第五章變壓器的基本知識
變壓器，一種靜止的電氣裝置，將輸入的一種等級電壓的交流電能變換為同頻率的另一種電壓的交流電能輸出。
5-1 變壓器的基本結構、分類及銘牌
一、變壓器的基本結構
變壓器由鐵心、繞組、油箱及附件等3大部分組成。
1、鐵心
⑴作用：作為變壓器的磁路及機械骨架。
⑵材料：採用電工鋼片疊裝而成。
⑶結構：由鐵心柱（有繞組的部分）和鐵軛（聯接兩個鐵心柱的部分）組成。
注：為減少交流磁通在鐵心中引起的渦流和磁滯損耗，在大容量變壓器的鐵心中往往設定油道（帶走熱量）
2、繞組
⑴作用：是變壓器的電路部分，用來傳輸電能。
⑵分類： 高壓繞組原邊繞組（一次繞組或初級繞組）
低壓繞組副邊繞組（二次繞組或次級繞組）
⑶繞組結構型式：同心式
交疊式3、油箱及附件
⑴油箱：油浸式變壓器的外殼
結構型式：平板式、管式
充油的目的：①提高繞組的絕緣強度
便於散熱
對變壓器油的要求：介質強度高；著火點高；粘度小；水分和雜質含量盡可能少
⑵附件：儲油槍、氣體繼電器、安全氣道、絕緣套管
二、變壓器及分類
1、按用途分類
⑴電力變壓器：用於傳輸和分配電能
⑵儀用變壓器：在測量系統中使用
包括電流互感器和電壓互感器
⑶自耦變壓器：非同步電動機在降壓起動時使用
用於調節輸出電壓（在實驗室中使用）
⑷專用變壓器：電解用的整流變壓器
焊接用的電焊變壓器
供無線電通訊用的特殊變壓器
2、按相數分類
⑴單相變壓器：用於單相交流電系統
⑵三相變壓器：用於三相交流電系統
3、按結構分類
⑴心式變壓器：結構特點是繞組包圍鐵心
電力變壓器都採用心式結構
⑵殼式變壓器: 結構特點是鐵心包圍繞組
機械強度高，散熱比較容易
三、變壓器的銘牌和額定值
1、額定電壓：、
副邊繞組的額定電壓指它的空載電壓
2、額定電流：、
3、額定容量：（視在功率）
4、額定頻率：
5、阻抗電壓（短路電壓）：表示在額定電流時變壓器短路阻抗壓降的大小。
課程小結
作業: p133 1、2、6
5-2 變壓器的工作原理及執行分析
一、變壓器的工作原理
在繞組上外施交流電壓，有交流電流流入，在鐵心中激勵出交變磁通，根據電磁感應定律，交變磁通會在繞組中感應出電勢，此時若繞組接上負載，就會有電能輸出。由於繞組的感應電勢正比於它的匝數，因此只要改變繞組的匝數，就能改變感應電勢的大小。
二、變壓器的空載執行
空載執行是指變壓器的原邊繞組接在電源上，副邊繞組不帶負載（開路，）時的狀態。
1、 理想變壓器空載執行時的電壓方程
（空載磁勢，勵磁磁勢）
——勵磁電抗
= ——鐵心磁路的磁導
由基爾霍夫定律可知：
2、 變壓器的變壓比k
3、 實際變壓器空載時的電壓方程
1）——變壓器的勵磁阻抗，
——變壓器的勵磁電阻，是表示鐵磁損耗的乙個等值引數。
可近似認為是乙個常值。
2）激勵的磁通分為兩部分：一部分為主磁通，同時與原副邊繞組交鏈並產生感應電勢和；另一部分通過原邊繞組周圍的空間形成閉路，只與原邊繞組交鏈而不與副邊繞組交鏈，稱為原邊繞組漏磁通，
3）——變壓器原邊繞組的漏阻抗很小。
變壓器執行時，鐵心中的磁通基本上不變。
三、變壓器的負載執行
1、原邊繞組和副邊繞組電流的關係
——磁勢平衡
用以產生主磁通——勵磁分量
用以抵消副邊繞組電流產生的去磁作用——負載分量
保持不變
忽略：2、原邊繞組電壓方程
3、副邊繞組電壓方程
4、變壓器的基本方程
課程小結作業：p133 8、9
四、變壓器的等效電路
1、變壓器的折算
把副邊繞組的匝數變成原邊繞組的匝數，而不改變其電磁本質。
1）折算前後的副邊繞組的磁動勢保持不變
2）視在功率保持不變
3）有功功率及無功功率均保持不變
2、變壓器的等效電路
五、變壓器的引數設定
1、空載實驗
1）定義：是指將變壓器的副邊繞組（高壓繞組）處於開路狀態，讓原邊繞組（低壓繞組）電壓達到額定值，測量此時的空載電流，變壓比k，空載損耗和勵磁阻抗
2）等效電路
3）注：由於低壓繞組側的電壓較低，比較安全，故一般空載實驗都在低壓繞組側的額定電壓下執行。
2、短路實驗
1）定義：是指將變壓器的副邊繞組（低壓繞組）處於短路狀態，讓原邊繞組（高壓繞組）電流達到額定值，測量此時的短路電壓短路電流及功率
2）等效電路
3）——阻抗電壓，表示變壓器在額定負載下執行時，漏阻抗壓降的大小。
六、變壓器的電壓變化率、外特性、效率
1、變壓器的電壓變化率（反映供電電壓的穩定性）
定義：原邊施加額定頻率、額定電壓時，空載副邊電壓與某一功率因數下額定負載時的副邊電壓之差對的百分值。
2、變壓器的外特性
定義：原邊繞組電壓保持額定，負載功率因數=常數時，變壓器副邊繞組電壓隨負載電流變化的規律
1）曲線1、2表示電阻性或電感性負載下降的外特性。
2）曲線3表示電容性負載
上公升的外特性n
3、變壓器的效率
1）損耗：
2）效率：
課程小結
作業：13、14、15
5-3 變壓器的聯接組別
一、 變壓器繞組的同名端
1、 定義：在任何瞬間，變壓器的原、副邊繞組電勢極性相同的兩個對應的端點，稱為同名端或同極性端，用標記「」或「」表示。
2、 同名端的判定方法
1） 對兩個繞向已知的繞組，當電流從兩個同名端流入（或流出）時，鐵心中所產生的磁通方向是一致的。
2）對於已製成的變壓器，採用實驗的方法測定有交流法和直流法兩種。
如圖：若則1和3為同名端
若則1和4為同名端
二、 單相變壓器的聯接組別
1、 國家標準規定：單相變壓器的高壓繞組出線端，以大寫字母a、x標誌，而低壓繞組的出線端以小寫字母a、x標誌。
2、 標誌方法：
1） 把變壓器的高、低壓繞組的同名端標誌為首端。
2）把變壓器的高、低壓繞組的非同名端標誌為首端。
3、 聯接組別：採用時鐘表示法確定（只有和兩種）。
5-4 其他用途變壓器
一、 自耦變壓器
自耦變壓器是原、副邊共用一部分繞組的變壓器，它只有乙個繞組，低壓繞組是高壓繞組的一部分。
1、 電壓、電流關係
2、 容量關係
1）、變壓器容量（通過容量）：指輸入容量也等於輸出容量
2）、繞組容量：額定情況下該繞組的電壓與電流的乘積
3、主要優缺點
１）優點：當原、副邊電壓之比接近於１時，其繞組公共部分的電流是很小的，小電流引起的損耗也小，效率高。～2.0
2）缺點：原、副邊繞組電路直接連在一起，高壓側的電氣故障會波及低壓側，故對內部絕緣與過電壓保護的要求較高。
二、互感器
1、電壓互感器
電壓互感器是乙個近似空載執行的單相降壓變壓器
＞1注意點：1）副邊不許短路
2）鐵心及副邊繞組一端接地
3）副邊接的阻抗值不能太小
2、電流互感器
電流互感器是乙個近似短路執行的單相公升壓變壓器
＜1注意點：1）副邊不許開路
2）鐵心及副邊繞組一端接地
3）副邊迴路串入的阻抗值不能超過有關技術標準的規定
課程小結
作業：16
第六章主變壓器及平波電抗器
主變壓器(牽引變壓器):用來將接觸網上取得的單相工頻交流25kv高壓電降為機車各電路所需的電壓。
平波電抗器:串接在電力機車主電路中的電感裝置。
概述一、主變壓器的特點
1、繞組多：二次側低壓繞組有：牽引繞組、輔助繞組、勵磁繞組及採暖繞組等多個繞組。
2、電壓波動範圍大：19-29kv內波動
3、負載變化大
4、耐振動
5、對阻抗電壓要求高
6、重量輕、體積小，用銅多
二、主變壓器的型號
國產ss型電力機車上使用tbq系列主變壓器
t——鐵路機車用
b——變壓器
q——牽引
——後為容量（kv·a）/電壓等級（kv）
6-1 主變壓器的基本結構
一、器身
（1）鐵心
1、作用：構成變壓器的閉和磁路，作為機械骨架
2、組成：心柱，鐵軛和夾緊裝置
3、鐵心的結構形式：
1）心式：國產tbq系列主變壓器大多採用單相二柱式心式疊鐵心
2）殼式：6g型和ss7的主變壓器採用
4、鐵心的疊裝
1）電工銅片的接縫：二個是直接縫，二個是斜接縫
2）疊裝：交錯疊積，使相鄰兩層的接縫互相錯開
5、夾緊裝置：防止噪音，保持機械穩定，大件絕緣還可以形成油道，以冷卻鐵軛
注：鐵心及所有金屬構件都必須可靠接地，但整個鐵心只允許有一點接地。
（二）繞組
1、要求：必須具有足夠的電氣強度，耐熱強度，機械強度和良好的散熱條件
2、繞組的結構型式：同心式和交送式
1）滾筒式繞組（層式繞組）：繞制方便，但端部支撐的穩定性較差
2）螺旋式繞組：常用作大電流的低壓繞組
3）連續式繞組：一般用於大容量變壓器中作高壓或中壓繞組
4）雙餅式繞組：一般用的作特種變壓器及殼式變壓器的繞組
2、繞組的繞向：繞組的線匝環繞方向稱為繞向，分為左饒向和右饒向
3、繞組的排列：低——高——低排列方式
（三）器身絕緣和引線裝置
二、油箱
1、基本要求：1） 2） 3）
2、主變壓器與平波電抗器公用油箱，下油箱呈凸字形
三、保護裝置
儲油櫃（油枕）、油位表、吸濕器、訊號溫度計、油流繼電器、壓力釋放閥
四、冷卻系統：強迫導向油迴圈風冷式冷卻系統
五、出線裝置
課程小結
作業：p152 1、3
6-2 典型主變壓器的結構特點
一、tbq8-4923/25型主變壓器
簡稱為tbq8型，是ss4改型電力機車上的主變壓器
（一）主要技術引數
4923kv·a 25kv
調壓方式：三段橋順控
冷卻方式：強迫油迴圈風冷
（二）結構特點
1、鐵心：單相二柱式疊鐵心，採用0.35mm厚dq151-35晶粒取向冷軋電工鋼片疊裝而成，表面不塗漆。心柱截面為10級階梯形。
2、繞組：
1）高壓繞組：由布置在兩個心柱上的兩個連續式繞組併聯而成總匝數為1438匝，其中a繞組為左繞向，x柱繞組為右繞向。
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