因可以限制短路电流，否则变压器经受不住短路电流冲击。,5.1变压器概述,74,（6）空载电流（I0） 变压器一次侧施加（额定频率的）额定电压，二次侧断开运行时称为空载运行，这时一次绕组中通过的电流称空载电流，它主要仅用于产生磁通，以形成平衡外施电压的反电动势，因此空载电流可看成也就是励磁电流。变压器容量大小、磁路结构和硅钢片的质量好坏，是决定空载电流的主要因素。 （7）空载损耗（P0） 空载电流的有功分量I0a为损耗电流，由电源所汲取的有功功率称空载损耗P0 。空载损耗主要决定于铁心材质的单位损耗 。,5.1变压器概述,75,（8）短路损耗（Pf） 短路损耗变压器二次侧短接、一次绕组通过额定电流时变压器由电源所汲取的（亦即消耗的）功率（单位为W或KW）。 （9）连接组别 表示变压器各相绕组的连接方式和一、二次线电压之间的相位关系。符号顺序由左至右各代表一、二次绕组的连接方式，数字表示两个绕组的连接组号。一般的高压变压器基本都是Yn，Y,d11接线。在变压器的联接组别中“Yn”表示一次侧为星形带中性线的接线，Y表示星形，n表示带中性线；“d”表示二次侧为三角形接线。“11”表示变压器二次侧的线电压Uab滞后一次侧线电压UAB330度（或超前30度）。,5.1变压器概述,76,5.1变压器概述,特殊变压器,77,1 仪用互感器,1.电压互感器 用于供电系统监测高压电网中的电压变化情况，将其变成标准等级的低压以供测量仪表使用。 特点：原边匝数多，副边匝数少,变比大；原边按不同电网电压等级设定，副边额定电压均为100伏。,用来扩大测量仪表的测量范围,5.1变压器概述,78,工作原理：实测电压值为副边电压表读数乘以变比。 注意事项：电压互感器副边不能短路，否则会因过大的绕组电流而烧毁线圈；副绕组、铁心、外壳必须可靠接地，以保证工作人员安全。,5.1变压器概述,79,2.电流互感器,主要用在电网线路中的大电流测量。 特点：原边匝数很少（一匝或几匝），副边匝数较多；副边接仪用电流表或其它电流线圈，原边额定电流为1015000安，副边额定电流均采用5安。,5.1变压器概述,80,工作原理：实测电流值等于副边电流表的读数乘以电流比。 注意事项：电流互感器在运行、接入、退出时，绝不能使副边开路，否则会因过高的副边感应电势而击穿绕组，伤及工作人员；副绕组、铁心、外壳必须可靠接地，以保证工作人员安全。,5.1变压器概述,81,1.4.2 自耦变压器,普通双绕组变压器只有磁的耦合，而无电的直接联系，自耦变压器的原副边两种联系同时存在。 特点：一个原副边共用一个线圈，带有可滑动抽头的变压器,5.1变压器概述,82,工作原理： 注意事项：自耦变压器低压侧的设备必须有高压保护装置，以及短路保护措施。,5.1变压器概述,83,1.4.3 电焊变压器,特点： 电焊时要求有下降的外特性，即起弧电压要高,(6085伏)； 起弧后，要求电压迅速下降,(约30伏)； 短路时，短路电流不要过大。,常用交流电焊机实际是特殊变压器。,5.1变压器概述,84,5.2 电力变压器的安装,85,依据标准： 建筑工程施工质量验收统一标准GB50300-2001 建筑电气工程施工质量验收规范GB50303-2002,5.2电力变压器的安装,86,施工准备： 一、设备及材料要求： 1：变压器应装有铭牌。铭牌上应注明制造厂名、额定容量，一二次额定电压，电流，阻抗电压%及接线组别等技术数据。 2：变压器的容量，规格及型号必须符合设计要求。附件、备件齐全， 并有出厂合格证及技术文件。 3：干式变压器的局放试验PC值及噪音测试器dB（A）值应符合设计及标准要求。 4：带有防护罩的干式变压器，防护罩与变压器的距离应符合标准的规定，不小于表2.1.4的尺寸。 5型钢：各种规格型钢应符合设计要求，并无明显锈蚀。 6螺栓：除地脚螺栓及防震装置螺栓外，均应采用镀锌螺栓，并配相应的平垫圈和弹簧垫。,5.2 电力变压器的安装,87,7其它材料：蛇皮管，耐油塑料管，电焊条，防锈漆，调和漆及变压器油，均应符合设计要求，并有产品合格证。 二、主要机具： 1：搬运吊装机具：汽车吊，汽车，卷扬机，吊链，三步搭，道木，钢丝绳，带子绳，滚杠。 2：安装机具：台钻，砂轮，电焊机，气焊工具，电锤，台虎钳，活扳子、鎯头，套丝板。 3：测试器具：钢卷尺，钢板尺，水平，线坠，摇表，万用表，电桥及试验仪器。 三、作业条件： 1：施工图及技术资料齐全无误。,5.2 电力变压器的安装,88,干式变压器防护类型、容量、规格及质量图表,5.2 电力变压器的安装,89,2：土建工程基本施工完毕，标高、尺寸、结构及预埋件焊件强度均符合设计要求。 3：变压器轨道安装完毕，并符合设计要求（注：此项工作应由土建作，安装单位配合）。 4：墙面、屋顶喷浆完毕，屋顶无漏水，门窗及玻璃安装完好。 5：室内地面工程结束，场地清理干净，道路畅道。 6：安装干式变压器室内应无灰尘，相对湿度宜保持在70%以下。,5.2 电力变压器的安装,90,三、操作工艺 1、工艺流程： 设备点件检查变压器二次搬运变压器稳装附件安装变压器吊芯检查及交接试验送电前的检查送电运行验收 2、设备点件检查： （1）设备点件检查应由安装单位、供货单位、会同建设单位代表共同进行，并作好记录。 （2）按照设备清单，施工图纸及设备技术文件核对变压器本体及附件备件的规格型号是否符合设计图纸要求。是否齐全，有无丢失及损坏。 （3）变压器本体外观检查无损伤及变形，油漆完好无损伤。 （4）油箱封闭是否良好，有无漏油、渗油现象，油标处油面是否正常，发现问题应立即处理。 （5）绝缘瓷件及环氧树脂铸件有无损伤、缺陷及裂纹。,5.2 电力变压器的安装,91,3、变压器二次搬运： 1：变压器二次搬运应由起重工作业，电工配合。最好采用汽车吊吊装，也可采用吊链吊装，距离较长最好用汽车运输，运输时必须用钢丝绳固定牢固，并应行车平稳，尽量减少需动；距离较短且道路良好时，可用卷扬机、滚杠运输。变压器重量及吊装点高度可参照表3.3.1.1及表3.3.1.2。,5.2 电力变压器的安装,92,2、变压器吊装时，索具必须检查合格，钢丝绳必须挂在油箱的吊钩上，上盘的吊环仅作吊芯用，不得用此吊环吊装整台变压器（图3.3.2）。 图3.3.2,5.2 电力变压器的安装,93,3：变压器搬运时，应注意保护瓷瓶，最好用木箱或纸箱将高低压瓷瓶罩住，使其不受损伤。 4：变压器搬运过程中，不应有冲击或严重震动情况，利用机械牵引时，牵引的着力点应在变压器重心以下，以防倾斜，运输斜角不得超过15，防止内部结构变形。 5：用千斤顶顶升大型变压器时，应将千斤顶放置在油箱专门部位。 6：大型变压器在搬运或装卸前，应核对高低压侧方向，以免安装时调换方向发生困难。 四、变压器稳装： 1：变压器就位可用汽车吊直接甩进变压器室内，或用道木搭设临时轨道，用三步搭、吊链吊至临时轨道上，然后用吊练拉入室内合适位置。,5.2 电力变压器的安装,94,2：变压器就位时，应注意其方位和距墙尺寸应与图纸相符，允许误差为25mm，图纸无标注时，纵向按轨道定位，横向距离不得小于800mm，距门不得小于1000mm，并适当照顾屋内吊环的垂线位于变压器中心，以便于吊芯，干式变压器安装图纸无注明时，安装、维修最小环境距离应符合图3.4.2要求。,5.2 电力变压器的安装,95,3：变压器基础的轨道应水平，轨距与轮距应配合，装有气体继电器的变压器，应使其顶盖沿气体继电器汽流方向有1%1.5%的升高坡度（制造厂规定不需安装坡度者除外）。 4：变压器宽面推进时，低压侧应向外；窄面推进时，油枕侧一般应向外。在装有开关的情况下，操作方向应留有1200mm以上的宽度。 5：油浸变压器的安装，应考虑能在带电的情况下，便于检查油枕和套管中的油位、上层油温、瓦斯继电器等。 6：装有滚轮的变压器，滚轮应能转动灵活，在变压器就位后，应将滚轮用能折卸的制动装置加以固定。 7：变压器的安装应采取抗地震措施（稳装在混凝土地坪上的变压器安装见图3.4.7.1，有混凝土轨梁宽面推进的变压器安装见图3.4.7.2）。,5.2 电力变压器的安装,96,5.2 电力变压器的安装,97,五、附件安装： 1：气体继电器安装： （1）气体继电器安装前应经检验鉴定： （2）气体继电器应水平安装，观察窗应装在便于检查的一侧，箭头方向应指向油枕，与连通管的连接应密封良好。截油阀应位于油枕和气体继电器之间。 （3）打开放气嘴，放出空气，直到有油溢出时将放气嘴关上，以免有空气使继电保护器误动作。 （4）当操作电源为直流时，必须将电源正极接到水银侧的接点上，以免接点断开时产生飞弧。 （5）事故喷油管的安装方位，应注意到事故排油时不致危及其它电器设备；喷油管口应换为割划有“十”字线的玻璃，以便发生故障时气流能顺利冲破玻璃。,5.2 电力变压器的安装,98,2：防潮呼吸器的安装： （1）防潮呼吸器安装前，应检查硅胶是否失效，如已失效，应在115120温度烘烤8小时，使其复原或更新。浅蓝色硅胶变为浅红色，即已失效；白色硅胶，不加鉴定一律烘烤。 （2）防潮呼吸器安装时，必须将呼吸器盖子上橡皮垫去掉，使其通畅，并在下方隔离器具中装适量变压器油，起滤尘作用。,5.2 电力变压器的安装,99,3、温度计的安装： （1）套管温度计安装，应直接安装在变压器上盖的预留孔内，并在孔内加以适当变压器油。刻度方向应便于检查。 （2）电接点温度计安装前应进行校验，油浸变压器一次元件应安装在变压器顶盖上的温度计套筒内，并加适当变压器油；二次仪表挂在变压器一侧的预留板上。干式变压器一次元件应按厂家说明书位置安装，二次仪表安装在便于观侧的变压器护网栏上。软管不得有压扁或死弯弯曲半径不得小于50mm，富余部分应盘圈并固定在温度计附近。 （3）干式变压器的电阻温度计，一次元件应预埋在变压器内，二次仪表应安装值班室或操作台上，导线应符合仪表要求，并加以适当的附加电阻校验调试后方可使用。,5.2 电力变压器的安装,100,4、电压切换装置的安装： （1）变压器电压切换装置各分接点与线圈的联线应紧固正确，且接触紧密良好。转动点应正确停留在各个位置上，并与指示位置一致。 （2）电压切换装置的拉杆、分接头的凸轮、小轴销子等应完整无损；转动盘应动作灵活，密封良好。 （3）电压切换装置的传动机构（包括有载调压装置）的固定应牢靠，传动机构的摩擦部分应有足够的润滑油。 （4）有载调压切换装置的调换开关的触头及铜辫子软线应完整无损，触头间应有足够的压力（一般为810kg）。 （5）有载调压切换装置转动到极限位置时，应装有机械联锁与带有限位开关的电气联锁。 （6）有载调压切换装置的控制箱一般应安装在值班室或操作台上，联线应正确无误，并应调整好，手动、自动工作正常，档位指示正确。 （7）电压切换装置吊出检查调整时，暴露在空气中的时间应符合表3.5.4.7的规定。,5.2 电力变压器的安装,101,5、变压器联线： （1）变压器的一、二次联线、地线、控制管线均应符合相应各章的规定。 （2）变压器一、二次引线的施工，不应使变压器的套管直接承受应力（图3.5.5.2）。,图3.5.5.2 母线与变压器低压端子连接图,5.2 电力变压器的安装,102,（3）变压器工作零线与中性点接地线，应分别敷设。工作零线宜用绝缘导线。 （4）变压器中性点的接地回路中，靠近变压器处，宜做一个可拆卸的连接点。 （5）油浸变压器附件的控制导线，应采用具有耐油性能的绝缘导线。靠近箱壁的导线，应用金属软管保护，并排列整齐，接线盒应密封良好。,5.2 电力变压器的安装,103,6、变压器吊芯检查及交接试验： 1、变压器吊芯检查： （1）变压器安装前应作吊芯检查。制造厂有特殊规定者，1000kVA以下，运输过程中无异常情况者，短途运输，事先参与了厂家的检查并符合规定，运输过程中确认无损伤者，可不做吊芯。 （2）吊芯检查应在气温不低于0，芯子温度不低于周围空气温度、空气相对湿度不大于75%的条件下进行（器身暴露在空气中的时间不得超过16h）。 （3）所有螺栓应紧固，并应有防松措施。铁芯无变形，表面漆层良好，铁芯应接地良好。 （4）线圈的绝缘层应完整，表面无变色、脆裂、击穿等缺陷。高低压线圈无移动变位情况。 （5）线圈间、线圈与铁芯、铁芯与轭铁间的绝缘层应完整无松动。 （6）引出线绝缘良好，包扎紧固无破裂情况，引出线固定应牢固可靠，其固定支架应紧固，引出线与套管连接牢靠，接触良好紧密，引出线接线正确。,5.2 电力变压器的安装,104,（7）所有能触及的穿心螺栓应联接坚固。用摇表测量穿心螺栓与铁芯及轭铁、以及铁芯与轭铁之间的绝缘电阻，并做1000V的耐压试验。 （8）油路应畅通，油箱底部清洁无油垢杂物，油箱内壁无锈蚀。 （9）芯子检查完毕后，应用合格的变压器油冲洗，并从箱底油堵将油放净。吊芯过程中，芯子与箱壁不应碰撞。 （10）吊芯检查后如无异常，应立即将芯子复位并注油至正常油位。吊芯、复位、注油必须在16h内 完成。 （11）吊芯检查完成后，要对油系统密封进行全面检查，不得有漏油渗油现象。 （12）变压器的交接试验： （13）变压器的交接试验应由当地供电部门许可的试验室进行。试验标准应符合规范要求、当地供电部门规定及产品技术资料的要求。,5.2 电力变压器的安装,105,七：变压器交接试验的内容： A、测量绕组连同套管的直流电阻； B、检查所有分接头的变压比； C、检查变压器的三相结线组别和单相变压器引出线的极性； D、测量绕组连同套管的绝缘电阻、吸收比或极化指数； E、测量绕组连同套管的介质损耗角正切值tg； F、测量绕组连同套管的直流泄漏电流； G、绕组连同套管的交流耐压试验； H、绕组连同套管的局部放电试验； i、测量与铁芯绝缘的各紧固件及铁芯接地线引出套管对外壳的绝缘电阻； K、绝缘油试验： 1、有载调压切换装置的检查和试验； M、额定电压下的冲击合闸试验； N、检查相位； O、测量噪音。,5.2 电力变压器的安装,106,八、变压器送电前的检查： （1）变压器试运行前应做全面检查，确认符合试运行条件时方可投入运行。 （2）变压器试运行前，必须由质量监督部门检查合格。 1、变压器试运行前的检查内容： （1）各种交接试验单据齐全，数据符合要求。 （2）变压器应清理、擦拭干净，顶盖上无遗留杂物，本体及附件无缺损，且不渗油。 （3）变压器一、二次引线相位正确，绝缘良好。 （4）接地线良好。 （5)通风设施安装完毕，工作正常，事故排油设施完好；消防设施齐备。 （6）油浸变压器油系统油门应打开，油门指示正确，油位正常。,5.2 电力变压器的安装,107,（7）油浸变压器的电压切换装置及干式变压器的分接头位置放置正常电压档位。 （8）保护装置整定值符合规定要求；操作及联动试验正常。 （9）干式变压器护栏安装完毕。各种标志牌挂好，门装锁。,5.2 电力变压器的安装,108,九、变压器送电试运行验收： 1、送电试运行： （1）变压器第一次投入时，可全压冲击合闸，冲击合闸时一般可由高压侧投入。 （2）变压器第一次