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劳动出版社《电机变压器原理与维修》-B02-1158课题一 小型变压器

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  • 上传时间:2019-05-18
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    • 1、课题一 小型变压器,任务 小型变压器的认识,学习目标, 了解小型变压器的基本结构、 分类和用途。 掌握小型变压器的工作原理。 熟悉小型变压器的铭牌数据。 能够实现小型变压器的变压、 变流及阻抗变换。,任务引入,本任务将以 1 台小型控制变压器为例, 通过实验学习小型变压器是如何实现变压、 变流、 阻抗变换功能的。,相关知识,一、 小型变压器的基本结构 小型变压器一般都是单相变压器, 它们由铁心和绕组两个最基本的部分组成。, 铁心,铁心结构的基本形式及其特点和应用,小型变压器铁心的硅钢片 ) 字形 ) 字形 ) 字形, 绕组 绕组是变压器的电路部分, 常用绝缘铜线或铝线绕制而成。 接电源的绕组称为一次绕组或初级绕组, 简称原边, 与负载相接的绕组称为二次绕组或次级绕组, 简称副边。,小型芯式变压器的绕组结构,小型壳式变压器绕组结构形式,二、 变压器的分类和主要用途 变压器的作用是在交流电路中改变交变电压、 改变交变电流、 改变阻抗、 改变相位和电气隔离。 变压器还可以根据容量分为大型、 中型和小型。 其中, 小型变压器在日常生活中的应用更为广泛, 并且结构简单, 成本低, 使用维护方便。

      2、,三、 小型变压器的工作原理 与电源相连的绕组称为一次绕组, 简称为原边 ( 匝数用 N1 表示) , 与负载相连的绕组称为二次绕组, 简称为副边 ( 匝数用 N2 表示) 。 根据副边是否连接负载, 变压器的运行方式可分为空载运行和负载运行。 为了分析方便, 把忽略绕组直流电阻、 铁心损耗、 漏磁通和磁饱和影响的变压器称为理想变压器。, 变压器空载运行 变压器空载运行是指变压器一次绕组加额定电压, 二次绕组开路的工作状态。 当一次绕组接上交流电源 u1 时, 在一次绕组中就会有电流 i0 流过, 在铁心中产生主磁通 m , 从而在一次绕组、 二次绕组中分别产生感应电动势 e1 和 e2, 如图所示。 u1 与 i0 的参考方向一致, i0 、 e1 、 e2 的参考方向与 m 的参考方向之间符合右手螺旋法则。,理想变压器空载运行,() 空载电流 i0 变压器空载运行时流过一次绕组的电流称为空载电流, 理想变压器的空载电流主要是产生铁心中的磁通, 所以空载电流也称为空载励磁电流。 () 电压和感应电动势的关系 因为理想变压器不考虑绕组的直流电阻和铁心的损耗,所以一次绕组的电压平衡方程式

      3、为: 二次绕组的电压为 U20 , 由于二次绕组开路时无电流输出, 所以二次绕组的电压平衡方程式为:,(4)变压比 K 变压比的定义是变压器一次绕组的相电动势 E1 与二次绕组的相电动势 E2 之比,因为 U1=E1=4.44 f N1 m , U2 =E2=4.44 f N2 m ,所以: 当 N1 N2 ,即 K 1 时,变压器起降压作用;当 N1 = N2 ,K=1 时,变压器起隔离作用;当 N1 N2 ,即 K1 时,变压器起升压作用。, 变压器负载运行 变压器负载运行是变压器一次绕组加额定电压, 二次绕组接负载 Z 的工作状态, 如图所示, 二次绕组的电流 i2 流过负载 Z, 此时一次绕组的电流从空载电流 i0 增加到 i1 。如果负载阻抗变化, 则 i2 变化, i1 也随着变化。 换句话说, 变压器二次绕组所消耗的功率增加 ( 减少) 时, 一次绕组从电源处取得的功率也随着增加 ( 减少) 。,变压器负载运行,四、 小型变压器的铭牌数据 1额定电压 U1N/U2N U1N 是指变压器一次绕组的额定电压; U2N 是指一次绕组加额定电压时,二次绕组的开路电压,即 U20

      4、,单位为 V。使用变压器时电源电压不得超出额定电压U1N 。 2额定电流 I1N / I2N I1N / I2N 是指变压器一次绕组、二次绕组连续运行所允许通过的电流,即在规定的环境温度和冷却条件下允许的满载电流值,单位为 A。,3额定容量 SN SN 是指变压器的视在功率,表示变压器在额定条件下的最大输出功率,其大小与变压器的额定电压和额定电流有关,也受到环境温度、冷却条件的影响。单相变压器额定容量 SN= U2N I2N,单位为 VA。 4额定频率 fN fN 是指变压器的电源频率,我国规定额定频率为 50 Hz。,任务 小型变压器的拆装和重绕,学习目标, 掌握小型变压器的设计制作方法。 掌握小型变压器的拆装方法。 掌握小型变压器的重绕方法。 能测量小型变压器的各种参数并通过检测判断其质量好坏。,任务引入,本任务在给定设备和相关材料基础之上, 完成变压器的拆装和线圈绕线工作。,相关知识,一、 小型单相变压器的设计制作 小型单相变压器的设计制作思路是: 由负载的大小确定其容量; 从负载侧所需电压的高低计算出两侧电压; 根据用户的使用要求及环境决定其材质和尺寸。 经过一系列的设计计算,

      5、 为制作提供足够的技术数据, 即可做出满足需要的小型单相变压器。,1计算变压器的输出容量 S2 输出容量的大小受变压器二次侧供给负载量的限制,多个负载则需要多个二次侧绕组,各绕组的电压、电流分别为 U2、I2,U3、I3,U4、I4,则 S2 为 S2= U2 I2 + U3 I3 +(VA) 式中 U2、 U3 、 Un变压器二次侧各绕组电压有效值,V; I2 、 I3 、 In变压器二次侧各绕组电流有效值,A。,2估算变压器输入容量 S1 和输入电流 I1 对小型变压器,考虑负载运行时的功率损耗(铜耗及铁耗)后,其输入容量S1 的计算式为: 式中 为变压器的效率,总是小于 1,小型变压器的效率 一般为 0.80.9。输入电流为: 式中 U1变压器一次侧绕组电压(即外加电压)的有效值,V; 1.11.2变压器因存在励磁电流分量的经验系数。,3变压器铁心截面积的计算及硅钢片尺寸的选用 (1)铁心截面积的计算小型单相变压器的铁心多采用壳式,铁心中柱上放置绕组。铁心的几何形状如图所示。它的中柱横截面 AFe 的大小与变压器输出容量 S2 的关系为:,变压器铁心尺寸,4计算每个绕组的匝数 N

      6、 一次绕组的匝数为: N1 = U1 N0 (V) 二次绕组的匝数为: N2 =1.05 U2 N0 (V) N3 =1.05 U3 N0(V) Nn =1.05 Un N0(V) 值得一提的是,式中二次绕组所增加的 5% 的匝数是为了补偿负载时的电压降。,5计算每个绕组的导线直径并选择导线 导线截面积 As 为: 电流密度一般选取 j=(23)A/mm2;但在变压器短时工作时,电流密度可取j=(45)A/mm2。 再由计算出的 As 为依据,查表选取相同或相近截面的导线直径 ,根据 值再查表,得到漆包导线带漆膜后的外径 。,常用圆铜漆包线规格,常用圆铜漆包线规格, 核算铁心窗口的面积 核算所选用的变压器铁心窗口能否放置得下所设计的绕组。 设计计算调整的思路有二: 其一是加大铁心叠厚 b, 使铁心柱截面积 AFe 加大, 以减少绕组匝数。其二是重新选取硅钢片尺寸, 如加大铁心柱宽 a, 可增大铁心截面积 AFe , 从而减少匝数。,二、 小型变压器的重绕修理 记录原始数据 () 记录铭牌数据 主要是记录变压器的型号, 容量, 一、 二次电压和绝缘等级等原始数据。 () 记录绕组数据 主

      7、要是记录变压器绕组导线的规格、 匝数、 绕组尺寸、 绕组引出线规格长度及绕组的质量等原始数据。, 重绕匝数的核算 () 测取原铁心截面。 () 获取原铁心的磁通密度 Bm。 () 重绕匝数的核算。 记录铁心数据 主要是测量和记录铁心的有关尺寸, 硅钢片厚度及片数。,任务 小型变压器的检测与维护,学习目标, 掌握变压器同名端、 异名端的概念以及极性的判别方法。 了解变压器的外特性。 了解变压器损耗类型, 理解变压器的效率特性曲线。 掌握变压器变比、 电压调整率以及铁损耗、 铜损耗、 效率和短路电压的测定方法。 熟悉小型变压器的常见故障现象及故障原因分析。,任务引入,本任务以单相变压器为例, 通过实验的形式来测定变压器的运行性能和相关参数, 并对其进行维护。,相关知识,一、 变压器绕组的极性 变压器绕组的极性是指变压器一次、 二次绕组在同一磁通作用下所产生的感应电动势之间的相位关系, 通常用同名端来标记。,铁心上绕制的所有线圈都穿过铁心中交变的主磁通, 在任意某个瞬间, 电动势都处于相同极性 ( 如正极性) 的线圈端就称为同名端; 而不是处于相同极性的两端就称为异名端。 同名端的标记有多种

      8、, 例如, 用星号 “ ” 或点 “ ”来表示, 在互感器绕组上常用“ ” 和 “ ” 来表示 ( 并不表示真正的正负意义) 。 绕组串联时, 必须异名端相连; 绕组并联时, 必须同名端相连。,二、 变压器的外特性 变压器一次侧输入额定电压 U1N,二次侧负载功率因数 cos2 为常数时,二次侧输出电压 U2 与输出电流 I2 的关系称为变压器的外特性,也称为输出特性。 1变压器的外特性曲线 由变压器的外特性曲线可知: 二次侧负载的功率因数越大, 输出电压的稳定性越好。,绕组的极性,变压器的外特性曲线,2电压调整率 通常用电压调整率 U % 来表示电压变化的程度。电压调整率定义为:一次侧为额定电压,负载功率因数为常数时,二次侧空载电压与负载时电压之差对空载电压的百分值,即: 式中 U2N变压器二次侧的额定电压(即二次侧的空载电压); U2变压器二次侧额定电流时的输出电压。,三、 变压器的损耗、 效率和冷却方式 铁损耗 铁损耗包括涡流损耗和磁滞损耗。铁损耗为常数, 可看作不变损耗, 且近似等于空载损耗。 铜损耗 绕组中流过电流发热而产生的损耗。 铜损耗 PCu 随负载电流变化而变化, 所以称可变损耗, 额定电流时的铜损耗等于短路损耗。, 效率 变压器的效率 是它的输出有功功率 P2 与输入有功功率 P1 的比值。 P1 变压器输入有功功率,单相 P1 =U1I1cos1,kW; P2变压器输出有功功率,单相 P2 =U2I2cos2SNcos2,kW; 从效率曲线上可知,变压器的效率与负载功率因数和负载系数 有关,且 在 0.60.7 的范围内时,效率最高。 在负载系数 相同的条件下,负载功率因数 cos2 越大,效率 越高。 冷却方式 小型变压器一般采取自冷 ( 干式) 或风冷。,变压器的效率曲线,小型变压器的常见故障现象和原因分析,四、 小型变压器的维护,小型变压器的常见故障现象和原因分析,

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