变压器与异步电动机是工业中应用最广泛的电气设备，本章主要介绍变压器与异步电动机的基本知识。

第一节变压器

在第二章中我们已介绍了变压器的工作原理,本节主要介绍电力变压器的构造、型号、额定值、用途及三相变压器的联接组别。

一、变压器的用途

电力变压器(以下简称变压器)是用来改变交流电压大小的电气设备。它根据电磁感应的原理，把某一等级的交流电压变换成另一等级的交流电压,以满足不同负荷的需要。因此变压器在电力系统和供用电系统中占有很重要的地位。

发电机输出的电压,由于受发电机绝缘水平的限制,通常为6.3kV、10.5kV,最高不超过20kV。用这样低的电压进行远距离输电是有困难的。因为当输送一定功率的电能时,电压越低,则电流越大，电能有可能大部分消耗在输电线的电阻上。所以只能用升压变压器将发电机的端电压升高到几十万伏或几十万伏,以降低输送电流,减少输电线路上的能量损耗而不增大导线截面将电能远距离输出。

输电线路将几万伏或几十万伏高电压的电能输送到负荷区后，必须经过降压变器将高电压降低到适合于用电设备使用的低电压。为此,在供用电系统中,需要降压变压器,将输电线路输送的高电压变换成各种不同等级的电压,以满足各类负荷的需要。见图6-1。

图6-1输配电方框图

二、变压器的分类

变压器的种类很多,可按升降压、相数、用途、结构、冷却方式等进行分类。

1.按电压的升降压分类:有升压变压器和降压变压器两种。

2.按相数分类:有单相变压器、三相变压器及多相变压器三种。

3.按用途分类;有用于供配电系统中的电力变压器;

有用于测量和继电保护的仪用变压器（电压互感器和电流互感器);有产生高电压供电设备的耐压试验用的试验变压器;有电炉变压器、电焊变压器和整流变压器等特殊用途的变压器。

4．按冷却方式及冷却的介质分类:有以空气冷却的干式变压器;有以油冷却的油浸变压器;有以水冷却的水冷式变压器。

三、常用变压器的型号

目前我国生产的中小型变压器主要有S7、SL7、SF7、SZ7、SZL7等系列，S9系列产品也有不少厂家生产。过去生产的SJ1、SJL1、SJL2、SFL1、SFLZ和SZ系列产品已经淘汰。新系列产品与老系列产品相比,具有损耗低、重量轻、密封性好、外观美等优点。

变压器型号的说明和新旧型号对照见表6—1。

表6—1电力变压器型号含义和新旧型号对照表

例:SFP-/35表示三相强迫油循环风冷铜线绕组,额定容量为OKVA,高压绕组额定电压为35KV电力变压器。

四、变压器的额定值

变压器的额定值,是保证变压器在运行时能够长期可靠地工作,并且有良好的工作性能的技术限额。它也是厂家设计制造和试验变压器的依据,其内容包括以下几个方面:

1.额定容量:是变压器在额定状态下的输出能力。单位以伏安或千伏安表示。符号Se。

对于单相变压器是指额定电流和额定电压的乘积。

即：

Se=U1el1e=U2eI2e

对于三相变压器是指三相容量之和。

即：

Se=√3U2el2e=√3U1el1e

式中U1e、l1e和U2e、I2e分别为原边和副边的线电压和线电流。

按国家标准,三相或三相组变压器的额定容量分为三个标准类别;

第I类:小于KVA

第II类:-KVA

第Ⅲ类:KVA以上

2.额定电压:是指变压器空载时端电压的保证值,单位是伏或千伏。符号U2e、U1e。

变压器的一个作用就是改变电压,因此额定电压是重要数据之一。变压器的额定电压应与所连接的输变电线路电压相符合,我国输变电线路电压等级(kV)为:

0.38、3、6、10、35、63、、、、

输变电线路电压等级就是线路终端的电压值,因此连接线路终端变压器一侧的额定电压与上列数值相同。线路始端(电源端)电压考虑了线路的压降将比等级电压为高。35kV以下电压等级的始端电压比电压等级要高5%,而35kV及以上的要高10%,因此变压器的额定电压也相应提高。线路始端电压值(kV)为:

10kV及以下系列、35kV系列、63kV系列、kV系列和kV系列等。

额定电压是指线电压,且均以有效值表示。但是,组成三相组的单相变压器,如绕组为星形联接,则绕组的额定电压以线电压为分子，√3为分母表示,如/√3V。

变压器应能在%的额定电压下输出额定电流,因为5%过电压下的较高空载损耗而引起温升稍许增长可略去不计。对于特殊的使用情况(如变压器的有功功率可以在任何方向流通),用户可以在不超过%的额定电压下运行。

3.额定电流:是根据容许耐热的条件而规定的满载电流,单位为安培,符号为I2e、I1e。三相变压器的额定电流是指线电流。

4.空载损耗:也叫铁损,是变压器在空载时的有功功率损失,单位为瓦或千瓦。

5.空载电流:变压器空载运行时的空载电流占额定电流的百分数。

6.短路电压:是指将一侧绕组短路,另一侧绕组达到额定电流时所施加的电压与额定电压的百分比。

7，短路损耗:一侧绕组短路,另一则绕组施以电压使两侧绕组都达到额定电流时的有功损耗,单位是瓦或千瓦。

8，连接组别;表示原边,副边绕组的连接方式及线电压之间的相位关系。

例6一1一台额定容量为千伏安,电压为10/0.4千伏的三相电力变压器,求其原边、副边的额定电流为多少?

解:由题意Se=千伏安,U1e=10千伏

U2e=0.4千伏

由公式Se=√3U1el1e=√3u2el2e

得原边额定电流

付边额定电流

图6—2三相电力变压器

1—温度计2—铭牌3—吸湿器

4—储油柜5—油位计6—安全气道

7—气体继电器8—高压套管9—低压套管

10—分接开关11—油箱12—铁芯

13—绕组14—放油阀门

15—小车16—引线接地螺栓

五、三相电力变压器

(一)三相电力变压器的构造

现代电力系统普遍采用三相制,因此需要解决三相电路中的变压问题。改变三相交流电压的办法有两种:一种是用三台单相变压器组成的三相变压器组;另一种是采用三相共有整体铁芯的三相变压器。本节介绍三相变压器的构造,三相变压器绕组的联接组别及变压器的并列运行。

变压器的种类很多,它们在结构和运行性能上都各有自已的特点,但其基本结构却类同。三相电力变压器由下列主要部件组成:铁芯、线圈、油箱和绝缘套管,另外,还设有油枕、呼吸器、防爆管、散热器、温度计、油位表、分接头开关、冷却系统、保护装置等。变压器的铁芯和线圈是变压器的主要部分，称为变压器的器身。图6—2所示为三相变压器的外形。

1.铁芯

变压器的铁芯由芯桂和铁扼两部分组成。线圈套装在芯柱上,而铁辄则用来使整个磁路闭合。为了减小铁芯内的磁滞及涡流损耗,铁芯常用含硅量较高的、厚度为0.35—0.5毫米的硅钢片造成。片间涂上绝漆绝缘。

变压器按线圈与铁芯配置不同,将铁芯分为心式和壳式两种。壳式变压器的铁芯包在线圈的外部,心式变压器线圈包在铁芯外部。壳式变压器的导热性能较好,机械强度较高,但制造工艺复杂,除了很小的电源变压器外,目前已很少使用。心式变压器的制造工艺较简单,所以被广泛使用。我国电力变压器都采用心式结构。

2.线圈的组成

变压器的线圈是用绝缘铜线或铝线绕成的。每台变压器中,凡接到电源端吸取电能的线圈叫做初级线圈,也叫一次侧线圈或原边线圈;输出电能端的线圈叫做次级线圈,也叫二次线圈或副边线圈。有时,又将这变压器中接到电压等级较高一侧的线圈叫做高压线圈;接到较低电压一侧的线圈叫做低压线圈。按照原,副线圈在铁芯中布置方式不同,变压器线圈结构有同心式和交叠式两种。大多数电力变压器都采用同心式线圈,即它的原、副线圈是同心地套装在同一铁芯上。同心式线圈结构简单,制造方便。交叠式线圈的高、低压线是交替地套在铁芯上。交叠式线圈的主要优点是机械强度好,引线方便，但绝缘比较复杂,所以一般用于低电压、大电流的变压器上,如电炉变压器、电焊变压器等。

3.油箱

油箱是变压器的外壳,通常用钢板焊接而成。变压器的器身放在油箱内,箱内灌满变压器油。变压器油具有绝缘、散热两种作用。恋压器在运行过程中,其铁芯会产生涡流及磁滞损耗;由于变压器线圈具有一定的直流电阻,因而也会产生一定的功率损耗,所有这些损耗最终都形成热量。变压器油把这些热量传到箱壁,箱壁上根据恋压麤容量不同安装散热排管把热量散到周围空气中去。

4.绝缘套管

绝缘套管是电力变压器高、低压线圈与外线路的联接部件。将变压器高、低压线圈的引线从油箱内引出至箱外,并使引线与接地的油箱绝缘,必须利用绝缘套管。套管不但作为引线对地绝缘,而且也担负着固定引线的作用。因此,电力变压器的套管必须具有规定的电气强度和足够的机械强度及〔不的热稳定性。套管的形式很多,按结构不同可分为纯瓷质的,瓷制充油式和电容器式等。

我国电力变压器的套管在油箱盖上的排列标志和顺序规定是:对三相电力变压器从高压侧省去，由左向右的顺序是高压侧O一A一B一C,低压侧o一a—b—c。对于单相变压器从高压侧看,由左向右的顺序是高压侧A—X,低压侧a—x。

5.油枕

又称储油器。其作用是当变压器在运行中,油因受热而膨胀以及变压器停止运行或温度降低使油冷缩时,始终保证油箱里的油是充满的。同时也减小了变压器油与空气的接触面,以减轻变压器油受到氧化和潮湿的影响。

为了观察油枕的油面,油枕的一端还装有油位表,显示油的容量。油枕里的油位不得超出最高和最低位线。

6.呼吸器

油枕上装有一个呼吸器,呼吸管上端高出油枕部，下端在油枕外部并装有玻璃器,内盛干燥剂,吸收进入油枕内的空气中的水分。

7.防爆管

防爆管是装在变压器顶端上一个喇叭形的管子,管口用膜片封住。其作用是当变压器内部发生短路故障,变压器油分解成大量的气体引起油管压力增大时，防爆管管口膜片先被冲破,油气体由此喷出,使油箱内压力减小,防止油箱因压力突然增大而变形或爆炸。

(二)三相变压器绕组的接线组别

三相变压器中,有六个线圈,其中与三相电源相连接的三个线圈为原边线圈,其首端分别以1U1、1V1、1W1，末端以1U2、1V2、1W2来表示,而与这三个原边线圈相应的另外三个线圈为副边线圈,其首端和末端分别以2U1、2V1、2W1和2U2、2V2、2W2来表示,如图6—3所示。原边线圈和副边线圈如何连接,对变压器的运行性能有着很大的影响。

图6—3三相变压器线圈

1.原边。副边线圈的极性

变压器除了能够改变电压外,还能改变原边和副边电压的相位关系。交流电虽然没有正极、负极之分,但根据变压器原,副线圈中某一瞬时电流方向是否相同,也可用极性(相对极性)来表示。

单相变压器的原、副边线圈由一个共同的主磁通中相连，当中随时间变化时，在原、副边线圈中都会产生电动势。在某一瞬间，当一次侧线圈的端头为正(高电位)时,二次线圈中也一定有一个端头对应是正(高电位)的,这相应的两个端头,就叫同极性端或同名端(图上用“·”或“*"来表示出来),如图6—4所示。

图6—4单相变压器线圈的极性及标示方法

关于电力变压器，出线端的标记符号,国家规定,一律把高、低压绕组的同极性端定为首端(或末端)。这样,根据原,副边线圈的首端(或末端),就可知原、副边线圈的极性。

变压器中,原、副边线圈的极性由线圈的绕行方向来确定。如图6—4所示,图a)中原、副边线圈绕行相同,首端1U1和2U1都在上端；图(b)中绕向相反,首端1U1和2U2，一个在上端,一个在下端。

2.三相变压器的接线组别

三相变压器中,三个原边线圈与三相交流电源联接应当有两种接法,即丫形和△形,如图6—5(a)和(b)所示。

当丫形连接时,首端1U1、1V1、1W1为引出端时,将三相末端1U2、1V2、1W2联接在一起成为中性点，若要把中性点引出,则以“N”标志,接线方式用丫N表示。

同样,三个副线圈的联接方式也应当有这两种接法。

三相变压器原副边绕组都可用丫形或△形连接,用Y形连接时,中性点可引出,也可不引出,这样原、副边绕组可有如下的组合:丫/丫或丫/丫N；丫/△或丫N/△；△/丫或△/丫N；△/△等联接方式。

但是,这些组合符号不足以完全说明原、副边绕组联接关系的全部情况,还应进一步用时针表示法来说明原、副绕组间电势的相位关系。

时钟盘上有两个指针,12个字码,分成12格,每格代表一点钟，一个圆周的角度是°,故每格就是30%。例如12点和5点之间顺时针相差30°x5=°,所有的角度都以12点为准,以短针顺时针的方向来计算，例如12点和11点之间应是30×11=°,而不是30°;反过来,时针向前转了°,那必定指示+30°=10点,如果向前转了30°那就指示为1点。变压器的连接组别就是用时计的表示方法来说明原、副边线电压的相位关系。

三相变压器的一次绕组和二次绕组由于接线方式的不同,线电压间有一定相位差。以一次线电压作长针,把它固定在12点上,二次侧相应线电压相量作为短针,如果它们相隔°,则二次线电压相量必定落在°/30=11点,如图6一6所示。如果相差°,那么二次电压相量必定落在6点上,也就是说这一组三相变压器接线组别属于6点。

图6—6时钟法

(1)丫/丫联接

在图6—7(a)中,原副边绕组不仅都是丫联接,而且原边和副边都以同极性端作为首端,因此从相量图上可以看出原.副边的电势是同相位,所以应标记为“12”,即把这种联接标记为丫/丫一12联接组。新标准用(y，y0)表示在图6—7(b)中原、副边的极性不同因此从相量图上可以看出原副边的

电势有°的相位差,所以应标记为“6”,即这种联接法称为丫/丫一6联接组。[新标准用y,y6表示]

图6-7三相变压器的Y/Y联接

(2)丫/△联接

在图6—8(a)中将原边接成丫而副边接成△,原、副绕组都以同极性端作为首端,此联接法为丫/△一11联接组。新标准用(y.dl1)表示图6—8(b)中的接法为丫/△一1联接组。新标准用(y,d1)表示,目前我国标准变压器的接线组别有三种:

1.Y/Yn-12(y,Yn0)，一般用于容量不大的(不超过kVA)配电变压器和变电所内小变压器,供动力和照明负载。

2.Y/△-11(y,d11)用于中等容量,电压为10kV或35kV电网及电厂中的厂用变压器。

3Yn/△-11(YN,d11)一般用于kV及以上电力系统中。

图6—8三相变压器的丫/△联接

六、变压器的选用

1.变压器的容量选择

选用多大容量的变压器,依据建筑工地上负荷的大小。一个供电系统,经过计算后,按计算负荷S选择变压器的容量。对于临时用电(建筑工地上)且平稳负荷供电的单台变压器,负荷率一般取85%左右,即变压器容量为计算负荷量的1.15倍左右。对于永久性供电系统,变压器的负荷率一般取60%-70%为宜。但变压器的额定容量按一定等级制造的,因此选用时,选容量相近,大于计算的等级规格。

例:某建筑工地用电计算负荷为86.06KVA,则变压器计算容量为KVA，按容量等级可选KVA的变压器。

顺便指出:单台变压器的容量不宜大于0KVA。负荷较大时,可选用几台变压器并联供电。而并联运行应满足变压比相等,连接组别相同,短路电压相同等条件;其次注意负载分配的问题,一般最大容量与最小容量之比不超过3:1。

2.变压器原、副边绕组额定电压的选择

原副边绕阻的电压必须与当地电源的电压等级和负载需要的电压数值恰当吻合。n谛内郄如上例中施工现场的高电压为10KV,则所选用的变压器型号便可进一步确定,例如:选SJ-/10型三相降压变压器,其主要数据为容量10OKVA,高压额定线电压10KV,低压额定电压0.4KV和YO接法使用。

例6-2有三台00/V、容量为kV·A的单相变压器,现欲接入10kV网络供电,如果用户是/V的动力、照明混合负载,三台压器应如何连接?为什么?

解:三台单相变压器应接成三相变压器组进行供电,一次绕组接成三角形,二次绕组接成Y0,即接线方式为(D,Y0)如图6-9所示。

图6-9D,Y0接线的三台单相变压器组

因为单相变压器的一次额定电压为10kV(相电压)而系统的额定电压也是10kV(线电压)。且在D接线中,相电压等于线电压。所以该三台单相变压器的高压绕组应接成D。

用电性质是/V的动力,照明混合负载,即要求低压采用三相四线制供电。由于在Y接线中,线电压等于√3倍的相电压,所以,三台相变压器的低压绕组只有接成Y,才能使二次电压由原来的V(相电压)升高到V(线电压)。同时,在中性点引出中性线,以满足照明负荷接用相电压要求。

七、仪用互感器

专供测量仪表使用的变压器称为仪用互感器,简称互感器。采用互感器的目的是使测量仪表与高压电路分开,以保证工作安全,扩大测量仪表的量程。

根据用途不同,互感器分为电压互感器和电流互感器两大类。

(一)电压互感器

电压互感器的构造如图6—10所示,可用它扩大交流电压表的量程。它的工作原理与普通变压器空载情况相似。使用时,应把匝数较多的高压绕组跨接至需要测量其电压的供电线路上,而匝数较少的低压绕组则与电压表相连,如图6—11所示。因为U1/U2=K,所以U1=KU2，由此可见高压线路的电压等于付边所测得的电压与变压比的乘积。当电压表同一只专用的电压互感器配套使用时,伏特表的刻度就可按电压互感器高压侧的电压标出,这样就可不必经过换算,而直接从该电压表上读出高压线路的电压值。

图6—10电压互感器

图6—11电压互感器接线图

通常电压互感器副边线绕组的额定电压均设计同一标准值为伏。因此,在不同电压等级的电路中所用的电压互感器,其变压比是不同的,例如0/,/等等。

为了工作安全,电压互感器的铁壳及副边绕组的一端都必须接地,以防高、低压线圈间绝缘损坏时,使低压线圈和测量仪表对地产生一个高电压,危及工作人员的人身安全。

电压互感器的型号由3~4个拼音字母及数字组成。通常它能表示电压互感器的线圈型式、绝缘种类,铁芯结构及使用场所等。字母后面的数字表示电压等级(单位kV)。

字母含义如下:

J—在第一位时,表示电压互感器;在第三位时,表示油浸式;在第四位时,表示接地保护;

S—在第二位,表示三相;

D—在第二位,表示单相;

G—在第三位,表示干式;

Z—在第三位,表示浇注式;

W—在第四位,表示五铁芯柱式;

B—在第四位,表示有补偿线圈;

C——在第二位时,表示串级绝缘;在第三位时,表示瓷绝缘。

例如，JDJJ-35型电压互感器代表单相油浸式可供接地保护用的电压互感器,电压等级为35kV。

(二)电流互感器

电流互感器常用来将交流电路中的大电流转换为一定比例的小电流(我国标准为5安培)，以供测量和继电保护之用。

电流互感器的构造如图6—12左图所示,可用它扩大交流电流表的量程。在使用时,它的原线圈应与待测电流的负载相串联,副边线圈则与安培表串接成闭合回路,如6—12右图所示。

图6—12电流互感器的接线图

电流互感器的原线圈是用粗导线绕成,其匝数只有一匝或几匝,因而它的阻抗极小。原线圈串接在待测电路中时,它两端的电压降极小。副线圈的匝数虽多,但在正常情况下,它的电动势E并不高，大约只有几伏。

I1W21

由于—=—=—=Ki(Ki称为变流比)

I2W1K

所以I1=KiI2

由此可见，通过负载的电流就等于副边线圈所测得的电流与变流比Ki之乘积。如果电流表同一只专用的电流互感器配套使用,则这安培表的刻度就可按大电流电路中的电流值标出。电流互感器次级电流最大值，通常设计为标准值5A。不同电流的电路所配用的电流互感器是不同的,其变流比有10/5，20/5，30/5，40/5，50/5，75/5，/5等等。

为了安全起见,电流互感器副线圈的一端和铁壳必须接地。

电流互感器的型号是由2~4位拼音字母及数字组成。通常它能表示出电流互感器的线圈型式、绝缘种类、导体的材料及使用场所等。横线后面的数字表示绝缘结构的电压等级(4级)。型号中字母的含义如下:

L——在第一位,表示电流互感器;

D——在第二位时表示单匝贯穿式，在型号的最后一个字母时表示差动保护用(部分厂也有用B或C标出的);

F——在第二位,表示复匝贯穿式;

Q——在第二位时表示线圈型,在第四位时表示加强型;

M——在第二位,表示母线式;

R——在第二位,表示装入式;

A——在第二位,表示穿墙式;

C——在第二位时表示瓷箱式(瓷套式),在第三位时表示瓷绝缘;

Z——在第三位,表示浇注绝缘;

J—在第三位时表示加大容量加强型,在第四位时表示加大容量;

G——在第三位,表示改进型;

W一在第三位,表示户外型。