1、电机控制技术 项目一 变压器极性判定 任务一 变压器的工作原理及结构 任务二 单相变压器同名端判定 任务三 三相变压器连接组别判定 下一页返回项目二 变压器参数测定 任务一 单相变压器的空载运行 任务二 单相变压器的负载运行 任务三 变压器参数测定实验 上一页 下一页返回项目三 认识交、直流电机 任务一 认识直流电机 任务二 认识交流电机 上一页 下一页返回项目四 直流电机改善换向方法选择 任务一 直流电机的磁场 任务二 直流电机的换向 上一页 下一页返回项目五 直流电动机机械特性绘制 任务一 直流电动机的基本方程 任务二 直流电动机的机械特性 上一页 下一页返回项目六 三相异步电动机参数测定
2、 任务一 三相异步电动机运行分析 任务二 三相异步电动机参数测定实验 上一页 下一页返回项目七 三相异步电动机固有机械特性绘制 任务一 三相异步电动机的基本方程 任务二 三相异步电动机的机械特性 上一页 下一页返回项目八 交、直流电动机的启动 任务一 直流电动机的启动方法 任务二 三相异步电动机的启动方法 任务三 三相异步电动机启动控制线路 上一页 下一页返回项目九 交、直流电动机的调速 任务一 直流电动机的调速方法 任务二 三相异步电动机的调速方法 任务三 三相异步电动机的调速控制电路 上一页 下一页返回项目十 交、直流电动机的制动 任务一 他励直流电动机的制动方法 任务二 三相异步电动机的
3、制动方法 任务三 三相异步电动机的制动控制电路 上一页 下一页返回项目十一 三相异步电动机综合控制电路 任务一 三相异步电动机典型控制环节 任务二 C650-2卧式车床电气控制电路 任务三 M7130型平面磨床电气控制电路 上一页 下一页返回项目十二 认识几种控制电机 任务一 伺服电动机 任务二 步进电动机 任务三 测速发电机 上一页返回项目一 变压器极性判定 任务一 变压器的工作原理及结构 任务二 单相变压器同名端判定 任务三 三相变压器连接组别判定 下一页返回项目一 变压器极性判定 变压器是一种静止的电气设备，它利用电磁感应原理将一种电压等级的交流电能转变成另一种电压等级的交流电能。变压器
4、按用途一般分为电力变压器和特种变压器及仪用互感器(电压互感器和电流互感器)。电力变压器按冷却介质可分为油浸式和干式两种。在电力系统中，电力变压器(以下简称变压器)是一个重要的设备发电厂的发电机输出电压由于受发电机绝缘水平限制，通常为6.3 kV,10.5 kV，最高不超过20 kV。在远距离输送电能时，须将发电机的输出电压通过升压变压器将电压升高到几万伏或几十万伏，以降低输电线电流，从而减少输电线路上的能量损耗返回上一页下一页项目一 变压器极性判定 输电线路将几万伏或几十万伏的高压电能输送到负荷区后，须经降压变压器将高电压降低，以适合于用电设备的使用。故在供电系统中需要大量的降压变压器，将输电
5、线路输送的高压变换成不同等级的电压，以满足各类负荷的需要 由多个电站联合组成电力系统时，要依靠变压器将不同电压等级的线路连接起来。所以，变压器是电力系统中不可缺少的重要设备上一页返回任务一 变压器的工作原理及结构 一、变压器的工作原理 变压器是根据电磁感应原理工作的。图1一1是单相变压器的原理图。图中所示的闭合的铁芯上，绕有两个互相绝缘的绕组，其中，接入电源的一侧叫一次侧绕组，输出电能的一侧为二次侧绕组。当交流电源电压 加到一次侧绕组后，就有交流电流 通过该绕组，在铁芯中产生交变磁通 ，这个交变磁通不仅穿过一次侧绕组，同时也穿过二次侧绕组，两个绕组分别产生感应交变电势 和 。这时，如果二次侧绕
6、组与外电路的负荷接通，便有交流电流 流入负荷，即二次侧绕组有电能输出。下一页返回任务一 变压器的工作原理及结构 根据电磁感应定律:一次侧绕组感应电势为 二次侧绕组感应电势为 式中，N1为一次侧绕组匝数;N2为二次侧绕组匝数;为铁芯中主磁通变化率。由式(1一1)、式(1-2)得出上一页 下一页返回任务一 变压器的工作原理及结构 由此可见，变压器一、二次侧感应电势之比等于一、二次侧绕组匝数之比 由于变压器一、二次侧的漏电抗和电阻都比较小，可以忽略不计，因此可近似地认为:一次电压有效值:，二次电压有效值:。于是 式中，k为变压器的变比上一页 下一页返回任务一 变压器的工作原理及结构 变压器一、二次侧
7、绕组因匝数不同将导致一、二次侧绕组的电压高低不等，匝数多的一侧电压高，匝数少的一侧电压低，这就是变压器能够改变电压的道理。如果忽略变压器的内损耗，可认为变压器二次输出功率等于变压器一次输人功率，即 式中，I1、I2分别为变压器一次、二次电流的有效值 由此可得出上一页 下一页返回任务一 变压器的工作原理及结构 由此可见，变压器一、二次电流之比与一、二次绕组的匝数比成反比。即变压器匝数多的一侧电流小，匝数少的一侧电流大，也就是电压高的一侧电流小，电压低的一侧电流大。二、变压器的结构 中小型油浸电力变压器典型结构如图1-2所示。(一)铁芯 1.铁芯结构 变压器的铁芯是磁路部分。由铁芯柱和铁扼两部分组
8、成。绕组套装在铁芯柱上，而铁扼则用来使整个磁路闭合。铁芯的结构一般分为心式和壳式两类。上一页 下一页返回任务一 变压器的工作原理及结构 心式铁芯的特点是铁扼靠着绕组的顶面和底面，但不包围绕组的侧面。壳式铁芯的特点是铁扼不仅包围绕组的顶面和底面，而且还包围绕组的侧面。由于心式铁芯结构比较简单，绕组的布置和绝缘也比较容易，因此我国电力变压器主要采用心式铁芯，只在一些特种变压器(如电炉变压器)中才采用壳式铁芯。常用的心式铁芯如图1-3所示。近年来，大量涌现的节能性配电变压器均采用卷铁芯结构。上一页 下一页返回任务一 变压器的工作原理及结构 2.铁芯材料 由于铁芯为变压器的磁路，所以其材料要求导磁性能
9、好，导磁性能好，才能使铁损小。故变压器的铁芯采用硅钢片叠制而成。硅钢片有热轧和冷轧两种。由于冷轧硅钢片在沿着辗轧的方向磁化时有较高的磁导率和较小的单位损耗，其性能优于热轧的，国产变压器均采用冷轧硅钢片。国产冷轧硅钢片的厚度为0.35 mm,0.30 mm,0.27 mm等几种。片厚则涡流损耗大。片薄则叠片系数小，因为硅钢片的表面必须涂覆一层绝缘漆以使片与片之间绝缘。上一页 下一页返回任务一 变压器的工作原理及结构(二)绕组 绕组是变压器的电路部分，一般用绝缘纸包的铝线或铜线烧制而成。根据高、低压绕组排列方式的不同，绕组分为同心式和交叠式两种。对于同心式绕组，为了便于绕组和铁芯绝缘，通常将低压绕
10、组靠近铁芯柱。对于交叠式绕组，为了减小绝缘距离，通常将低压绕组靠近铁扼。(三)绝缘 变压器内部主要绝缘材料有变压器油、绝缘纸板、电缆纸、皱纹纸等上一页 下一页返回任务一 变压器的工作原理及结构(四)分接开关 为了供给稳定的电压、控制电力潮流或调节负载电流，需要对变压器进行电压调整。目前，变压器调整电压的方法是在其某一侧绕组上设置分接，以切除或增加一部分绕组的线匝，以改变绕组的匝数，从而达到改变电压比的有级调整电压的方法。这种绕组抽出分接以供调压的电路，称为调压电路;变换分接以进行调压所采用的开关，称为分接开关。一般情况下是在高压绕组上抽出适当的分接。这是因为高压绕组一则常套在外面，引出分接方便
11、;二则高压侧电流小，分接引线和分接开关的载流部分截面小，开关接触触头也较容易制造。变压器二次侧不带负载，一次侧也与电网断开(无电源励磁)的调压，称为无励磁调压，带负载进行变换绕组分接的调压，称为有载调压上一页 下一页返回任务一 变压器的工作原理及结构(五)油箱 油箱是油浸式变压器的外壳，变压器的器身置于油箱内，箱内灌满变压器油。油箱结构，根据变压器的大小分为吊器身式油箱和吊箱壳式油箱两种。(六)冷却装置 变压器运行时，由绕组和铁芯中产生的损耗会转化为热量，必须及时散热，以免变压器过热造成事故。变压器的冷却装置是起散热作用的。根据变压器容量大小不同，采用不同的冷却装置 对于小容量的变压器，绕组和
12、铁芯所产生的热量经过变压器油与油箱内壁的接触，以及油箱外壁与外界冷空气的接触而自然地散热冷却，无须任何附加的冷却装置。若变压器容量稍大些，可以在油箱外壁上焊接散热管，以增大散热面积。上一页 下一页返回任务一 变压器的工作原理及结构 对于容量更大的变压器，则应安装冷却风扇，以增强冷却效果。当变压器容量在50 000 kV A及以上时，则采用强迫油循环水冷却器或强迫油循环风冷却器。与前者的区别在于循环油路中增设了一台潜油泵，对油加压以增加冷却效果。这两种强迫循环冷却器的主要差别为冷却介质不同，前者为水，后者为风(七)储油柜(又称油枕)储油柜位于变压器油箱上方，通过气体继电器与油箱相通，如图1-4所
13、示。当变压器的油温变化时，其体积会膨胀或收缩。储油柜的作用就是保证油箱内总是充满油，并减小油面与空气的接触面，从而减缓油的老化上一页 下一页返回任务一 变压器的工作原理及结构(八)安全气道(又称防爆管)安全气道位于变压器的顶盖上，其出口用玻璃防爆膜封住。当变压器内部发生严重故障，而气体继电器失灵时，油箱内部的气体便冲破防爆膜从安全气道喷出，保护变压器不受严重损害。(九)吸湿器 为了使储油柜内上部的空气保持干燥，避免工业粉尘的污染，储油柜通过吸湿器与大气相通。吸湿器内装有用氯化钙或氯化钻浸渍过的硅胶，它能吸收空气中的水分。当它受潮到一定程度时，其颜色由蓝色变为粉红色(十)气体继电器 气体继电器位
14、于储油柜与箱盖的联管之间。在变压器内部发生故障(如绝缘击穿、匝间短路、铁芯事故等)产生气体或油箱漏油等使油面降低时，接通信号或跳闸回路，保护变压器上一页 下一页返回任务一 变压器的工作原理及结构(十一)高、低压绝缘套管 变压器内部的高、低压引线是经绝缘套管引到油箱外部的，它起着固定引线和对地绝缘的作用。套管由带电部分和绝缘部分组成。带电部分包括导电杆、导电管、电缆或铜排。绝缘部分分外绝缘和内绝缘。外绝缘为瓷管，内绝缘为变压器油、附加绝缘和电容性绝缘。上一页 下一页返回任务一 变压器的工作原理及结构 三、电力变压器的型号及技术参数(一)型号 变压器的技术参数一般都标在铭牌上。按照国家标准，铭牌上
15、除标出变压器名称、型号、产品代号、标准代号、制造厂名、出厂序号、制造年月以外，还需标出变压器的技术参数数据。变压器除装设标有以上项目的主铭牌外，还应装设标有关于附件性能的铭牌，需分别按所用附件(套管、分接开关、电流互感器、冷却装置)的相应标准列出。变压器的型号表示方法如图1一5所示。上一页 下一页返回任务一 变压器的工作原理及结构 电力变压器可以按绕组藕合方式、相数、冷却方式、绕组数、绕组导线材质和调压方式分类。但是，这种分类还不足以表达变压器的全部特征，所以在变压器型号中除要把分类特征表达出来外，还需标记其额定容量和高压绕组额定电压等级。图1一5是电力变压器型号的表示方式 一些新型的特殊结构
16、的配电变压器，如非晶态合金铁芯、卷绕式铁芯和密封式变压器，在型号中分别加以H,R和M表示上一页 下一页返回任务一 变压器的工作原理及结构 (二)相数 变压器分单相和三相两种，一般均制成三相变压器以直接满足输配电的要求。小型变压器有制成单相的，特大型变压器做成单相后，组成三相变压器组，以满足运输的要求。(三)额定频率 变压器的额定频率就是所设计的运行频率，我国为50 Hz (四)额定电压 额定电压是指变压器线电压(有效值)，它应与所连接的输变电线路电压相符合。我国输变电线路的电压等级(即线路终端电压)为0.38 kV,3 kV,6 kV,10 kV,35 kV,63 kV,110 kV,220
17、kV,330 kV,500 kV。故连接于线路终端的变压器(称为降压变压器)其一次侧额定电压与上列数值相同。上一页 下一页返回任务一 变压器的工作原理及结构 考虑线路的电压降，线路始端(电源端)电压将高于等级电压，35 kV以下的要高5%,35 kV及以上的高10%，即线路始端电压为0.4 kV,3.15 kV,6.3 kV,10.5 kV,38.5 kV,69 kV,121 kV,242 kV,363 kV,550 kV。故连接于线路始端的变压器(即升压变压器)，其二次侧额定电压与上列数值相同。变压器产品系列是以高压的电压等级区分的，分为10 kV及以下、20 kV,35 kV,66 kV,
18、110 kV和220 kV等系列上一页 下一页返回任务一 变压器的工作原理及结构 (五)额定容量 额定容量是指在变压器铭牌所规定的额定状态下，变压器二次侧的输出能力(kV A)。对于三相变压器，额定容量是三相容量之和。变压器额定容量与绕组额定容量有所区别:双绕组变压器的额定容量即绕组的额定容量;多绕组变压器应对每个绕组的额定容量加以规定，其额定容量为最大的绕组额定容量;当变压器容量由于冷却方式而变更时，则额定容量是指最大的容量。变压器额定容量的大小与电压等级也是密切相关的。电压低、容量大时电流大，损耗增大;电压高、容量小时绝缘比例过大，变压器尺寸相对增大。因此，电压低的容量必小，电压高的容量必
19、大。上一页 下一页返回任务一 变压器的工作原理及结构 (六)额定电流 变压器的额定电流为通过绕组线端的电流，即线电流(有效值)。它的大小等于绕组的额定容量除以该绕组的额定电压及相应的相系数(单相为1，三相为3)。单相变压器额定电流为 式中，I N分别为一、二次额定电流;S N为变压器的额定容量;UN分别是一、二次额定电压。上一页 下一页返回任务一 变压器的工作原理及结构 三相变压器额定电流为 三相变压器绕组为Y连接时，线电流为绕组电流;D连接时线电流等于 1.732倍的绕组电流(七)绕组连接组标号 变压器同侧绕组是按一定形式连接的。三相变压器或组成三相变压器组的单相变压器，则可以连接为星形、三
20、角形等。星形连接是各相线圈的一端接成一个公共点(中性点)，其余接端子接到相应的线端上;三角形连接是三个相线圈互相串联形成闭合回路，由串联处接至相应的线端上一页 下一页返回任务一 变压器的工作原理及结构 星形、三角形、曲拆形等连接，现在对于高压绕组分别用符号Y,D,Z表示;对于中压和低压绕组分别用符号y,d,z表示。有中性点引出时则分别用符号YN、ZN和y n、z n表示变压器按高压、中压和低压绕组连接的顺序组合起来就是绕组的连接组上一页 下一页返回任务一 变压器的工作原理及结构 (八)调压范围 变压器接在电网上运行时，变压器二次侧电压将由于种种原因发生变化，影响用电设备的正常运行。因此变压器应
21、具备一定的调压能力。根据变压器的工作原理，当高、低压绕组的匝数比变化时，变压器二次侧电压也随之变动，改变变压器匝数比即可达到调压的目的。变压器调压方式通常分为无励磁调压和有载调压两种方式。二次侧不带负载，一次侧又与电网断开时的调压为无励磁调压，二次侧带负载时的调压为有载调压。(九)空载电流 当变压器二次绕组开路，一次绕组施加额定频率的额定电压时，一次绕组中所流过的电流称空载电流I，变压器空载合闸时有较大的冲击电流。上一页 下一页返回任务一 变压器的工作原理及结构 (十)阻抗电压和短路损耗 当变压器二次侧短路，一次侧施加电压使其电流达到额定值，此时所施加的电压称为阻抗电压U z，变压器从电源吸取
22、的功率即短路损耗，以阻抗电压U z，与额定电压U N之比的百分数表示，即上一页 下一页返回任务一 变压器的工作原理及结构(十一)电压调整率 变压器负载运行时，由于变压器内部的阻抗压降，二次电压将随负载电流和负载功率因数的改变而改变。电压调整率即表示变压器二次电压变化的程度大小，为衡量变压器供电质量的数据，其定义为:在给定负载功率因数下(一般取0.8，二次空载电压 U 2N和二次负载电压 U 2之差与二次额定电压队U 2N的比，即:式中，U 2N为二次额定电压，即二次空载电压;U 2为二次负载电压 电压调整率是衡量变压器供电质量好坏的数据。上一页 下一页返回任务一 变压器的工作原理及结构(十二)
23、效率 变压器的效率刀为输出的有功功率与输入的有功功率之比的百分数。通常，中小型变压器的效率约为90%以上，大型变压器的效率在95%以上(十三)温升和冷却方式 1.温升 变压器的温升，对于空气冷却变压器是指测量部位的温度与冷却空气温度之差;对于水冷却变压器是指测量部位的温度与冷却器入口处水温之差。上一页 下一页返回任务一 变压器的工作原理及结构 油浸式变压器绕组和顶层油温升限值:因为A级绝缘在98时产生的绝缘损坏为正常损坏，而保证变压器正常寿命的年平均气温是20，绕组最热点与其平均温度之差为13，所以绕组温升限值为 98-20一13=65(0C)油正常运行的最高温度为95，最高气温为40，所以顶
24、层油温升限值为95一40=55()。2.冷却方式 变压器的冷却方式有多种，如干式自冷、油浸风冷等，不同方式适用于不同种类的变压器。上一页返回任务二 单相变压器同名端判定 同名端:是指在同一交变磁通的作用下任一时刻两个(或两个以上)绕组中都具有相同电动势极性的端头彼此互为同名端。用“”来表示原、副绕组感应电动势的相位，原、副绕组均带“”的两对应端，表示该两端感应电动势的相位相同，称为同名端。一端带“”而另一端不带“”的两对应端，表示该两端感应电动势相位相反，则称为非同名端，亦称为异名端变压器绕组的极性指的是变压器原、副边绕组的感应电动势之间的相位关系。如图1-6所示，1,2为原边绕组，3,4为副
25、边绕组，它们的绕向相同，在同一交变磁通的作用下，两绕组中同时产生感应电动势，在任何时刻两绕组同时具有相同电动势极性的两个端头互为同名端。1,3互为同名端，2,4互为同名端;1,4互为异名端 变压器同名端的判断方法较多，分别叙述如下。下一页返回任务二 单相变压器同名端判定 一、交流电压法 一单相变压器原、副边绕组连线如图1-7所示，在它的原边加适当的交流电压，分别用电压表测出原、副边的电压U1,U2，以及1,3之间的电压U3。如果U3=U1+U2，则相连的线头2,4为异名端，1,4为同名端，2,3也是同名端。如果U3=U1一U2，则相连的线头2,4为同名端，1,4为异名端，1,3也是同名端 二、
26、直流法(又叫干电池法)用干电池一节、万用表一块接成如图1-8所示电路。将万用表挡位打在直流电压低挡位，如5 V以下或者直流电流的低挡位(如5 mA)，当接通SB的瞬间，表针正向偏转，则万用表的正极、电池的正极所接的为同名端;如果表针反向偏转，则万用表的正极、电池的负极所接的为同名端。注意:断开SB时，表针会摆向另一方向;SB不可长时间接通上一页 下一页返回任务二 单相变压器同名端判定 三、测电笔法 如图1-9所示，为了提高感应电动势，使氖管发光，可将电池接在匝数较少的绕组上，测电笔接在匝数较多的绕组上，按下按钮突然松开，在匝数较多的绕组中会产生非常高的感应电动势，使氖管发光。注意观察哪端发光，
27、发光的那一端为感应电动势的负极。此时与电池正极相连的以及与氖管发光那端相连的为同名端上一页返回任务三 三相变压器连接组别判定 三相变压器的连接组别的表示方法是:大写字母表示一次侧(或原边)的接线方式，小写字母表示二次侧(或副边)的接线方式。Y(或v)为星形接线，D(或d)为三角形接线。数字采用时钟表示法，用来表示一、二次侧线电压的相位关系，一次侧线电压相量作为分针，固定指在时钟12点的位置，二次侧的线电压相量作为时针。如“Y n,d11，其中11就是表示:当一次侧线电压相量作为分针指在时钟12点的位置时，二次侧的线电压相量在时钟的11点位置。也就是，二次侧的线电压Il,滞后一次侧线电压U,;3
28、300(或超前300).变压器接线方式有4种基本连接形式:”Y,y”、”D,y”、.Y”和“D,d我国只采用“Y,y”和“Y,d”由于Y连接时还有带中性线和不带中性线两种，不带中性线则不增加任何符号表示，带中性线则在字母Y后面加字母N表示。下一页返回任务三 三相变压器连接组别判定 变压器绕组的连接组，是变压器原、次边三相绕组连接方式不同，使得原、副边之间各个对应线电压的相位关系有所不同，来划分连接组别。通常是采用线电压矢量图对三相变压器的各种连接组别进行接线和识别，对初学者和现场操作者来说不易掌握。而利用相电压矢量图来对三相变压器各种连接组别进行接线和识别，此种方法具有易学懂、易记牢，在使用中
29、既简便又可靠的特点，特别是对Y/和/Y(即Y,d和D,y)的连接组，更显示出它的优越性。下面以实例来说明用相电压矢量图对三相变压器的连接组别的接线和识别的方法。上一页 下一页返回任务三 三相变压器连接组别判定 一、用相电压矢量图画出Y/0(Y,d)接法的接线图 首先画出原边三相相电压矢量A,B,C，以原边A相相电压为基准，顺时针旋转到所要求的连接组。如图1一10所示，Y/一II(y y,d11)的连接组别，顺时针旋转了3300后再画出次边a相的相电压矢量，此a相相电压矢量在原边A相与B相反方向一B的合成矢量上。由于原、次边三相绕组A,B,C和a,b,c相对应，我们把次边a相绕组的头连接次边b相
30、绕组尾，作为次边a相的输出线，由此在三角形接法中，只要确定了次边a相的连接，其他两相的头尾连接顺序和引出线就不会弄错。因此根据原、次边相电压矢量便可画出Yi一y y,d11)组接线图，如图1一11所示上一页 下一页返回任务三 三相变压器连接组别判定 二、用相电压矢量图来识别Y/0(Y,d)接法的连接组别 如要识别图1一12所示的Y/接法的连接组别，首先画出原边相电压矢量A,B,C，根据图1一12的接线图可以看出，次边a相绕组的尾连接c.相绕组的头作为次边a相的输出线，由于次边a与原边A同相位，我们把次边a相相电压矢量画在原边相电压矢量C和一A的中间，以原边A相电压矢量为基准，顺时针旋转次边a相
31、电压矢量，它们之间的夹角为2100，由此这个接线图是Y/-7(Y,d7)组，见图1一13上一页 下一页返回任务三 三相变压器连接组别判定 三、用相电压矢量图画出/Y(D,y)接法的接线图 首先画出次边a、b、c三相相电压矢量图，以次边a相相电压矢量为基准，逆时针旋转到所要求连接组，再根据此矢量图画出该组别的接线图、如图1一14所示，先画出/Y一5(D,y5)组的矢量图，再逆时针旋转1500,画出原边A相相电压矢量，此A相相电压矢量在次边C相相电压矢量与a相相电压矢量反方向一a的合成矢量上，因此根据此矢量图便可画出/Y一5(D,y5)组的接线图。可知，次边a,b,c三个头作为a,b,c三相的输出
32、端，原边A的尾连接C的头，B的尾接A的头，C的尾接B的头，分别作为A,B,C三相的输出端，见图1一15上一页 下一页返回任务三 三相变压器连接组别判定 四、用相电压矢量图来识别/Y(D,y)接法的连接组别 首先画出以次边a、b,c三相电压为基准的矢量图，再根据原边绕组的接法，只要将A相画在次边矢量上，以原边A相顺时针旋转到次边a相之间的夹角是多少，就知道该/Y的接线图属于第几组。如图1一16所示，识别图中/Y的接线图属于几组，根据上面的方法，画出次边a,b,c三相相电压矢量图，从接线图中可以看出原边A相绕组的头连接B相绕组的尾，作为原边A相引出线，因此我们把原边相电压矢量A画到次边矢量a和一b
33、中间，而次边c.相绕组的头作为次边a相输出，因此我们把次边矢量。当成是矢量a的调相来使用，然后以原边A相顺时针旋转到次边c.相，它们的夹角为2700，因此这个接线图为/Y一9(D,y9)连接组，见图1一17上一页返回图1一1 单相变压器的原理返回图1一2 变压器结构示意返回图1一3 常用的心式铁芯返回(a)三相三柱式截面三相三柱式截面;(b)单相卷铁芯截面单相卷铁芯截面图1-4 防爆管与变压器油枕间的连通返回 1一油枕一油枕;2一防爆管一防爆管;3一油机与安全气道的连通管一油机与安全气道的连通管;4-吸湿器吸湿器;5一防爆膜一防爆膜;6一气体继电器一气体继电器;7-蝶形阀蝶形阀;8一箱盖一箱盖
34、图1一5 电力变压器的型号表示方法返回图1-6 同名端返回图1一7 交流法判断同名端返回图1一8 干电池法测同名端返回图1一9 测电笔法测变压器同名端返回图1一10 Y/-11相电压矢量返回图1一11 Y/一11接线返回图1一12 Y/接线返回图1一13 Y/接线图的相电压矢量返回图1一14 /Y一5相电压矢量返回图1一15 /Y一5接线返回图1一16 /Y接线返回图1一17 /Y接线图的相电压矢量返回项目二 变压器参数测定 任务一 单相变压器的空载运行 任务二 单相变压器的负载运行 任务三 变压器参数测定实验 任务一 单相变压器的空载运行 一、空载运行时的电磁过程(一)空载时的电磁过程 图2
35、一1所示为单相变压器空载运行示意，图中各正弦量用相量表示。当一次绕组接到电压为 ，的交流电源后，一次绕组便流过空载电流 ，建立空载磁动势 ，并产生交变的空载磁通。空载磁通可分为两部分:一部分称为主磁通 ，它沿主磁路(铁芯)闭合，同时交链一、二次绕组;另一部分称为漏磁通 ，它沿漏磁路(空气、油)闭合，只交链一次绕组本身。根据电磁感应原理，主磁通 分别在一、二次绕组内产生感应电动势 和 ;漏磁通 仅在一次绕组内产生漏磁感应电动势 。另外，空载电流 流过一次绕组时，将在一次绕组的电阻R1上产生电压降 。变压器空载运行时的电磁过程可用图2-2表示下一页返回任务一 单相变压器的空载运行 变压器空载时，一
36、次绕组中的 三者与外加电压 相平衡;因二次绕组开路，故 与空载电压队 相平衡，即(二)主磁通和漏磁通 主磁通和漏磁通的磁路、大小、性质和作用都是不同的，表2一1给出了二者的比较。(三)各电磁量参考方向的规定 变压器中的电压、电流、磁通和电动势等都是随时间变化的物理量，通常是时间的正弦量。对变压器进行分析或计算时，首先要选取它们的参考方向(正方向)。参考方向的选取是任意的，但选取不同的参考方向时，同一电磁过程所列出的方程式的正、负号是不同的。本书对变压器各电磁量的参考方向统一规定如下(见图2一1):上一页 下一页返回任务一 单相变压器的空载运行 (1)将一次绕组看成是一次侧电源的负载，按负载惯例
37、规定一次测电压和电流的参考方向，即电流方向与电压方向一致(2)将二次绕组看成是二次侧负载的电源，按电源惯例规定二次侧电动势和电流的参考方向，即电流方向与电动势方向一致 (3)无论一次侧还是二次侧，电流与其产生磁通的参考方向符合右手螺旋定则;磁通与其产生电动势的参考方向也符合右手螺旋定则。因此，电动势和电流的参考方向一致。(4)二次侧负载端电压的参考方向与其电流的参考方向一致，这也符合负载惯例。上一页 下一页返回任务一 单相变压器的空载运行 图2-1中各电磁量的参考方向就是按照上述规定画出的。需要强调的是，电压参考方向是由高电位指向低电位;而电动势参考方向是由低电位指向高电位。在列写回路电压方程
38、时必须清楚这一点。另外，磁通与电动势的参考方向符合右手螺旋定则时，电磁感应定律表达式中带有“一号，即 ，其中“-”号表示的物理意义是:感应电动势总是阻碍磁通变化的上一页 下一页返回任务一 单相变压器的空载运行 二、感应电动势与变比(一)主磁通感应电动势 设主磁通随时间按正弦规律变化，即 式中，为主磁通的幅值;可为磁通变化的角频率(与一次侧电压的角频率相同)。按照图2-1中参考方向的规定，一、二次绕组的主磁通感应电动势瞬时值为上一页 下一页返回任务一 单相变压器的空载运行 由以上两式可知，当主磁通按正弦规律变化时，它所产生的感应电动势也按正弦规律变化，且二者频率相同，但感应电动势在时间相位上滞后
39、于主磁通900。感应电动势e1和e2的有效值为上一页 下一页返回任务一 单相变压器的空载运行 感应电动势e1和e2的相量表达式为 (二)漏磁通感应电动势 与主磁通感应电动势的分析方法相同，参见式(2一4)，可以直接写出一次绕组的漏磁通感应电动势的有效值为上一页 下一页返回任务一 单相变压器的空载运行 式中，为一次绕组漏磁通幅值。同理，漏磁通感应电动势在时间相位上滞后于漏磁通900，故漏磁通感应电动势的相量表达式为 由于漏磁路呈线性，即漏磁通 与空载电流 I。成正比，故可将式(2-9)改写为 式中，为一次绕组的漏感系数;X1称为一次绕组漏电抗上一页 下一页返回任务一 单相变压器的空载运行 式(2
40、一10)表明，一次绕组的漏磁通感应电动势 可用漏电抗压降 表示。其中X1的大小反映了 的大小，这说明磁路参数 可用电路参数X1来描述。由于漏磁路是线性的，故 和X1为常数，由于漏磁通很少，故漏电抗X1也很小。(三)变比 变比k的定义是:一、二次绕组的主电动势之比，即上一页 下一页返回任务一 单相变压器的空载运行 式(2一11)表明，变压器的变比等于一、二次绕组的匝数比，近似等于一、二次额定电压比。需要注意，三相变压器的变比是指一、二次相电动势之比，近似等于一、二次额定相电压比。由于三相变压器的额定电压指线电压，所以在计算变比时，必须根据一、二次绕组的连接法，先求出额定相电压，然后用额定相电压来
41、计算变比。上一页 下一页返回任务一 单相变压器的空载运行 三、空载电流和空载损耗(一)空载电流 变压器空载时，若不计磁场饱和，磁通和空载电流均为正弦波。此时一次绕组就是一个带铁芯的电感线圈，所以空载电流 滞后于电压 接近900。由于电动势 滞后主磁通 ，故 超前 。由于磁滞和涡流的影响，超前 一个小角度 ,称为铁耗角，因此 滞后于 ，接近900，如图2一3所示 可将空载电流 分解为两个分量，即上一页 下一页返回任务一 单相变压器的空载运行 式中，为滞后 的无功分量，其作用是建立主磁通 （与 同相位)，所以 又称为励磁电流;为与 ，同相位的有功分量，其作用是供给铁芯损耗，所以 又称为铁耗电流 电
42、力变压器空载电流的无功分量远大于有功分量，或励磁电流远大于铁耗电流，即 ，当忽略 时，则 ,所以通常把空载电流就称为励磁电流 空载电流的大小与磁路的饱和程度及磁阻大小有关。电力变压器的铁芯由导磁性能良好的硅钢片叠成，其磁阻很小，所以空载电流也很小，通常为额定电流的2%10%。变压器容量越大，空载电流越小，大型变压器的空载电流小于额定电流的1%上一页 下一页返回任务一 单相变压器的空载运行 (二)空载损耗 变压器空载运行时，二次侧没有功率输出，一次侧从电源吸取的有功功率 ，全部转化为空载损耗P0。空载损耗P0包括两部分:一部分是空载电流在一次绕组电阻上产生的铜损耗 ;另一部分是空载电流产生的交变
43、磁通在铁芯中引起的铁芯损耗 由于 和R1都很小，PCuO。可忽略不计，因此可认为空载损耗近似等于铁芯损耗，即上一页 下一页返回任务一 单相变压器的空载运行 四、空载时的电动势方程式、等效电路和相量图(一)空载时的电动势平衡方程式 由图2一1并根据基尔霍夫电压定律，可得一次绕组的电动势平衡方程式为 式中，为一次绕组的漏阻抗。变压器空载时，二次绕组的开路电压队。就等于感应电动势，即二次绕组的电动势平衡方程式为上一页 下一页返回任务一 单相变压器的空载运行 式(2一14)中的漏阻抗压降 很小，分析一些问题时可以忽略不计，即 上式表明，变压器主磁通幅值由电源的电压、频率和绕组匝数决定。当变压器接到固定
44、频率的电源上运行时，主磁通幅值仅与外施电压成正比。若外施电压不变，则主磁通幅值基本不变上一页 下一页返回任务一 单相变压器的空载运行 (二)空载时的等效电路 前面介绍过，空载电流 流过一次绕组产生的漏磁通 感应出的电动势 ，在数值上可用空载电流 在漏电抗X1上的压降 ，表示。同理，空载电流 产生的主磁通 。感应出的电动势 ，在数值上也可以用 在某一参数上的压降来表示。但考虑到交变主磁通在铁芯中引起铁芯损耗，因此不能单纯地引入一个电抗X m参数，还需要引入一个电阻Rm参数，用 来反映铁芯损耗。这样，可引入一个阻抗参数 ，把主磁通产生的感应电动势E，用空载电流I 在Z m上的压降 来表示，即上一页
45、 下一页返回任务一 单相变压器的空载运行 式中，称为励磁阻抗;R m称为励磁电阻，是反映铁芯损耗的等效电阻，铁芯损耗可表示为 称为励磁电抗，是反映主磁通大小的电抗。将式(2一18)代入式(2一14)得 上式对应的电路如图2-4所示，它就是变压器空载时的等效电路上一页 下一页返回任务一 单相变压器的空载运行 应当清楚，由于 ，故 ，一次绕组漏阻抗Z1=R1+jX1为常数。虽然 ，但主磁通 m与空载电流I。却是非线性(饱和特性)关系，所以励磁阻抗 不为常数，它与铁芯的饱和程度及电源电压的高低有关。当电压升高，铁芯饱和程度增大时，从磁化曲线可以看出，比值 m /I。减小，即 减小。但变压器正常运行时
46、，外施电压为额定值不变，主磁通幅值基本不变，磁路饱和程度也不变，所以可认为Z m为常数 对于电力变压器，当忽，时，变压器空载电流I。的大小主要取决于励磁阻抗Z m的大小，而 ，因此I。的大小最主要是由X m的大小决定的。不难证明 ,，其中A m为主磁路的磁导。因此增大主磁路的磁导A m和一次绕组的匝数N1，可以增大励磁电抗弋1。所以变压器铁芯采用高导磁率的硅钢片叠成，而且一次绕组具有较多的匝数，其目的就是为了增大励磁电抗，减小励磁电流和铁芯损耗上一页 下一页返回任务一 单相变压器的空载运行(三)空载时的相量图 变压器空载运行时的基本方程式归纳如下:上一页 下一页返回任务一 单相变压器的空载运行
47、 根据基本方程式，可以画出空载时的相量图，如图2一5所示。从相量图上可以直观地看出变压器各电磁量之间的相位关系。作相量图步骤如下:(1以 为参考相量，画在水平线上，同相(设 );(2)根据基本方程式，作 超前于 (3)将 反向得到 ，作空载电流 ，超前 一个铁耗角 (4)作出 ，其中 与 同相，超前 上一页 下一页返回任务一 单相变压器的空载运行 相量图中，各相量应按比例画出，但为了清楚起见，图中把量 ，和 放大了。由图可见，变压器空载运行时的功率因数角，即 与 之间的夹角甲。接近90，说明变压器空载运行时的功率因数 很低。一般。在0.10.2.上一页返回任务二 单相变压器的负载运行 变压器的
48、一次绕组接在额定频率、额定电压的交流电源上，二次绕组接上负载时的运行状态，称为变压器的负载运行，此时，二次绕组有电流 流过，电能从变压器一次侧传递到了二次侧。一、负载时的电磁过程 图2-6为单相变压器负载运行示意图。变压器负载运行时的电磁过程将在空载的基础上发生如下变化:二次绕组接上负载后，在电动势 作用下，二次绕组便有电流 流过，从而建立二次绕组磁动势 。也作用在主磁路铁芯上，它将使空载主磁通 趋于变化。但事实上 基本上是由外施电压 决定的，当 不变时，下一页返回任务二 单相变压器的负载运行 主磁通 基本不变。因此 的出现将导致一次绕组电流由空载时的 增大到负载时的 ，一次绕组磁动势由空载时
49、的 增大到负载时的 ，称为一次绕组磁动势的负载分量，它恰好与二次绕组磁动势凡相抵消，从而保持主磁通 基本不变 变压器负载运行时，由合成磁动势 产生主磁通 ，并在一、二次绕组中产生感应电动势 和 ，同时 和 还分别产生只交链自身绕组的漏磁通 和z,.，并分别在一、二次绕组中产生感应漏磁电动势 和 了。另外，一、二次绕组电流 和 分别在各自绕组的电阻上产生电阻压降 和 变压器负载运行时的电磁过程可用图2-7表示。上一页 下一页返回任务二 单相变压器的负载运行 二、负载时的基本方程式(一)电动势平衡方程式 由图2-6并根据基尔霍夫电压定律，可得一、二次绕组电动势平衡方程式为上一页 下一页返回任务二
50、单相变压器的负载运行 式中，一、二次绕组的漏磁通感应电动势采用漏电抗压降表示，即 X1,X2是一、二次绕组的漏电抗，分别反映了一、二次绕组漏磁通的大小二次绕组的漏阻抗分别为 变压器负载阻抗ZL上的电压，即二次端电压为上一页 下一页返回任务二 单相变压器的负载运行(二)磁动势平衡方程式 由电磁过程分析可知，当Il,不变时，空载和负载时的主磁通 基本不变空载时 由 ，产生;负载时 由 产生，因此可得如下磁动势平衡方程式 式(2一27)表明，变压器负载运行时，一次绕组磁动势 由两个分量组成:一个是励磁磁动势 用来产生负载时的主磁通 ，另一个是负载分量磁动势 ，用以抵消二次绕组磁动势对主磁通的影响，以
