变压器的计算与选择

机床电气系统装调与维修王民权刘萍梅晓妍宁波职业技术学院模块1：变压器与电动机1-1变压器的工作原理1-2变压器的计算与选择1-3三相异步电动机的工作原理1-4三相异步电动机的运行王民权宁波职业技术学院教授1-2.变压器的计算与选择学习内容1-2-1变压器选择的一般条件1-2-2控制变压器1-2-3*三相变压器1-2-4*自耦变压器1-2-5*仪用互感器1-2-6*电焊变压器学习目标了解各种变压器的结构特点熟悉各种变压器的用途掌握控制变压器的选择和计算方法1-2-1变压器选择的一般条件变压器的种类很多，本课程重点介绍机床用控制变压器的选择与参数计算。另对三相电力变压器、仪用互感器、电焊变压器等略作介绍。变压器选择的条件：⑴额定一次电压U1N等于电源的供电电压；⑵额定二次电压U2N等于负载的工作电压；⑶额定视在功率大于或等于负载的视在功率。电力变压器电流互感器控制变压器自耦变压器电压互感器电焊变压器1-2-2.控制变压器机床用控制变压器是个小容量的单相变压器，主要满足机床照明、继电器、交流接触器等设备的用电。控制变压器是单相变压器，功率表达式如下：控制变压器选择条件：⑴额定一次电压U1N等于电源的供电电压；⑵额定二次电压U2N等于负载的工作电压；⑶额定视在功率大于或等于负载的视在功率。下面以机床上常用的控制变压器为例，说明控制变压器的选择与计算过程。【学与练-1】【例1-2-1】某机床控制电路负载如下：一个照明灯的参数为36V、30W；3个交流接触器的参数均为36V、18W、功率因数0.6；2个中间继电器的参数均为36V、30W、功率因数0.5。电源系统为线电压380V的三相四线制供电线路，四台备选变压器参数如下：变压器型号额定一次电压U1N额定二次电压U2N容量SN（视在功率）BK-200/380380V36V200VABK-150/380380V36V150VABK-200/220220V36V200VABK-200/220220V48V200VA为满足控制电路需要，试选择可供使用的单相变压器的电压和功率，计算其一二次侧的电流，并说明接入电路的方式。续-1【解】通过本例学习选择变压器、并能进行正确的接线。变压器要满足电源电压、负载电压和负载功率三个条件。⑴电源电压：备用变压器的U1N分别是380V和220V，而电源为380V三相四线制系统，线电压为380V、相电压为220V，只要接法正确，两种电压都可满足要求。⑵负载电压：三组负载的工作电压为36V，其中三个备用变压器的U2N为36V，满足负载要求；4号备用变压器的U2N为48V，不满足负载要求。⑶负载统计：负载数量多，列表统计如下：组别数量功率因数有功功率无功功率照明灯11.0130=30W0Var交流接触器30.6318=54W72Var中间继电器20.5220=40W69Var功率汇总124W141Var负载的视在功率188VA变压器的视在功率应大于负载的计算功率，根据上表计算结果，1、3号变压器额定容量200VA，满足要求，2号变压器容量150VA，不满足要求。续-2⑷负载电流：负载电流需要根据实际的负载大小进行计算1号备用变压器的一二次负载电流分别为：3号备用变压器的一二次负载电流分别为：⑸接入电源1号备用变压器U1N为380V，应该接在供电线路的线电压上；3号备用变压器U1N为220V，应该接在供电线路的相电压上。提示：变压器的选择不仅要考虑电压和功率的要求，还需要考虑合适的接入电路的方式。1-2-3.*三相变压器三相电力变压器主要用于为工厂、农村提供生产用电，也可为居民区提供生活用电。其电压-电流-功率关系为：三相电力变压器选择条件：⑴额定一次线电压U1N等于电源的供电线电压；⑵额定二次线电压U2N等于负载的工作线电压；⑶额定视在功率大于或等于负载的视在功率。下面以车间常用的电力变压器为例，说明其选择计算过程。1.三相变压器选择某型号三相电力变压器的铭牌数据内部油自然对流冷却：油浸自冷高压绕组引线端雷电冲击耐受电压75kV工频耐受电压35kV调压分接头位置低压侧空载电压三相，9系列，80KVA，10kV2.三相变压器的计算【学与练-2】【例1-2-2】一台三相变压器SN=180kV.A，U1N/U2N=6000/380V，求一、二次绕组的额定电流I1N、I2N；一组负载为380V、100kW、cos1=0.75，另一组负载为380V、100kW、cos2=0.5，试确定那一组负载可以正常接入电路？【解】通过本例学习三相变压器的基本计算⑴一、二次绕组的电流：续结论：⑴两组负载工作电压均为380V，满足电压要求；⑵S1<SN，可正常工作；S2>SN，无法正常工作。⑵判断哪一组负载可正常运行①第一组负载的视在功率②第二组负载的视在功率【学与练-3】【例1-2-3】一台变压器铭牌主要数据如下，试计算一二次侧的相电压，相电流和变压器的变比。【解】通过本例学习三相变压器相线关系的计算额定容量：500kVA额定电压：U1N=10KVU2N=0.4KV3相50Hz额定效率：98.6%联接组别：Yyn0短路电压4%使用条件：户外式冷却方式：ONAN额定温升：80℃器身重1115kg该变压器联结组别为Yyn0，表示一次侧为Y型，三相三线制；二次侧也为Y型，三相四线制。计算如下：1-2-4.*自耦变压器1.各种类型的自耦变压器下面以单相自耦变压器为例，说明自耦变压器的特点与应用场合。单相自耦变压器单相自耦变压器单相自耦调压器单相自耦变压器三相自耦变压器2.自耦变压器的特点与应用场合自耦变压器也叫自耦调压器，主要用于试验场合，它可以通过转动手柄来获得副边所需要的各种电压。特点二次绕组是一次绕组的一部分，一、二次绕组既有磁的联系，也有电的联系。其参数计算与控制变压器相同。实物图u1u2示意图AXaxu1u2～原理图AXax3.自耦变使用注意事项⑴接通电源前，应先将滑动触点旋至零位；接通电源后转动手柄，将电压调至所需数值。不可将输入-输出端接错，否则会造成短路。⑶自耦变压器原边电压与地端不可接反，否则输出端电压为0时也会带有220V的电压，造成人身事故。⑵若电源输入端有3个接头，它可用于220V和110V的供电线路，接错不可正常工作，甚至烧毁调压器。1-2-5.*仪用互感器仪用互感器包含电压互感器（TV）和电流互感器（TC）。电压互感器电流互感器电压互感器可把1000V以上的高电压变为100V的低电压，在其二次侧使用小量程的电压表对高电压进行测量。电流互感器能将5A以上的大电流变为5A或1A的小电流，在其二次侧使用小量程的电流表对大电流进行测量。1.电压互感器⑴结构特点①一次绕组匝数很多，二次绕组匝数很少；②电压互感器变比：ku=U1/U2=N1/N2③一次侧并联接在高压侧，二次侧并接各种测量仪表。⑵使用注意①铁芯和二次绕组的一端必须可靠接地，否则一二次侧之间绝缘损坏后，高压会窜入低压侧，影响人身和设备的安全；②二次侧不允许短路，需加熔断器进行保护；实物图原理图L1L2··N1N2VP2.电流互感器⑴结构特点①一次绕组匝数很少，二次绕组匝数很多；②电流互感器变比：ki=I1/I2=N2/N1；③一次侧串联接在高压侧，二次侧串接各种测量仪表。⑵使用注意①铁芯和二次绕组的一端必须可靠接地，否则一二次侧的绝缘损坏后，高压会窜入低压侧，影响人身和设备的安全；②二次侧不允许开路*二次绕组开路后，互感器空载运行。此时一次绕组中的电流全部成为励磁电流，使铁心中的磁通急剧增大，造成铁心过热，烧坏绕组。*二次绕组匝数多，将感应出很高的电压，危及测量人员和设备安全。*在电流互感器工作中，需要检修或拆装电流表或功率表的电流线圈时，应先将二次绕组短路，工作完成后再将短路线拆除。实物图L1··N1N2AP原理图【学与练-4】【例1-2-4】用变压比为10000V/100V的电压互感器、变流比为100/5的电流互感器扩大测量仪表的量程。当电流表读数为2.5A，电压表读数为90V时，试求被测电路的电流、电压各为多少？接在互感器二次测功率表的量程扩大了多少倍？【解】通过本例学习互感器的使用和计算⑴实际电压、电流的计算①实际电压为：②实际电流为：⑵功率表量程的扩大倍数1-2-6.*电焊变压器电焊机实质是一台特殊的降压变压器，二次线圈的两端是金属工件和焊条，通过电弧放电的热量熔化金属，实现金属部件的连接。电焊条是特殊材料制作的金属导体。一方面能传导电流，使焊条与工件之间产生持续稳定的电弧，提供熔化焊条所必需的热量；另一方面，融化的焊条又填充到焊缝中，成为焊缝金属的主要成分。1.电焊机基本知识2.电焊机特性⑵特点：①电焊变压器在空载时，其输出电压U0通常为60～80V；②焊接时，焊条与工件接触，电流很大，电压降至约30V；③为满足不同焊接要求，焊接电流需在较大范围内调节；④可通过调节二次侧电压，实现焊接电流的调节。⑴电焊机特性曲线UOU0UNINISCI图中U0为空载电压，ISC为短路电流，IN、UN为工作电流与电压。图中显示，电压随电流的增大而急剧下降，具有陡降的外特性。小结⑴变压器选择的一般原则①额定一次电压U1N等于电源的供电电压；②额定二次电压U2N等于负载的工作电压；③额定视在功率大于或等于负载的视在功率。⑵各种变压器的选择与计算①控制变压器的选择与计算②*三相电力变压器的选择与计算③*自耦变压器的特点、使用注意事项④*仪用互感器的特点、使用注意事项⑤*电焊变压器的特点