模块二 变压器（课件）- 《电机与变压器》同步教学（机械工业出版社）2024版

模块二 变压器 模块二 变压器 单元1 认识变压器 单元2 变压器基本工作原理分析 单元3 分析变压器的外特性 单元4 认识单相变压器绕组的极性 单元5 认识三相变压器 模块二 变压器 单元6 三相变压器绕组连接及运行 单元7 认识自耦变压器 单元8 认识仪用互感器 单元9 认识电焊变压器 知识目标： 1.学习变压器的基本构造、原理及分类。 2.掌握变压器的运行特性。 3.学习单相变压器绕组的极性。 4.了解三相变压器的分类、结构及并联运行。 5.学习特殊变压器。 技能目标： 1.变压器的相关实验。 2.变压器绕组同名端的判别。 3.电力变压器的维护与检修。 模块二 任务1 认识变压器 看一看（见图2-2所示） 图2-2列举出几种常见的变压器，我们来看一看它们的组成部分。 模块二 任务1 认识变压器 一、 变压器的用途及分类 变压器的种类繁多，一般可按照相数、绕组结构、铁芯结构、冷却方式、用途、容量和工作频率等分为以下几种： 1.按结构分类 双绕组、三绕组、多绕组变压器和自耦变压器。 2.按相数分类 单相、三相、多相变压器。 3.按铁芯分类 芯式变压器（插片、C型）、壳式变压器（插片、C型）、环形变压器、金属箔变压器、辐射式变压器等。 4.按冷却方式分类 干式变压器、油浸自冷变压器、油浸风冷变压环冷却变压器等。 5.按调压方式分类 无励磁调压变压器、有载调压变压器。 模块二 任务1 认识变压器 6.按用途分类 电力变压器（升压变压器、降压变压器、配电变压器、厂用变压器等）；特种变压器（电炉变压器、整流变压器、电焊变压器等）；仪用变压器（电压互感器、电流互感器）等。 7.按容量分类 小型变压器，容量为630kV·A及以下；中型变压器，容量为800kV·A～6300kV·A；大型变压器，容量为8000 kV·A～63000kV·A；特大型变压器，容量为900000kV·A及以上。 8.按导线材质分类 铜线变压器、铝线变压器、半铜半铝变压器、超导变压器等。 模块二 任务1 认识变压器 模块二 图2-3 心式和壳式变压器 a）心式 b）壳式 a—铁芯 b—绕组 二、变压器的基本结构 变压器组成部分包括铁芯和绕组。如图2-3所示。 任务1 认识变压器 模块二 1.铁芯 铁芯既作为变压器的磁路，又作为变压器的机械骨架。它分为铁芯柱和横片两部分。 （1）铁芯材料 铁芯通常采用含硅量约为5%，厚度为0.35mm-0.5mm的硅钢片叠装而成，硅钢片两面涂有绝缘层，起绝缘作用。硅钢片是软磁材料中应用最为广泛的一种，大容量变压器多采用高磁导率、低损耗的冷轧硅钢片，这类材料在较低的外磁场作用下，就能产生较高的磁感应强度。由于硅的加入，使硅钢片的电阻率提高了，涡流损耗降低了，老化现象有所减少。 （2）铁芯结构 按照绕组套入铁芯柱的形式不同，我们将铁芯分为心式和壳式结构两种，如图2-3所示。 任务1 认识变压器 模块二 （3）铁芯的叠片形式 在铁芯柱与铁轭组合成整个铁芯时，多采用交叠式装配，使各层的接缝不在同一地点，交错排列，这样能减少励磁电流，但缺点是装配复杂，费工费时，如图2-4所示。 b) c) 图2-4 铁心叠片形式 a)单相铁心叠片 b)三相直缝铁心叠片 c)三相斜缝铁心叠片 任务1 认识变压器 模块二 小型变压器为了简化工艺和减少气隙，常采用口形、E形、F形、C形冲片交替叠装而成，近来也有采用新型加工工艺制成的C、O形铁心，如图2-5所示。 a) b) 图2-5 小型变压器的O、C形铁心 a) O形铁心片 b) C形铁心片 任务1 认识变压器 模块二 2. 绕组 绕组是变压器的电路部分，用来传输电能。一般分为高压绕组和低压绕组。从能量的变换传递来说，把接电源的绕组称为一次绕组，接负载的绕组成为二次绕组。绕组一般是用绝缘铜线或者铝线绕制而成。根据低压绕组和高压绕组相互位置的不同，绕组结构可分为同心式和交叠式两种。 图2-6同心式绕组 图2-7交叠式绕组 1-高压绕组 2-低压绕组 1-高压绕组 2-低压绕组 任务2 变压器的基本工作原理分析 模块二 一、变压器的基本工作原理 变压器的主体是铁芯和套在铁芯上的绕组。接交流电源的绕组称为一次绕组，其匝数用N1表示，接负载（灯泡）的绕组称为二次绕组，其匝数用N2表示，如图2-9所示。 图2-9 变压器的工作原理   单元2 变压器基本工作原理分析 任务2 变压器的基本工作原理分析 模块二 二、变压器的空载运行原理 1. 原理图与正方向 变压器的空载运行是指变压器的一次绕组接入电源，二次绕组开路的工作状态，如图2-10所示。图中各电磁量均为正弦交变量，都用相量的形式来表示，规定如下： （1）与的正方向要一致； （2）主磁通与符合右手螺旋定则； （3）与的方向要一致，即有： 图2-10 变压器的空载运行原理图 任务2 变压器的基本工作原理分析 模块二 2. 相关量之间的关系 根据电磁感应定律，主磁通将在一次绕组、二次绕组中产生感应电动势。如果将一次绕组看成一次侧电源的负载，将二次绕组看成是变压器负载的电源，由基尔霍夫电压定律可知，在一次绕组中的电动势与外加电压大小相等，方向相反。在二次绕组中，由于开路，产生的感应电动势与端电压大小相等，方向相同，即： 任务2 变压器的基本工作原理分析 模块二 理想变压器空载运行的相量图，如图2-11所示。 任务2 变压器的基本工作原理分析 模块二 3. 感应电动势E 式中 ——主磁通幅值，单位是Wb； —— 频率，单位是Hz； E ——感应电动势有效值，单位是V。 理想变压器的一次、二次绕组中的感应电动势的有效值E1、 E2可按照上式求得，即： 任务2 变压器的基本工作原理分析 模块二 4.变压器的变比 由于 故有 式中，一次、二次绕组电动势的比值，称为变压器的变压比，简称变比，用符号K表示。通常，当K >1时，构成降压变压器；当K =1时，构成隔离变压器；当K <1时，构成升压变压器。 任务2 变压器的基本工作原理分析 模块二 5.变压器实际运行时空载电流、漏电动势、漏电抗 一次绕组电压平衡方程式 式中 ——电阻压降 和漏磁电动势 的等效阻抗。 上述几个物理量 、 、 均很小，所以，实际变压器空载运行时： 一般在电力变压器中，空载电流只有负载时一次绕组电流的2%～10%左右。 任务2 变压器的基本工作原理分析 模块二 三、变压器负载运行原理 变压器的负载运行是指一次绕组接在电源上，二次绕组与负载连接，图2-12是单相变压器负载运行原理图。 1. 磁动势平衡关系 图2-12 单相变压器负载运行相量图 任务2 变压器的基本工作原理分析 模块二 上式表明，一次绕组电流产生的磁动势与二次绕组电流产生的磁动势的矢量和等于空载电流产生的磁动势。此式为变压器的磁动势平衡方程式。 变压器在额定负载下运行时，空载电流 相对于额定电流是很小的。数量上忽略不计，因此 N1 + = 0 故可得变压器负载运行时，一次、二次绕组间的电流比关系为 任务2 变压器的基本工作原理分析 模块二 2. 一次绕组电压平衡方程式 3. 二次绕组电路的电压平衡方程式 任务2 变压器的基本工作原理分析 模块二 四、变压器的阻抗变换原理 变压器的阻抗变换作用常用于电子电路中，即阻抗匹配。在电子设备中，负载若要获得最大输出功率，必须满足负载电阻与电源内阻相等。这就是变压器的阻抗变换作用。 变比为K的变压器，可以把其二次绕组的负载阻抗，变换成对电源来说扩大了K 2倍的等效阻抗。 任务3 分析变压器的外特性 模块二 对于负载来说，变压器相当于一个电源，变压器的输出电压与负载电流大小的具有一定的对应关系，即变压器的外特性。通过对本任务的学习，掌握变压器外特性和电压调整率的分析方法。 单元3 分析变压器的外特性 任务3 分析变压器的外特性 模块二 一、变压器的外特性分析 当变压器一次侧输入额定电压和二次侧负载功率因数一定时，二次侧输出电压与输出电流的关系称为变压器的外特性，也称为输出特性。我们根据实验方法画出了几条不同功率因数的外特性曲 线，如图2-15所示。 图2-15 变压器的外特性曲线 任务3 分析变压器的外特性 模块二 1. 当负载为纯电阻时 功率因数cosφ2 = 1，随着负载电流的增大，变压器二次绕组的输出电压逐渐降低，即变压器输出电压具有微微下降的外特性。 2. 当负载为纯电感时 功率因数cosφ2 < 1，随着负载电流的增大，变压器二次绕组的输出电压降低较快。因为无功电流滞后，对变压器的磁路中主磁通的去磁作用较强，二次绕组的E2下降所致。 图2-15 变压器的外特性曲线 3. 当负载为纯电容时 功率因数cosφ2 < 1，φ2为负值，超前的无功电流有助磁作用，主磁通会增加一些，E2也随之增加，使得U2会随着I2的增加而增加。 任务3 分析变压器的外特性 模块二 三、变压器的损耗和效率 变压器在传输电能的过程中，包括两种基本损耗，即铁损耗和铜损耗，分别用 和 表示。 1. 铁损耗 当变压器铁芯中的磁通交变时，在铁芯中要产生磁滞损耗和涡流损耗，它们统称为铁损耗。它决定于铁芯中的磁通密度、磁通交变的频率和硅钢片质量等。变压器空载时，绕组电阻上的能量损耗很小，空载损耗基本上等于变压器的铁损耗。当电源电压一定时，铁损耗基本不变，因此，铁损耗又称不变损耗。 任务3 分析变压器的外特性 模块二 2. 铜损耗 变压器一次、二次绕组中都有一定的电阻，当电流流过绕组时，就会产生热量，消耗电能，即为铜损耗。 = 因为铜损耗是随着负载电流I2的变化而变化的，所以也称铜损耗为可变损耗。 任务3 分析变压器的外特性 模块二 3. 效率 （1）变压器的效率公式 变压器的输出功率P2与输入功率P1的比值称为变压器的效率，用符号表示。计算公式为 （2）变压器的效率特性曲线 变压器的效率与负载因数β的关系曲线，称为变压器的效率特性曲线，如图2-16所示 任务3 分析变压器的外特性 模块二 从特性曲线可以看出，变压器的效率有一个最大值 ，用数学分析方法可证明：变压器的两种损耗相等时变压器的效率最高。因此得到变压器效率最高时的条件是 图2-16 变压器的效率特性曲线 任务4 认识单相变压器绕组的极性 模块二 两台以上单相变压器连接时，会涉及到变压器绕组的极性，通过对本次任务的学习，掌握单相变压器绕组极性的意义及各绕组之间的连接方法。 单元4 认识单相变压器绕组的极性 任务4 认识单相变压器绕组的极性 模块二 一、变压器绕组的极性 同极性端（同名端）：任何瞬间，两绕组中电动势极性（如正极性）相同的端钮；异极性端（异名端）：任何瞬间，两绕组中电动势极性不同的端钮；如图2-17中，U1和u1端彼此是同名端，U2和u2端彼此也是同名端。而U1和u2、u1和 U2彼此称为异名端。 图2-17 变压器绕组的极性   任务4 认识单相变压器绕组的极性 模块二 二、单相变压器绕组极性的意义 极性主要决定于绕向，绕向改变极性也改变，极性是变压器并列的主要条件之一，极性错误并列后相当于短路。一台单相变压器独立运行时，它的极性对运行没有影响。但是三相变压器运行时，变压器绕组之间的极性就十分重要了。所以，绕组之间进行连接时，一定要注意极性之间的问题。如果极性接反，轻者变压器不能正常工作，重者可能会导致绕组和设备的严重损坏。 任务4 认识单相变压器绕组的极性 模块二 三、单相变压器绕组的连接 1. 绕组串联 单相变压器绕组的串联有正向串联和反向串联两种形式，如图2-18所示。 图2-18 绕组的串联 a）正向串联 b) 反向串联   任务4 认识单相变压器绕组的极性 模块二 （1）正向串联也就是首尾相连，把两个绕组的异名端相连，总的电动势等于两个绕组的电动势之和，电动势越串越大。 （2）反向串联也就是尾尾相连，或者首首相连，把两个绕组的同名端相连，总的电动势等于两个绕组的电动势之差。 任务4 认识单相变压器绕组的极性 模块二 2. 绕组并联 单相变压器绕组的并联也有两种形式，即同极性并联和反极性并联，如图2-19所示。。 a) 同极性并联 b）反极性并联   图2-19 绕组的并联 任务4 认识单相变压器绕组的极性 模块二 （1）同极性并联，同极性并联也分为两种情况： 1）当大小一样时，两个绕组回路内部总的电动势为零，如图2-19a，不会产生内部环流 ，这是最理想的状态，变压器的并联应该符合这种条件，即： 2）当大小不一样时，则两个绕组回路内部总的电动势不为零，外部不接负载时，也会产生一定的环流，环流就会产生损耗和发热，对绕组的正常工作是不利的，输出电压和电流也都会减少，严重时可能烧毁绕组。 （2）反极性并联，连接形式如图2-19b所示。 这时，两个绕组回路内部的环流将很大，有可能烧毁绕组，所以这种接法是不允许出现的，使用中应该注意避免。 任务5 认识三相变压器 模块二 现代电力系统中，三相变压器是电力设备中应用比较多的一种变压器，三相变压器实际上是由三个相同容量的单相变压器组合而成的。通过本任务的学习，要求了解三相变压器的结构和特点。 单元5 认识三相变压器 任务5 认识三相变压器 模块二 一、 三相组合式变压器的结构和特点 1. 结构 三相组合式变压器是由三台单相变压器按一定连接方式组合而成的。其额定容量一般在63000kV·A及以上，电压等级为110 kV、220 kV和500 kV，额定频率为50HZ，适用于运输条件受限制的变电站或发电厂使用的油浸式电力变压器。其结构如图2-20所示。 任务5 认识三相变压器 模块二 2. 特点 三相组合式变压器的三个铁芯磁路是互相独立，当三相电压平衡时，磁路也是平衡的。它体积较大，散热较好，但成本较高。 图2-20 三相组合式变压器的结构 任务5 认识三相变压器 模块二 二、 三相芯式变压器的结构和特点 1. 结构 三相芯式变压器是三相共用一个铁心的变压器,如图2-21所示。 b） c） d） 图2-21 三相心式变压器结构   任务5 认识三相变压器 模块二 2. 特点 三相芯式变压器铁心用料少，因而体积较小，成本较低。当电源电压不稳定时，会造成三相磁路不平衡，铁心损耗增加。为防感应电压或漏电，变压器铁心必须接地，且铁心只能有一点接地，以免形成闭合回路，产生环流。 任务5 认识三相变压器 模块二 1. 油箱 油浸式变压器的外壳就是油箱，油箱里装满了变压器油，它既是绝缘介质又是冷却介质，要求具有高的介质强度和较低的粘度，高的发火点和低的凝固点，不含酸、碱、硫、灰尘和水分等杂质。油箱可以保护变压器铁心和绕组不受外力作用和潮湿的侵蚀，并通过油的对流作用，把铁心和绕组产生的热量散发到周围的空气中去。 三、 三相变压器的主要附件 任务5 认识三相变压器 模块二 2. 储油柜 储油柜也称为油枕，如图2-22所示。它是一个圆筒形容器，装在油箱上，通过管道与油箱相连，使变压器油刚好充满到储油柜的一半。油面的升降被限制在储油柜中，可以从侧面的油表中看到油面的高低。当油因热胀冷缩而引起油面变化时，油枕中的油面就会随之升降，从而保证油箱不会被挤破或油面下降使空气进入油箱。 图2-22 储油、安全气道和气体继电器 1-油箱 2-储油柜 3-气体继电器 4-安全气道   任务5 认识三相变压器 模块二 3. 分接开关 变压器的输出电压是可能会因输入电压的高低和负载电流的大小及性质而变动，可以通过分接开关来控制输出电压在允许范围内变动。分接开关一般装在一次侧，如图2-23示。 图2-23 绕组的分接开关   任务5 认识三相变压器 模块二 4. 安全气道 安全气道也称为防爆管，装在油箱顶盖上，它是一个长的钢筒，出口处有一块厚度约为2mm的密封玻璃板或酚醛纸板（防爆膜）。当变压器内部发生严重故障而产生大量气体，内部压力超过50kPa时，油和气体会冲破防爆膜向外喷出，从而避免油箱内受强大的向外压力而爆裂。 任务5 认识三相变压器 模块二 5. 气体继电器 气体继电器是变压器的主要保护装置，安装在变压器油箱和储油柜之间的连接管上，如图2-24所示。 6. 绝缘套筒 绝缘套筒由外部的瓷套和其中的导电杆组成。它可以使高、低压绕组的引出线与变压器箱体绝缘。 图2-24 气体继电器 图2-25 绝缘套管 任务5 认识三相变压器 模块二 1. 油浸自冷方式 以油的自然对流作用将热量带到油箱壁，然后依靠空气的对流传导将热量散发，它没有特别的冷却设备。 2. 油浸风冷却式 在油浸自冷式的基础上，在油箱壁或散热管上加装风扇，利用吹风机帮助冷却。加装风扇后，可使变压器的容量增加30％～35％。 3. 强迫油循环方式 它是把变变压器中的油，利用油泵打入油冷却器后再复回油箱。油冷却器做成容易散热的特殊形状(如螺旋管式)，利用风扇吹风或循环水作为冷却介质，把热量带走。 四、 三相变压器的冷却方式 任务6 三相变压器绕组连接及运行 模块二 一、 三相变压器的连接方式 如果将三个高压绕组或三个低压绕组连成三相绕组时，则有两种基本接法----星形（）接法和三角形(△)接法。 单元6 三相变压器绕组连接及运行 任务6 三相变压器绕组连接及运行 模块二 1. 星形（ ）接法 将三个绕组的末端连在一起，接成中性点，再将三个绕组的首端引出箱外，其接线如图2-32（a)所示。如果中性点也引出箱外，则称为中点引出箱外的星形接法，以符号“YN”表示。 2. 三角形(△)接法 将三个绕组的各相首尾相接构成一个闭合回路，把三个连接点接到电源上去，如图2-32b、图2-32c所示。因为首尾连接的顺序不同，可分为正相序和反相序两种接法。。 任务6 三相变压器绕组连接及运行 模块二 a) b) c) 图2-32 三相变压器的连接方式 a) 星形接法 b)正相序三角形接法 c) 反相序三角形接法 任务6 三相变压器绕组连接及运行 模块二 二、 三相变压器的联结组标号 为变压器便于制造和使用，国家标准规定了五种常用的连接组，见表2-1所示。 任务6 三相变压器绕组连接及运行 模块二 连接组标号 连接图 一般适用场合 Y，yn0 适用三相四线制供电，即同时有动力负载和照明负载的场合 Y，d11 适用一次侧线电压在35kV 以下，二次侧线电压高于400V的线路中 表2-1 五种常见的连接组 任务6 三相变压器绕组连接及运行 模块二 YN，d11 适用一次侧线电压在110kV以上的，中性点需要直接接地或经阻抗接地的超高压电力系统 YN，y0 适用高压中性点需接地场合 Y，y0， 适用三相动力负载 任务6 三相变压器绕组连接及运行 模块二 三、 变压器的并联运行 1. 三相变压器并联运行的原因 （1）随着供电站用户的增加，需扩展容量而增加变压器的数 （2）作为互备电源，变压器并联运行，以保证不间断供电从而提高供电质量。 2. 三相变压器并联运行的条件 （1）一次、二次侧电压应相等 即变比相等。两个线圈要并联，必须要电压相等，极性相同，才不会产生环流。 （2）联结组标号相同 联结组标号反映一、二侧线电 压的相位关系，一般用时钟法表示。如果连接组别不同，会导致相位不同，并联后会使变压器产生内部电动势差而出现环流。所以联结组标号不同的变压器不允许并联运行。 （3）短路阻抗应相等。 任务6 三相变压器绕组连接及运行 模块二 3. 并联运行接线 变压器并联运行接线时要注意变压器并联运行的条件，同时要考虑实际情况和维护维修的方便。如图2-33所示。 2-33 并联运行接线 任务7 认识自耦变压器 模块二 图2-34所示的自耦变压器在我们的实验室里常常用到。但自耦变压器与一般变压器不同，通过本任务的学习，了解自耦变压器的结构特点和工作原理，其原理电流分析是难点。 单元7 认识自耦变压器 图2-34 自耦变压器   任务7 认识自耦变压器 模块二 一、 自耦变压器的结构特点 把普通双绕组变压器的一次绕组和二次绕组串联连接，便构成一台自耦变压器。如图2-35所示，规定正方向与双绕组变压器相同。 a) b) c) 图2-35 自耦变压器的形成过程 a)普通变压器 b)一、二次绕组相连 c)自耦变压器     任务7 认识自耦变压器 模块二 由于自耦变压器是输出和输入共用一组线圈的特殊变压器，因此升压和降压用不同的抽头来实现，比共用线圈少的部分，抽头电压就会降低；比共用线圈多的部分，抽头电压就会升高。 任务7 认识自耦变压器 模块二 二、自耦变压器的工作原理 自耦变压器的原理和普通变压器一样的，只不过一般的变压器是一次侧线圈通过电产生磁场，使二次侧线圈产生感应电动势，一、二侧线圈间没有直接电的联系。而自耦变压器的一、二侧共用一个线圈，它们之间既有磁的联系，又有直接电的联系。原理图如图2-36所示。 图2-36 自耦变压器原理图 任务7 认识自耦变压器 模块二 1. 原理与变压比 任务7 认识自耦变压器 模块二 2. 绕组中公共部分的电流 从磁势平衡方程式可知，因为输入电压不变，主磁通也不变，所以空载时的磁势和负载时的磁势是相等的，即有 ，因为空载电流很小，可忽略时，则有： 一次侧电流与二次侧电流是大小有些差别，相位是一样的。因此，可以算出绕组中公共部分的电流只有： 任务7 认识自耦变压器 模块二 当 接近于1时，绕组中公共部分的电流就很小，因此，共用的这部分绕组导线的截面积可以减小很多，即减少了自耦变压器的体积和质量，这是它的一大优点。如果 ，则 ，就没有太大的优越性了。 任务7 认识自耦变压器 模块二 三、自耦变压器的优缺点 当额定容量相同时，自耦变压器与双绕组变压器相比，其单位容量所消耗的材料少、变压器的体积小、造价低，而且铜耗和铁耗也小，因而效率高。 但是，由于自耦变压器原、副边绕组之间有直接电的联系，高压边的高电位会传导到低压边，因此低压边须用与高压边同样等级的绝缘和过压安全保护装置。三相自耦变压器中性点必须可靠接地。这限制了自耦变压器的使用范围。 任务8 认识仪用互感器 模块二 仪用变压器被广泛应用于交流电压、电流、功率的测量，以及各种继电保护和控制电路中。通过本任务的学习，掌握仪用互感器的结构特点和工作原理。 单元8 认识仪用互感器 任务8 认识仪用互感器 模块二 一般仪用互感器有电压互感器和电流互感器两种，把高电压变成低电压的，就是电压互感器；把大电流变成小电流的，就是电流互感器。 一、 电压互感器 电压互感器是一个带铁心的变压器。它主要由一、二次线圈、铁心和绝缘组成，如图2-37所示。当在一次绕组上施加一个电压时，在铁心中就产生一个磁通，根据电磁感应定律，则在二次绕组中就产生一个二次电压。改变一次或二次绕组的匝数，可以产生不同的一次电压与二次电压比，这就可组成不同比的电压互感器。 图2-37 电压互感器   1. 电压互感器的结构特点 任务8 认识仪用互感器 模块二 2. 电压互感器的工作原理 电压互感器的原理和普通降压变压器是完全一样的，不同的是它的变压比更准确。电压互感器的一次侧接有高电压，而二次侧接有电压表或其他仪表（如功率表、电能表等）的电压线圈，如图2-38所示。 图2-38 电压互感器原理图   任务8 认识仪用互感器 模块二 因为二次侧所接负载的阻抗都很大，电压互感器近似运行在二次侧开路的空载状态，则有： 式中 ——一次侧电压表上的读数 ——二次侧电压表上的读数，只要乘以变比 就是 一次侧的高压电压值。 任务8 认识仪用互感器 模块二 电压互感器在使用时应注意： ●副边决不允许短路，否则会产生很大的短路电流，烧坏电压互感器； ●为确保工作人员安全，电压互感器的副绕组以及铁芯应可靠接地； ●为确保测量精度，电压互感器的副边不宜并接过多的负载。 任务8 认识仪用互感器 模块二 二、 电流互感器 1. 电流互感器的结构特点 电流互感器是由闭合的铁芯和绕组组成。它的一次绕组匝数很少，串接在被测电流的线路中，因此它经常有线路的全部电流流过。二次绕组匝数比较多，串接在测量仪表和保护回路中，电流互感器在工作时，它的二次回路始终是闭合的，因此测量仪表和保护回路串联线圈的阻抗很小，电流互感器的工作状态接近短路。如图2-39所示 图2-39 电流互感器   任务8 认识仪用互感器 模块二 2. 电流互感器的工作原理 由于二次侧近似于短路，所以互感器的一次侧的电压也几乎为零，因为主磁通正比于一次侧输入电压，即，所以，则励磁电流，总磁势为零，如图2-40所示。 图2-40 电流互感器原理图 任务8 认识仪用互感器 模块二 根据磁势平衡方程式有： 如不考虑相位关系： 任务8 认识仪用互感器 模块二 电流互感器在使用时应注意： ●副边决不允许开路，否则，时，被测线路中的大电流全部成为励磁电流，使铁芯严重过热，副边感应高电压，损坏电流互感器，并危及人员和其它设备安全； ●为确保工作人员安全，电压互感器的副绕组以及铁芯应可靠接地； ●为确保测量精度，电流互感器的副边所接负载阻抗不应超过允许值。 任务8 认识仪用互感器 模块二 三、 电流互感器和电压互感器的比较 比较内容 电流互感器 电压互感器 二次侧 运行中二次侧不得开路，否则会产生高压，危及仪表和人身安全，因此二次侧不应接熔断器；运行中如要拆下电流表，必须先将二次侧短路 运行中二次侧不能短路，否则会烧坏绕组，为此，二次侧要装熔断器作为保护 接地 铁芯和二次侧绕组一端要可靠接地，防止在绝缘破坏时带电而危及仪表和人身安全 铁芯和二次侧绕组一端要可靠接地，以防绝缘破坏时，铁心和绕组带高压电 连接方法 一次侧、二次侧绕组有“”“”或“”的同名端标记，二次侧接功率表或电能表的电流线圈时，极性不能接错 二次侧绕组接功率表或电能表的电压线圈时，极性不能接错；三相电压互感器和三相变压器一样，要注意连接法，接错会造成严重后果 负载 二次侧负载阻抗大小会影响测量的准确度，负载阻抗的值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。 准确度与二次侧的负载大小有关，负载越大，即接的仪表越多，二次侧电流就越大，误差也就越大，与电流互感器一样，为了保证所接仪表的测量准确度，电压互感器要比所接仪表准确度高两级 任务9 认识电焊变压器 模块二 流弧焊机由于结构简单、成本低、制造容易和维护方便而得到广泛应用。电焊变压器是交流弧焊机的主要组成部分，它实质上是一个特殊性能的降压变压器，如图2-41所示。 过本任务的学习，掌握电焊变压器的结构特点、工作原理和外特性。 单元9 认识电焊变压器 任务9 认识电焊变压器 模块二 图2-41 电焊变压器 一、 电焊变压器的结构特点及原理 最常见的电焊变压器有磁分路动铁式电焊变压器、可调电抗器的电焊变压器和动圈式电焊变压器。 任务9 认识电焊变压器 模块二 1. 磁分路动铁式弧焊机 磁分路动铁式电焊变压器是在铁心的两柱中间又装了一个活动的铁心柱，称为动铁心，如图2-42a所示。一次侧绕组绕在左边的铁心柱上，而二次侧绕组分两部分，一部分在左边与一次侧同在一个铁心柱上；另一部分在右边一个铁心柱上。当改变二次绕组的接法就达到改变匝数和改变漏抗的目的，从而达到改变起始空载电压和改变电压下降陡度的作用，以上是粗调作用，如图2-42b所示。粗调有I和Ⅱ两挡。 任务9 认识电焊变压器 模块二 a)结构图 b) 电路图 图2-42 动铁式交流弧焊机 任务9 认识电焊变压器 模块二 如果要微调电流，则要微调中间的动铁心位置。如果把动铁心从贴心的中间逐步往外移动，那么从动铁心中漏过的磁通会慢慢地减少。因为动铁心往外移动，气隙加大，磁阻也加大，漏磁通就减少，漏抗随之减少，电流下降速度就慢。当连接片接在I位置时（即粗调电流），次级绕组匝数较多，所以空载电压较高。这时把动铁心移到最里面，则漏磁通最多，漏抗最大。当粗调节器放在Ⅱ位置，由于二次匝数少了，空载电压下降。 任务9 认识电焊变压器 模块二 2. 串联可变电抗器的电焊变压器 可调电抗器的电焊变压器，根据结构不同可分为外加电抗器式和共扼式 分类 外加电抗器式 共扼式 65结构 一台降压变压器的二次侧输出端再串接一台可调电抗器组合而成。 将变压器铁芯和电抗器铁心制成一体成为共扼式结构 原理接线图 调节特点 通过改变电抗器的气隙大小来实现，如气隙减小时，电抗增大。 只要调节电抗器铁心中间的动铁芯，通过改变气隙来改变的大小和电抗值，从而改变曲线下降的陡度，达到改变电流的目的 任务9 认识电焊变压器 模块二 3. 动圈式电焊变压器 前面两种变压器的一次侧、二次侧绕组是固定不动的，只是改变动铁芯位置，即改变气隙大小来改变漏磁通的大小，从而改变了漏抗大小，达到改变曲线的下降陡度、调节电流的目的。动圈式电焊变压器的铁芯是壳式结构，铁芯气隙是固定不可调的，如图2-43所示。 图2-43 动圈式电焊变压器 1.二次侧绕手轮转动螺杆 2.可动二次侧绕组 3.固定的一次侧绕组 4.铁心 任务9 认识电焊变压器 模块二 动圈式电焊变压器的优点是没有活动铁芯，从而没有因铁芯振动而造成电弧的不稳定。但是它在绕组距离较近时，调节作用会大大减弱，需要加大绕组的间距，铁芯要做得较高，增加了硅钢的用量。 任务9 认识电焊变压器 模块二 二、电焊变压器的外特性 在负载电流变化时，普通变压器副边电压的变化是很小的，其外特性见图2-43曲线1，因为普通变压器线圈的漏抗很小，负载电流流过时电压降很小。 图2-44变压器外特性 任务9 认识电焊变压器 模块二 而在金属焊接时，则要求电焊变压器空载时有足够的引弧电压（60～75V），焊接电流增大时，输出电压应迅速降低，输出边即使短路（例如焊条碰在工件上，使输出电压降到零），副边电流也不致过大，它必须有陡降的外特性，见图2-44曲线2。为满足下降特性的需要，焊接变压器的漏抗做成很大，而且可以调节。 $$