任務１認識變壓器任務２單相變壓器的運行任務３三相變壓器的應用任務４特種變壓器的應用任務５變壓器的維護與故障分析處理１．了解變壓器的用途和分類。２．認識變壓器的外形和內部結構，熟悉各部件的作用。３．了解變壓器銘牌中型號和額定值的含義，掌握額定值的簡單計算。４．學會變壓器的檢測、接線和簡單操作使用。學習目標任務１認識變壓器任務引入小型變壓器應用于機床的安全照明和控制電路、各種電子產品的電源適配器、電子線路中的阻抗匹配等，其外形如圖所示。電力變壓器是電力系統中的關鍵設備，起著高壓輸電、低壓供電的重要作用，電力變壓器的外形如圖所示。作為一名電氣自動化專業技術人員必須熟悉變壓器的結構、工作原理和性能特點，掌握變壓器的檢測、接線和簡單操作使用。小型變壓器電力變壓器相關知識一、變壓器的用途變壓器的基本作用是在交流電路中變電壓、變電流、變阻抗、變相位和電氣隔離。升壓變壓器降壓變壓器調壓變壓器整流變壓器電焊變壓器互感器電源適配器二、變壓器的分類１．根據用途不同分類（１）電力變壓器（２）特種變壓器２．根據繞組數目不同分類自耦變壓器（只有一個繞組）、雙繞組變壓器、三繞組變壓器和多繞組變壓器。３．根據冷卻方式和冷卻介質不同分類（１）干式變壓器（２）油浸式變壓器（３）充氣式變壓器４．根據鐵心結構不同分類心式變壓器、殼式變壓器。５．根據容量不同分類中小型變壓器（<6300kVA)、大型變壓器（8000～63000kVA)、特大型變壓器（>63000kVA)。三、變壓器的基本結構變壓器最主要的組成部分是鐵心和繞組，稱為器身。變壓器的器身１．鐵心它由鐵心柱、磁軛和夾緊裝置組成。繞組包圍著鐵心的變壓器叫心式變壓器。單相心式變壓器鐵心包圍著繞組的變壓器叫殼式變壓器單相殼式變壓器鐵心疊片的形式根據變壓器的大小有所不同。小型變壓器鐵心的硅鋼片ａ）E形ｂ）F形ｃ）C形大中型變壓器鐵心的硅鋼片ａ）單相ｂ）三相２．繞組同心式繞組是將高、低壓繞組套在同一鐵心柱的內外層，如圖所示。交疊式繞組的高、低壓繞組是沿軸向交疊放置的，如圖所示。同心式繞組結構簡單，絕緣和散熱性能好，所以在電力變壓器中得到廣泛應用；而交疊式繞組的引線比較方便，力學強度好，易構成多條并聯支路，因此常用于大電流變壓器中，例如電爐變壓器、電焊變壓器等。同心式繞組交疊式繞組３．油箱和其他附件油箱既是油浸式變壓器的外殼，又是變壓器油的容器，還是冷卻裝置。變壓器的器身放在油箱內，變壓器油的作用是冷卻與絕緣。四、變壓器的銘牌與額定值1.型號2.額定電壓U1N/U2N3.額定電流I1N/I2N4.額定容量SN變壓器的銘牌任務實施一、任務準備二、認識、檢測并記錄單相變壓器及相關設備的規格、量程和額定值三、繪制單相變壓器的工作電路圖四、連接單相變壓器的工作電路五、通電測試變壓器的輸入、輸出電壓關系六、測試變壓器的輸入、輸出電流關系總結測評一、總結報告１．繪制實訓的電路圖。２．記錄實訓的過程、現象和數據結果。３．小結、體會和建議。二、任務測評（見表）任務實施考核評分記錄表１．了解變壓器變電壓、變電流、變阻抗的工作原理。２．熟悉單相變壓器的外特性和效率特性。３．學會單相變壓器參數的測定方法。４．學會單相變壓器外特性的測定方法。學習目標任務２單相變壓器的運行任務引入變壓器在交流電路中的基本作用是利用電磁感應的原理實現改變電壓、電流和阻抗的目的。為了合理、高效、安全、可靠地使用變壓器，發揮變壓器的最大作用，電氣技術人員應該了解變壓器改變電壓、電流和阻抗的工作原理。本任務就通過完成變壓器的空載試驗、短路試驗和帶電阻性負載試驗，掌握上述知識和技能。相關知識

２．變壓器變電壓的工作原理上式表明，變壓器一次繞組與二次繞組的電壓之比約等于匝數之比。當K＞1時，U1＞U20，變壓器起降壓作用；當Ｋ＜1時，U1＜U20，變壓器起升壓作用。變壓器通過改變一次繞組和二次繞組的匝數之比，就可以很方便地改變輸出電壓的大小。變壓器負載運行原理圖

上式表明，變壓器在改變電壓的同時，電流也隨之成反比例地變化，且一次電流與二次電流之比等于匝數的反比。４．變壓器變阻抗的工作原理上式表明負載阻抗ZL

反映到電源側的輸入等效阻抗Z，其值擴大了K2

倍。變壓器變阻抗的原理ａ）變壓器電路ｂ）等效電路二、變壓器的基本方程式和等效電路１．變壓器的基本方程式（１）根據圖所示變壓器負載運行時的電磁關系，可得一次繞組和二次繞組回路的電壓方程式為：式中r1、r2一次、二次繞組的電阻；

x1、x2與一次、二次繞組的漏磁通對應的漏電抗。（２）根據變壓器變比的定義，一次繞組與二次繞組中的電動勢存在以下關系：（３）從負載阻抗上看，又有以下的電壓關系：（４）在上述電壓方程式中，一次繞組和二次繞組中漏磁通產生的電動勢寫成了漏阻抗壓降的形式。同理，主磁通在一次繞組中產生的電動勢也可以寫成空載勵磁電流在等效勵磁阻抗上的壓降形式，即：式中rm反映鐵損耗大小的等效電阻；

xm反映主磁通與一次繞組電動勢之間關系的等效電抗。（５）根據磁勢平衡方程式，存在一次電流與二次電流之間的關系為：２．變壓器的折算所謂折算就是在保持磁動勢和功率關系不變的原則下，把一次繞組和二次繞組換算成具有相同的匝數。通常是將實際的二次繞組折算成與一次繞組一樣的匝數，簡稱為二次側折算到一次側。折算后的各量在符號的右上角加“′”來表示。折算后，變壓器的基本方程式變為：３．變壓器的等效電路變壓器各部分的等效電路變壓器的T形等效電路變壓器的簡化等效電路４．變壓器的相量圖變壓器感性負載的相量圖變壓器感性負載簡化相量圖三、單相變壓器的運行特性１．電壓變化率和外特性（１）變壓器的電壓變化率由于實際變壓器的一次繞組和二次繞組中，總是存在著內阻抗，負載電流通過這些內阻抗必然產生內部電壓降，其輸出電壓會隨負載電流的變化而變化。變壓器的電壓變化率可用下式近似計算：（2）變壓器的外特性變壓器的外特性是指一次側電壓為額定值U1N，負載功率因數cosφ2

一定時，二次側端電壓U2

隨負載電流I2

變化的關系曲線，即U2=f（I2），如圖所示。變壓器的外特性２．變壓器的損耗和效率（1）變壓器的損耗變壓器在傳輸功率時，存在著兩種基本損耗。其一是銅損耗pCu，它是一次繞組和二次繞組中的電流流過相應的電阻產生的，其值與電流的平方成正比。銅損耗的大小隨負載的變化而變化，叫作可變損耗。設變壓器額定工作時的銅損耗pCuN=pk，則：變壓器中的另外一種損耗是鐵損耗pFe，它包括鐵心中通過交變磁通引起的渦流損耗和磁滯損耗，其值與電流交變的頻率和鐵心中磁通量的最大值成正比。當電源電壓和頻率不變時，變壓器鐵心中的磁通量最大值基本不變，鐵損耗也基本不變，與空載時的損耗p0

大致相等，即pFe=p0，因此，把鐵損耗稱為不變損耗。變壓器的總損耗為銅損耗和鐵損耗之和，即：（２）變壓器的效率

時，所以一般使鐵損耗pFe

等于額定銅損耗的1／４～１／３，對應的輸出功率為額定容量的一半左右時，變壓器的效率最高。任務實施一、任務準備二、變壓器的空載試驗１．繪制變壓器空載試驗的電路圖２．連接單相變壓器空載試驗的工作電路３．通電測試空載試驗數據三、變壓器的短路試驗１．繪制變壓器短路試驗的電路圖２．連接單相變壓器短路試驗的工作電路３．通電測試短路試驗數據四、變壓器的電阻性負載試驗１．繪制變壓器電阻性負載試驗的電路圖２．連接單相變壓器負載試驗的工作電路３．通電測試電阻性負載的外特性總結測評一、總結報告１．繪制實訓的電路圖。２．記錄實訓的過程、現象和數據結果。３．小結、體會和建議。任務實施考核評分記錄表二、任務測評（見表）１．了解三相變壓器的結構特點。２．熟悉三相變壓器的連接組。３．了解變壓器并聯運行的條件。４．學會三相變壓器的接線方法。５．學會三相變壓器連接組的測試方法。學習目標任務３三相變壓器的應用任務引入三相變壓器是每個企事業單位必備的電力設備，它的工作正常與否直接與企業的生產經營相關。了解三相變壓器的結構和性能特點，正確使用與維護三相變壓器，是電氣技術人員必備的知識和技能。本任務通過測定三相變壓器Yy和Yd接法的連接組，熟練掌握三相變壓器的相關知識和技能。相關知識一、三相變壓器的磁路系統鐵心的結構特點１．三相變壓器組的磁路系統三相變壓器組是由三個完全一樣的單相變壓器組成的。它的磁路特點是三相磁通互不關聯，各有自己單獨的回路。三相變壓器組的磁路系統２．三相心式變壓器的磁路系統三相心式變壓器的磁路是由三個獨立的單相變壓器磁路演變而來的。三相磁路是不完全對稱的，中間相的磁路較短，磁阻比其他兩相要小一點，相應的空載電流也小一些，I0U=I0W＞I0V,帶負載能力大一點。三相心式變壓器的磁路系統二、三相變壓器的電路系統——連接組１．單相變壓器的連接組國家標準規定，單相變壓器只能采用一種連接組別為Ii0。單相變壓器的連接組２．三相變壓器繞組的接法三相變壓器的一次繞組和二次繞組均可以接成星形或三角形。國家標準規定，一次繞組星形接法用Y表示，有中線時用YN表示；三角形接法用D表示。二次繞組星形接法用y表示，有中線時用yn表示；三角形接法用d表示。

三相繞組的接法與相量圖ａ）星形接法ｂ）、ｃ）三角形接法４．Yy

接法的連接組Yy0連接組Yy6連接組５．Yd接法的連接組Yd11連接組Yd1連接組６．變壓器的標準連接組國家標準規定，單相電力變壓器只有一個標準連接組為Ii0；三相電力變壓器只能采用以下五種連接組別：Yyn0、Yd11、YNd11、YNy0和Yy0。三、變壓器的并聯運行變壓器的并聯運行是指兩臺或兩臺以上變壓器的一次繞組和二次繞組分別并聯起來，接到輸入和輸出的公共母線上，同時對負載供電，如圖所示。變壓器的并聯運行１．變壓器并聯運行的優點（１）提高供電的可靠性。如果某臺變壓器發生故障，可把它從電網切除，進行維修，電網仍能繼續供電。（２）可根據負載的大小，調整運行變壓器的臺數，使工作效率提高。（３）可以減少變壓器的備用量和初次投資，隨著用電負荷的增加，分期分批安裝新的變壓器。２．變壓器理想的并聯運行（１）空載時，各變壓器之間無環流，每臺變壓器的空載電流都為零。（２）負載時，各變壓器所分擔的負載電流與它們的容量成正比。（３）各變壓器的負載電流同相位。３．變壓器理想并聯運行的條件（１）各變壓器輸入、輸出的額定電壓相等，即變比相等。（２）各變壓器的連接組別相同。（３）各變壓器的短路電壓相等。任務實施一、任務準備二、測定單相變壓器的極性和連接組１．繪制測定變壓器極性的電路圖２．連接測試變壓器同名端的工作電路３．通電測試變壓器的同名端三、測定三相變壓器Yy接法的連接組１．繪制檢驗三相變壓器Yy0連接組的電路圖２．連接Yy0接法連接組的電路圖３．通電測試三相變壓器Yy0連接組４．繪制檢驗三相變壓器Yy6連接組的電路圖５．接線并通電測試三相變壓器Yy6連接組四、測定三相變壓器Yd接法的連接組１．繪制檢驗三相變壓器Yd11連接組的電路圖２．連接Yd11接法連接組的工作電路３．通電測試三相變壓器Yd11連接組４．繪制檢驗三相變壓器Yd5連接組的電路圖５．接線并通電測試三相變壓器Yd5連接組總結測評一、總結報告１．繪制實訓的電路圖。２．記錄實訓的過程、現象和數據結果。３．小結、體會和建議。任務實施考核評分記錄表二、任務測評（見表）１．了解自耦變壓器的特點和應用場合。２．熟悉電壓互感器和電流互感器的用途及使用注意事項。３．了解電焊變壓器的性能和結構特點。學習目標任務４特種變壓器的應用任務引入作為一名電氣技術人員，在進行電氣設備的試驗時，經常會用到根據自耦變壓器原理做成的調壓變壓器；在測量高電壓和大電流時，往往借助于電壓互感器和電流互感器；電焊變壓器（即交流電焊機）也是人們常見的電氣作業工具，因此學習特種變壓器的相關知識和了解使用注意事項是很有必要的。本任務主要學習自耦變壓器、互感器、電焊變壓器的基本結構、工作原理、性能特點和使用注意事項。相關知識一、自耦變壓器１．自耦變壓器的特點自耦變壓器的一次繞組與二次繞組之間不僅有磁的耦合，電路還互相連通。自耦變壓器原理圖２．自耦變壓器的電磁關系自耦變壓器中一次繞組與二次繞組的電壓、電動勢與磁通的關系分別為：自耦變壓器的變比為：因此，改變繞組的抽頭位置，就可以在輸出端得到所需的電壓。自耦變壓器中的公共繞組是它獨有的結構。３．自耦變壓器的功率關系其輸出的視在功率為：自耦變壓器的輸出功率由兩部分組成，其中U2I1

部分由相互連通的電路直接傳遞，稱為傳導功率，這是自耦變壓器中所特有的；另一部分U2I

則由電磁感應傳遞，稱為電磁功率。自耦變壓器的輸出功率不是全部通過磁耦合關系從一次側得到，而是有一部分功率直接從電源得到，這是自耦變壓器的特點。４．自耦變壓器的優缺點體積較小，可以節省材料，減少損耗，提高效率。缺點是：由于一次側與二次側的電路直接聯系，使高壓側的電氣故障會波及低壓側。５．自耦變壓器的應用場合自耦變壓器主要用于連接兩個電壓接近的大電網，用一個體積較小的自耦變壓器就可以傳遞大功率的電能。６．單相自耦調壓器的使用注意事項使用時，要求把輸入、輸出的公共端U2和u2接零線，輸入接線端U1和U2接電源，輸出接線端u1和u2接負載。自耦調壓器接電源之前，一定要調到零位。自耦變壓器的正確接法二、儀用互感器（互感器）１．電壓互感器工作時，一次繞組并聯在需要測量電壓的電路上，二次繞組接在電壓表或功率表的電壓線圈上。電壓互感器原理接線圖式中Ku——電壓互感器的電壓變比。上式說明，電壓互感器利用一次繞組匝數N1

大于二次繞組匝數N2

的關系，可以將高電壓U1

成正比地轉換為低電壓U2，以便采用低壓儀表測量。電壓互感器有兩種誤差：一為電壓變比誤差，另一為相位角誤差。按電壓變比相對誤差的大小，電壓互感器的精度可分為0.2、0.5、1.0和3.0四個等級。（1）電壓互感器運行時，二次繞組絕不允許短路。（2）電壓互感器的鐵心和二次繞組的一端必須可靠接地，以保證安全。２．電流互感器電流互感器一次繞組的匝數很少，只有一匝或幾匝，它串聯在被測電路中，流過被測電流，如圖所示。電流互感器原理接線圖電流互感器利用一次繞組與二次繞組不同的匝數關系，可將線路上的大電流成正比地變為小電流來測量。（１）電流互感器工作時二次繞組不許開路。（２）二次繞組的一端和鐵心必須可靠接地。（３）二次繞組回路串聯的電流線圈阻抗值不得超過允許值。三、電焊變壓器１．電焊變壓器的性能特點為了保證焊接的工藝質量，對電焊變壓器有以下幾方面的技術要求：（1）空載時，具有60～75V的輸出電壓U20，以保證容易起弧。（２）負載時，應具有電壓迅速下降的外特性。（３）短路時，其短路電流不應過大。（４）為了焊接不同的工件和使用不同的電焊條，要求焊接電流能在一定的范圍內可調。電焊變壓器外特性２．電焊變壓器的結構一次繞