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第三章 電機與電力拖動

第一節 變壓器

一、變壓器的用途及分類

變壓器是一種能夠改變交流電壓的設備。變壓器能將電壓由低變高或由高變低，它是電力系統中最重要的電氣設備之一。在電能遠距離傳輸前，升壓變壓器把大型發電機發出的低壓交流電轉換成高壓交流電，而在供給用戶使用前，來自高壓輸電網的電能須經降壓變壓器降壓。

(一)按容量可以把變壓器分為

(二)按用途可以把變壓器分為

1、電力變壓器。包括：

(1)升壓變壓器。

(2)降壓變壓器。

(3)配電變壓器。用于配電網絡，以滿足生產和日常生活的要求。低壓側電壓為400V(單相為230V)的變壓器稱為配電變壓器，一般高壓側的電壓為6～10 kV。如果變壓器高壓側電壓為35 kV(或66～110 kV)的，則稱為直配配電變壓器，簡稱直配變。

(4)聯絡變壓器。用于聯絡兩變電所系統。

(5)廠用或所用變壓器。發電廠或變電所自用或為廠礦企業專用。

2、儀用變壓器。諸如電流互感器、電壓互感器，作為測量和保護裝置。

3、電爐變壓器。有煉鋼爐變壓器、電石爐變壓器、感應爐變壓器。

4、試驗變壓器。

5、整流變壓器。

6、調壓變壓器。

7、礦用變壓器。(防爆變壓器)

8、其他變壓器。

(三)按相數可以把變壓器分為

1、單相變壓器。用于單相負載或三相變壓器組。

2、三相變壓器。用于三相負載。

二、變壓器的工作原理

以單相變壓器為例。如圖3-1，變壓器由鐵芯、一次繞組、二次繞組組成，

與電源相聯的繞組稱為一次繞組(原繞組、初級繞組)，匝數為 N1;

與負載相聯的繞組稱為二次繞組(副繞組、次級繞組)，匝數為 N2

當一次繞組與交流電源接通，而二次繞組未接負載時，變壓器處于空載狀態。這時一次繞組在電源電壓作用下，有交變電流通過，此電流為空載電流。

空載時，一、二次繞組電壓有效值之比存在以下關系：

空載時，一次、二次繞組的匝數比等于電壓比。

當變壓器帶載時，一、二次繞組中電流的有效值與匝數存在以下的關系：

即，帶載時變壓器一、二次繞組電流比近似為其匝數比的倒數。

變壓器效率：變壓器輸出、輸入有功功率之比

變壓器的輸出功率等于輸入功率與其損耗功率(鐵損和銅損)之差。一般電力變壓器的鐵損(鐵心渦流損失)和銅損(繞組電阻損耗的能量)都很小，變壓器滿負荷運行時效率均在 95% 以上。

在電子設備中使用的變壓器效率比較低，一般在 90% 以下。

顯然，變壓器空載時的效率為零，因為輸出功率 P2=0

經典例題：電力變壓器在滿負荷運行時效率一般為( )。

A.1

B.95%以上

C.90%以下

D.0

【答案】B

三、變壓器的主要額定數據

1、額定容量S_e：指變壓器在銘牌規定的額定電壓、額定電流下連續運行時，能夠輸送的能量。其計算公式為：

S_e=U_eI_e×10^-3—— 單相電力變壓器

——三相電力變壓器

S_e——額定容量(視在功率)kVA

U_e——電力變壓器二次側的額定電壓 V

I_e——電力變壓器二次側的額定電流 A

2、額定電壓U_e：指變壓器長時間運行所能承受的工作電壓(銘牌上的Ue值，除非另有規定，一般指調壓中間分接頭的額定電壓值)，以kV表示。

(繞組一般都留有3～5個分接頭位置，通過分接開關調整電壓比。)

3、額定電流Ie：指變壓器在額定容量下，允許長期通過的電流。

4、溫升：變壓器繞組或上層油面的溫度與變壓器周圍環境的溫度之差稱為繞組或上層油面的溫升。在每一臺變壓器的銘牌上都標有溫升的限值。國家標準規定，當變壓器安裝地點的海拔不超過1000m時，繞組溫升的限值為65℃;上層油面溫升的限值為55℃。

5、額定工作狀態：是變壓器在額定電壓、額定頻率、額定負載及規定使用條件下的工作狀態，在銘牌上都有標示。變壓器在額定工作狀態下運行，經濟效果好、壽命長;反之，經濟效果差、壽命短，甚至會出事故。

四、變壓器的結構

這里以中、小型變壓器為主。

變壓器的組成如圖3-2所示。

中、小型電力變壓器主要有器身和輔助部件組成，器身主要包括：鐵芯、繞組、絕緣和引線。其中，鐵芯和繞組是變壓器的最基本組成部分。

1、 鐵芯。鐵芯是變壓器電磁感應的通路，由硅鋼片疊成。采用硅鋼片疊裝可以減少渦流。變壓器的一、二次繞組都繞在鐵芯上。

2、 繞組。變壓器的電路部分，分高、低壓繞組。即一、二次繞組。繞組由絕緣的銅線或鋁線繞成的多層線圈構成，套裝在鐵芯上。

3、 油箱。它是變壓器的外殼，內裝鐵芯、繞組和變壓器油，起一定的散熱作用。

4、 儲油柜。當變壓器油的體積隨溫度的變化而膨脹或縮小時，儲油柜起著儲油和補油的作用，以保證油箱內充滿油。儲油柜還能減少油與空氣的接觸面，防止油被過快氧化和受潮。吸濕器。

5、 散熱器。它用來降低變壓器的溫度。為提高變壓器油冷卻效果，可采用風冷、強(迫)油(循環)風冷和強油水冷等措施。

6、 安全氣道。當變壓器內部有故障、油溫升高、油劇烈分解產生大量氣體使油箱內壓力劇增時，會將安全氣道的玻璃沖碎，從而避免油箱爆炸或變形。

7、 高、低壓絕緣套管(瓷套管)。它是將變壓器高、低壓引線引至油箱外部的絕緣裝置，也起固定引線的作用。

8、 分接開關。雙繞組變壓器的一次繞組、三繞組變壓器的一、二次繞組一般都留有3～5個分接頭位置，通過分接開關調整電壓比。

9、 氣體繼電器。裝在變壓器油箱和儲油柜的連接管上，是變壓器的主要保護裝置。變壓器內部發生故障時，能使斷路器掉閘并發出信號。

10、 附件。括溫度計、凈油器、油位計等。

經典例題：中、小型電力變壓器的器身包括( )

A.繞組 B.絕緣 C.油箱 D.引線 E.儲油柜

【答案】ABD

【解析】中、小型電力變壓器主要有器身和輔助部件組成，器身主要包括：鐵芯、

（責任編輯：中大編輯）

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