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第一篇 电机与变压器
在电力生产中，发电机和变压器是发电、输配电中的主要设备。将水、热、风及太阳能等能源转换成电能，都需要发电机；经济地传输和分配电能，必须使用变压器 （升压、降压），将不同电压等级的电能配送到各个用电单位。
人类的生活及社会的发展需要不断动自然界取得能源，用以丰富和提高自身的生活水平和文明程度。电能的产生、传输、分配、控制和转换都是既方便又高效率的，所以它成了各种能量转换的中间环节。
项目一 变压器
认识自耦变压器和互感器
任务四
了解变压器在相关专业中的应用
任务五
变压器的极性判别
任务三
变压器的功能分析
任务二
认识变压器
任务一
变压器的维护、检修及耐压试验
任务三
项目一 变压器
学习目标
1.掌握变压器的作用及工作原理 ；
2.掌握变压器的基本结构 ；
3.掌握变压比的概念；
4.了解变压器的应用；
一、单相变压器结构
任务一 认识变压器
单相变压器主要由铁芯和绕组两部分组成，如图所示。
铁芯是变压器中很重要的一部分，一方面作为变压器的机械骨架，另一方面，还可以构成闭合磁路。铁芯有铁芯柱和铁轭两部分组成，铁芯柱用来套装变压器线圈，而铁轭的作用则是连接铁芯柱，从而构成闭合磁路。
一、单相变压器结构
任务一 认识变压器
1.铁芯
任务一 认识变压器
一、单相变压器结构
1.铁芯
根据铁芯的形式不同，变压器可分为心式变压器和壳式变压器，其套装方式分别如图所示。
心式变压器采用心式铁芯，把绕组套装在两侧的铁芯柱上，即绕组包围铁芯的形式，应用比较广泛
壳式变压器采用壳式铁芯，把绕组分别套装在中间的铁芯柱上，即铁芯包围绕组的形式
任务一 认识变压器
一、单相变压器结构
2.绕组
绕组是变压器的电路部分。
绕组的材质：漆包线，纱包线，丝包线,纸包线。对于导线的要求是导电性能好，绝缘漆层有足够的耐热性能，并且要有一定的耐腐蚀能力。一般情况下最好用高强度的聚脂漆包线。
绕组的名称：变压器的两组线圈通常可以根据电压高低分为高压绕组和低压绕组，根据连接对象的不同分为一次绕组（接电源，有时也称为原边绕组）和二次绕组（接负载，通常可以称为副边绕组）。
变压器是利用电磁感应原理工作的
二、工作原理
任务一 认识变压器
原理叙述：给一次绕组施加交变电压 ，在绕组中产生交变电流 ，从而在铁芯中产生交变磁通Ф，根据电磁感应原理，磁通的变化在一次绕组和二次绕组中分别产生感应电动势e1和e2，若把负载接在二次绕组上，就会有电流流过负载，实现电能的传递，同时，e1和e2的大小与一次和二次绕组的匝数成正比，所以只要改变一次、二次绕组的匝数之比就可以改变电压输出的大小
三、分类
单相变压器、三相变压器和多相变压器。
1.按相数分
变压器的种类很多，主要有以下几种分类方法。
任务一 认识变压器
（a）单相变压器 （b）三相变压器
任务一 认识变压器
三、分类
2.按冷却方式分
（1）干式变压器：利用空气对流进行自然冷却或采用通风机进行强迫式冷却。
（2）油浸式变压器：利用变压器油作为冷却介质，如油浸自冷式、油浸风冷式、强迫油循环自冷式和强迫油循环风冷式等。
(a)干式变压器 (b)油浸式变压器
任务一 认识变压器
三、分类
3.按用途分
(a)升压变压器 (b)降压变压器 (c)配电变压器
（1）电力变压器：用于输配电系统的升压、降压及配电。
（2）仪用变压器：如电压互感器、电流互感器，用于测量仪表和继电保护装置。
（3）隔离变压器：实现对一次侧和二次侧电路的电气隔离。
（4）特种变压器：如电炉变压器、整流变压器、调整变压器、电容式变压器等。
任务一 认识变压器
三、分类
4.按绕组构成分
5. 按铁芯形式分
有心式变压器和壳式变压器。
有双绕组变压器、三绕组变压器、多绕组变压器和自耦变压器等。
任务一 认识变压器
四、变压器的技术参数
每台变压器都有一个铭牌，如图所示，表明其型号及主要技术参数，作为正确使用该变压器的依据
任务一 认识变压器
四、变压器的技术参数
1.型号
型号为S9—M800/6，其中S表示三相电力变压器，9表示设计序号，M表示密封式，800表示其额定容量为800KVA，6表示其高压侧电压为6KV。变压器的型号及含义如下所示：
任务一 认识变压器
四、变压器的技术参数
2.额定电压
3. 额定电流
额定电流是指变压器满载运行时的允许发热电流值，在三相变压器中，额定电流是指绕组的线电流。
一次绕组额定电压是指在考虑到变压器的绝缘强度和允许发热等条件的情况下，加在一次绕组上的正常工作电压值，由于供电电网电压的波动，一般会给定三个电压值，根据实际情况选择，以保证二次绕组的电压符合负载要求
二次绕组额定电压是指变压器空载时，二次绕组的正常工作电压值。
对三相变压器来说，额定电压是指绕组的线电压。
任务一 认识变压器
四、变压器的技术参数
4.额定容量
额定容量是指变压器在额定状态下工作时，二次绕组的视在功率，单位为KVA，它反映的是变压器传送功率的能力大小。
单相变压器：
三相变压器：
变压器的技术参数还有很多，比如额定频率、短路阻抗、效率等，在此就不一一列举了。
任务一 认识变压器
五、变压器的损耗和效率
1.损耗
铜损耗主要是由于一次和二次绕组通入电流而产生的电阻损耗，其大小与电流的平方成正比，所以又称为可变损耗。另外还有一部分由于漏磁通而产生的附加铜损耗，约占基本铜损耗的3%~20%。
若变压器的输入功率为P1 ，输出功率为P2 ，中间的损耗△ P为 ，则P2=P1- △ P 。
由于变压器属于静止电器，没有旋转部件，不存在机械损耗，所以其损耗主要包括两部分：铜损耗和铁损耗。
任务一 认识变压器
五、变压器的损耗和效率
2.效率
铁损耗包括基本铁损耗和附加铁损耗两部分，基本铁损耗是指铁芯中的磁滞损耗和涡流损耗，附加损耗是指因铁芯叠片因绝缘损伤而产生的局部涡流损耗以及主磁通在铁芯以外的结构部件中产生的涡流损耗。由于铁损耗主要与铁芯中的磁通有关，在电源电压一定时，铁芯中的磁通基本不变，铁损耗也基本不变，因此铁损耗又称为不变损耗。
变压器的输出功率与输入功率之比称为变压器的效率，用η表示，即η=（ P2/ P1）×100％
任务二 变压器的功能分析
一、变换电压
K:变压比是指变压器一次绕组与二次绕组的相电动势之比，它是变压器最重要的参数之一。
任务二 变压器的功能分析
所以，变压器有变换电压的作用，也正因如此,变压器在电力系统、铁路机车、轨道交通车辆和电子电路中都得到了广泛应用。
变压器一次绕组和二次绕组的电压与其绕组匝数成正比，即匝数较多的绕组其电压较高，而匝数较少的绕组其电压较低，若一次绕组的输入电压一定，则改变二次绕组的匝数或一次、二次绕组匝数之比就可改变二次绕组的输出电压。
一、变换电压
任务二 变压器的功能分析
二、变换电流
变压器除了改变电压之外，还可以改变电流的大小，而且一次绕组电流、二次绕组电流与绕组的匝数成反比，即匝数较多的绕组其电流较小，而匝数较少的绕组其电流较大。
任务二 变压器的功能分析
三、变换阻抗
在经变压器变换电压后，阻抗为的∣ZL∣负载对电源来说，等效阻抗增加为原来的K 倍。
任务三 变压器的极性判别
一、变压器绕组的极性
变压器模型
变压器绕组的极性
变压器绕组的极性指的是变压器一次绕组、二次绕组在同一磁通作用下产生的感应电动势之间的相位关系，通常用同名端来标记。
任务三 变压器的极性判别
二、极性的判别
1.直观法
绕组的极性是由它的绕制方向决定的，所以可以通过直观法判断它们的极性。如图所示，如果从绕组的某端通入直流电，产生的磁通方向一致的这些端点就是同名端（右手螺旋法则判别）。
任务三 变压器的极性判别
2.测试法
（1）交流法（电压表法）
二、极性的判别
任务三 变压器的极性判别
2.测试法
（2）直流法（检流计法）
二、极性的判别
任务四 认识自耦变压器和互感器
一、自耦变压器
自耦变压器的工作原理与普通变压器是一样的，根据电磁感应原理，流经公共绕组中的电流I的大小为I=I2-I1
可见，流经公共绕组中的电流较小，所以这部分绕组可以用截面积较小的导线绕制，节省用铜量，并减小自耦变压器的体积和重量。
自耦变压器是一种特殊结构的变压器，一次绕组和二次绕组合二为一，一个绕组是另一个绕组的一部分，如图所示，自耦变压器的一次绕组和二次绕组之间既有磁的耦合，也有电的直接联系。
任务四 认识自耦变压器和互感器
二、互感器
要做一个直接测量大电流、高电压的仪表是很困难的，操作起来也是十分危险的。利用变压器能改变电压和电流的功能，制造出特殊的变压器——仪用变压器（或称互感器）。互感器是一种测量用的专用设备，分电流互感器和电压互感器两种，其工作原理与变压器相同，把高电压变成低电压，就是电压互感器，把大电流变成小电流，就是电流互感器。
使用仪用互感器的目的一是为了测量人员的安全，使测量回路与高压电网相互隔离，二是可以扩大测量仪表（电流表或电压表）的测量范围。
任务四 认识自耦变压器和互感器
二、互感器
1.电压互感器
电压互感器原理
1-二次绕组；2-铁心；3-一次绕组
电压互感器是把高电压降低后进行测量的电工设备，它本质上就是一台降压变压器，使用时其一次侧与待测电路并联，二次侧与电压表或其他仪表的电压线圈并联，如图所示。
任务四 认识自耦变压器和互感器
（2）电压互感器的铁芯及二次侧的一端必须可靠地接地，以防绝缘破坏时铁心和绕组带高压电，保证工作人员的安全。
（3）电压互感器有一定的额定容量，使用时二次侧不宜接入过多的仪表，以免影响电压互感器的测量精度。
使用电压互感器的注意事项：
（1）电压互感器的二次侧在使用时绝对不允许短路，否则将产生巨大的短路电流，将电压互感器烧坏。为此，二次侧要装熔断器保护。
任务四 认识自耦变压器和互感器
2.电流互感器
电流互感器是把大电流降低后进行测量的电工设备，根据变压器的功能可知，要降低电流就必须要升高电压，所以电流互感器实质上是一台升压变压器。使用时一次侧与待测电路串联，二次侧与交流电流表或功率表的电流线圈相接，如图所示。
任务四 认识自耦变压器和互感器
电流互感器使用时需要注意的事项：
（1）电流互感器的二次侧绝对不允许开路，否则会产生高压，危机仪表和人身安全，因此电流互感器的二次侧不能接熔断器；运行中如果要拆下电流表，必须先将二次侧短路才行。
（2）电流互感器的铁芯和二次侧一端必须可靠接地，以保证操作人员和设备的安全。
（3）电流互感器的一次侧、二次侧绕组有同名端标记，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”。并且所用互感器的准确度等级应比所接的仪表准确度高两级，以保证测量准确度。
任务五 了解变压器在相关专业中的应用
一、普通油浸式变压器
电力系统普遍采用三相四线制供电，并且用三相电力变压器来实现电压的变换，目前应用最广泛的是油浸式变压器，如图所示。
三相电力变压器主要由器身、油箱、冷却系统和保护装置等部件组成。
油浸式变压器
任务五 了解变压器在相关专业中的应用
1.器身
2.油箱和冷却系统
一、普通油浸式变压器
铁芯：变压器的磁路部分
绕组：变压器的电路部分
3.保护装置
（1）安全气道（防爆管或压力释放阀）
（2）气体继电器
任务五 了解变压器在相关专业中的应用
二、铁路机车用主变压器
目前铁路系统应用比较广泛的HXD3型电力机车采用JQFP2-9006/25(DL)型主变压器，它将25KV的接触网电压变换为电力机车所需的各种低电压，以满足电力机车各种电机电器工作的需要，外形如图所示。
该变压器由器身（铁芯和绕组）、油箱、冷却系统、保护装置和其它附属装置组成。
HXD3型电力机车主变压器结构
任务五 了解变压器在相关专业中的应用
三、城轨车辆专业用变压器
在城轨车辆上，低压系统及控制电源必须实现与高网压DC1500V在电气电位上的隔离，最佳的隔离方式为采用隔离变压器。如武汉轻轨一号线车辆，直流750V电源通过主隔离开关和断路器由第三轨接入逆变器设备，该变压器一是可以提供300V/380V的电压，二是具备绝缘和电气隔离的作用。
任务六 变压器的维护、检修及耐压试验
一、变压器的维护
1.检查瓷套管是否清洁，有无裂纹与放电痕迹，螺纹有无损坏及其它异常现象，如果发现应尽快停电更换。
2.检查各密封处有无渗油和漏油现象，严重的要及时处理。
3.检查储油柜油位高度及油色是否正常（储油柜旁边一般有油位指示器），发现异常应及时处理。
4.注意变压器运行时的声响是否正常。
5.检查箱顶油面温度计的温度是否符合规定（变压器油受热后液面上升，其上部温度较高，所以一般在油箱顶部设有温度计来检测变压器油的温度）。6.查看防爆管的玻璃膜是否完好，或压力释放阀的膜盘是否顶开。
一、变压器的维护
7.检查油箱接地是否完好。
8.检查瓷套管引出排及电缆头接头处有无发热、变色及异状，若发现异常，应停电检查，找出原因后修复。
9.察看高、低压侧电流、电压是否正常。
10.定期进行油样化验及观察硅胶是否吸潮变色（储油柜与大气之间经吸湿器连接，吸湿器一般采用变色硅胶，干燥时呈蓝色，吸湿后变为红色），若有三分之二以上变为红色，则需进行更换或干燥处理。
11.冷却装置是否正常，油循环是否破坏。
另外，要注意变压器室的门窗和通道的封闭情况，在进出变压器室时应及时关门，以防小动物进入变压器室造成事故。
任务六 变压器的维护、检修及耐压试验
二、变压器故障检查
1.观察法
变压器的故障如过载、短路、接触不良、打火等通常都反映在发热上，变压器油温上升，有气体、油冲出，有焦味，有爆裂声、打火声等，可以观察变压器上的保护装置是否动作；防爆膜是否冲破；喷出油的颜色是否变黑或有焦味（变黑、有焦味说明故障严重）；上层油温是否超过85°；液面是否正常；各连接部位是否漏油；箱内有无不正常的声音。总之，通过看、闻、听就可大致判断变压器是否有问题。
任务六 变压器的维护、检修及耐压试验
2.测试法
对于观察无法进一步判断的问题，必须用仪表测试才能作出正确的判断。
1）2500V兆欧表测相间和每相对地的绝缘电阻可以发现绝缘破坏的情况。
对于6~10kV电力变压器绝缘电阻要求如下：
①10~20℃时应为600~300MΩ；
②30~40℃时应为150~80MΩ；
③50~60℃时应为45~24MΩ；
④70~80℃时应为13~8MΩ；
二、变压器故障检查
任务六 变压器的维护、检修及耐压试验
2.测试法
2）绕组的直流电阻测量
绕组的直流电阻往往测量的是两根相线之间的线电阻，小容量变压器可用单臂电桥（惠斯登电桥）测量，电桥精度为0.5级；大容量变压器可用双臂电桥（开尔文电桥，可测1Ω以下电阻）测量，电桥精度为0.2级。三相线电阻值相差不超过2%。
当分接开关在不同位置，测得的电阻值相差很大时，就可能是分接开关接触有问题。绕组的直流电阻测量可查出匝间短路、断路、引线与套管接触不良等。
二、变压器故障检查
任务六 变压器的维护、检修及耐压试验
三、变压器的拆装检修
1.检修时不要将工具、螺钉、螺母等异物落入变压器内，以防止造成事故。
2.检修前应将变压器油放掉一部分。盛油容器应清洁、干燥并需加盖防尘防潮，应对油进行化验以确定是否能继续使用，若油不够，须添补同型号的合格的新油。
3.吊铁芯时应尽量使吊钩装得高些，使钢绳的夹角不大于45o，以防油箱盖板变形。
4.如果仅将铁芯吊起一部分进行检修，应在箱盖与箱壳间垫牢支撑物，以防铁芯下落发生事故。
5.变压器的所有紧固螺钉均需紧固，以防运行时发生异常声响。
6.检查铁芯到夹件的接地铜皮是否有效可靠。
任务六 变压器的维护、检修及耐压试验
三、变压器的拆装检修
7.检查绕组绝缘老化程度
一级：很好的状态，绝缘富有弹性，软而且韧，用手按压时不会留下变形的痕迹。
二级：合格状态，绝缘较坚硬，颜色较深，用手按压时不裂缝、不变形。
三级：不十分可靠的状态，绝缘已坚硬并脆弱，颜色很深，用手按压时产生细小的裂纹或变形。若其他试验均能通过，可在小修期限内短期运行，但应特别注意防止过负荷和短路事故等。
四级：不合格状态，绝缘很坚硬，用手按压时有脱落现象或裂纹很深，绝缘碳化，断裂脱落，必须大修。
任务六 变压器的维护、检修及耐压试验
三、变压器的拆装检修
8.检查分接开关，看旋转是否灵活，零部件是否完整，有无松动现象，动、静触点吻合与指示位置是否一致，触点是否灼伤或因严重过热而变色，接线处螺母有无松动现象等。
9.器身在相对湿度为75%以下的空气中贮留时间不宜超过24h，如果器身的温度比空气温度高出3—5摄氏度，贮留时间可适当延长。
任务六 变压器的维护、检修及耐压试验
四、变压器检修后的一般试验
1.绝缘电阻和吸收比的测量
吸收比是兆欧表摇动60s时测得的绝缘电阻与摇动15s时测得的绝缘电阻的比值。用2500V兆欧表分别测相间及每相对地的吸收比，只要这个值大于1.3（电压等级60kV及以上的变压器要大于1.5）就可以认为变压器绕组是干燥的，没有受潮。测量时其他被测部位和油箱一起要接地。
2.测绕组的直流电阻（要求同上）
3.测量各分接头上变压比，高压侧应接电压互感器测量，要求各相在相同分接头位置上测出变压比应与铭牌值相符，相差不应超过1%。
4.测定三相变压器的连接组别。
5.测定额定电压下的空载电流，空载电流应在额定电流的5%左右。
任务六 变压器的维护、检修及耐压试验
四、变压器检修后的一般试验
6.耐压试验
耐压试验的目的是检查绕组对地绝缘和绕组之间的绝缘，如果绕组和引线对油箱壁或铁轭之间装置不适当或绕组之间绝缘受潮损坏，或者夹入异物等，都可能在试验中发生局部放电或绝缘击穿。
变压器电压等级为0.3KV、3KV、6KV、10KV时，耐压试验电压为2KV、15KV、21KV、30KV。试验电压持续时间为1min。
任务六 变压器的维护、检修及耐压试验
四、变压器检修后的一般试验
（1）试验高压绕组时，将高压的各相线端连在一起接到试验变压器上，低压的各相线端也连在一起，并和油箱一起接地。当试验低压绕组时，接线方法互换。
（2）先将试验电压升到额定试验电压的40%，再以均匀、缓慢的速度升压到额定试验电压。若发现电流急剧增大，是为击穿前兆，应立即降压到零，停止试验。
（3）电压升至额定试验电压后，应保持1min，然后再均匀降低，大约在5s内降至25%或更小，再切断电源。切不可不经降压而切断电源，否则容易烧坏操作试验设备。高压测试完应放电后方可触及。
（4）试验电源频率为50Hz，并应保持电源电压稳定。被试变压器、试验变压器及仪表装置、操作设备都应可靠接地，以确保安全。
任务六 变压器的维护、检修及耐压试验

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