毕业设计变压器实验Word格式.docx

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尽管变压器种类很多，结构也各有特点，但其大体原理和大体结构都是一样的。

变压器是依照电磁感应原理制成的，其工作原理示于图1-1绕组N1，N2套在同一个铁芯回路上。

N1为一次绕组匝数，加上交流电压u1后就产生交变的励磁电流，在铁芯中引起交变磁通此磁通绝大部分存在于铁芯回路中穿过一、二次绕组，叫做“主磁通”。

依照电磁感应原理，当穿过绕组的磁通发生转变时，绕组就要产生感应电动势。

因此

二次绕组中就要显现感应电动势；

和。

感应电动势的有效值E1E2计算公式如下计算公式下

式中磁通的转变频率，一、二次绕组的匝数；

穿过绕组的主磁通的幅值。

除沿铁芯穿过一、二次绕组的主磁通外，还有不完全经铁芯穿过绕组的漏磁通，但与主磁通相比，它的数量很小。

一次绕组中通过励磁电流，也有必然的电压降，这个电压降和所加一次电压相较，也是很小的。

因此一次绕组中感应电动势有效值E1和一次电压有效值大体相等。

由于二次绕组开路，因而二次绕组中的感应电动势有效值U20因此

由于穿过一、二次绕组中的是同一个主磁通，因此两式中的Φｍ式（1-3与式（1-4））两式相除后，得U1/U20=N1/N2=K即U1与U2的比值等于N1与N2的比值K成为变压器的变压比。

这样，只要一、二次绕组的匝数不同，一、二次电压就不同，可以实现改变电压大小的目的，这确实是变压器改变电压的基本原理。

由于变压器本身的损耗很小，可以认为输入和输出的功率相

等，即式中I1I2表示一、二次绕组的电流有效值，

U1U2表示变压器有负荷时一、二次绕组的电压有效值，

公式（1-7）说明，变压器双侧电压的比等于双侧电流的反比。

第二节　　变压器的基本结构

一、变压器的大体构造

变压器最大体结构由铁芯、绕组及绝缘部份组成。

但为了使变压器安全可靠地运行，还需要有油箱、调压装置、冷却装置、保护装置等。

其中最基本的部分（铁芯、绕组、绝缘部份、引线及调压装置等）称为器身。

变压器的结构组成如下：

图1-4为为中型变压器的结构概况。

图1-5为大型变压器

图1-6为大型变压器的器身结构示用意。

二、变压器的铁芯型式和铁芯材料

（一）铁芯型式按照铁芯型式，变压器可分为内铁式（又称为芯式）和

外铁式两种图1-7和1-8所示内铁式式变压器的绕组包围着铁芯，而外铁式变压器是铁芯包围着

绕组。

这样，变压器的铁芯便也分为芯式和壳式两种。

我国生产的电力变压器大体上是内铁式变压器，因此，在本节中要紧介绍内铁式铁芯。

铁芯上套装绕组的部份称为铁芯柱，而连接铁芯柱的部分称为铁轭。

经常使用铁芯结构如图1-9所示。

单相变压器的铁芯有两个铁芯柱，而三相变压器的铁芯有三个铁芯柱。

大型的三相变压器，为了降低高度，便于运输，目前都采纳五柱式铁芯结构，如图1-9C所示其两边柱那么为轭的一部份，连样便降低了铁轭的高度。

（二）铁芯材料由于变压器的铁芯是通过交变磁通的，因此，要产生磁滞损耗和涡流损耗。

为了减少这些损耗，变压器的铁芯一般采用厚度为老式为老式变压器

的硅钢片叠装而成。

硅钢片的两面涂有较薄的绝缘漆，以防止片间直接的金属性连接。

硅钢片因加工方式不同，分为热轧硅钢片和冷轧硅钢片两种。

冷轧硅钢片的导磁性能好，损耗小，因而用冷轧硅钢片制造的变压器具有体积小、质量轻、技术经济指标先进等优势，故冷轧硅钢片的应用日趋普遍。

冷轧硅钢片导磁性能具有明显的方向性。

顺着轧延方向应用，损耗小，而垂直轧延方向应用，损耗较大。

三、铁芯的接地变压器在运行中，铁芯及夹件等金属部件均处在强电场

之中，由于静电感应，在铁芯及金属部件上将产生悬浮电位，就会对地放电，这是不许诺的。

为此，铁芯及其夹件等都必需正确、靠得住地接地（即与变压器油箱连接），只有穿芯螺杆除外，这是为了避免在穿芯螺杆有两点接地时，形成

短路环。

但由于穿芯螺杆处在接地铁芯中，能够以为它是处于地电位。

铁芯的硅钢片表面虽涂有绝缘漆，但由于漆膜很薄，其绝缘电阻很小，故一片硅钢片接地，即以为铁芯整体已经接地了。

铁芯只许诺一点接地。

若是有两点或多点接地，在接地点之间便形成了闭合回路。

当变压器运行时，其主磁通穿过此闭合回路时，就会产生环流，将会造成铁芯的局部过热，乃至烧毁某个金属部件及其绝缘。

第三节　　绝缘电阻及泄漏电流的测量

一、绝缘电阻及吸收比

绝缘电阻是在绝缘体的临界电压以下，施加的直流电压与其所含的离子沿电场方向移动形成的电导电流Ig应用欧姆定律确信的比值。

即

）

式中Ri－绝缘电阻Ω

U－直流电压V

Ig－电导电流A

变压器额定电压为1000以上的，2500兆Ω其量程不低于1000MΩ；

1000V以下者，用1000V兆欧表（或2500兆欧表）兆欧表）。

测量时，由于变压器的外壳及铁芯是接地的，试验时只须将兆欧表的“L”端接至被测绕组，兆欧表的“端接地，变压器的非被测绕组接变压器外壳（地）。

做绝缘测量时，可把变压器的各个绕组分别看做一个电极，那么，对变压器的几次测量的部位可以分别表示为如图4-2和表4-1，其中R1、R2、R3分别表示为各绕组对地的绝缘电阻R1、R2、R3分别表示为各绕组间的绝缘电阻R1

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油浸式电力变压器应在充满合格油，静止一定时间，待气泡消除后方可进行交流耐压试验。

要特别注意油压式套管及有些套管升高座，应将其上部放气孔打开放气，其他充油套管从油标上能够看到油，方可进行交流耐压试验。

）分级绝缘的变压器用感应法进行交流耐压实验。

第六节　　绕组直流电阻的测量

测量变压器绕组直流电阻的目的是：

查检绕组接头的焊接质量和绕组有无匝间短路；

电压分接开关的各个位置接触是不是良好及分接开关实际位置与指示位置是不是相符；

引出线有无断裂；

多股导线并绕的绕组是不是有断股等情形。

变压器绕组的直流电阻是变压器在交接、大修和改变分接开关后，必不可少的实验项目，也是故障的重要检查项目。

一、测量方式及注意事项测量变压器绕组的直流电阻，一般采用第二章所述的电桥法或压降法。

试验时，应测量变压器各次绕组的直阻。

三相变压器可测量线间电阻RAB，RBC，RCA。

有中性点引出的，要测量相电阻。

带有分接头的绕组，交接和大修实验时，应测量所有分接头位置的绕组电阻值。

实验时的注意事项如下：

1除执行平安规程的有关规定外，还应注意由于变压器各次绕组的电感作用，在直流电阻实验中，拉合电源开关时，将会在各次绕组中感应出高电压。

须严防电人。

2）由于大型变压器的充电时刻较长，在直流电阻测试中合上电源以后，电流可不能很快稳固，而有一个充电进程。

实验中，应等电流稳固以后，即表针稳固以后，才能读取数值。

大容量变压器的充电进程时间很长，往往使该项实验成为最费时刻的项目。

最近几年来，各地采纳了多种快速测直流电阻的方法，有效效果专门好。

例如，用切换附加电阻的方式、利用电压较高的蓄电池组串大电阻的方式、用晶体管恒流电源的方式等。

3）试验时，应先合上电源，再接人电压表或检流计。

测量完毕，先断开电压表或检流计，再断开电源。

运行中的变压器，分接开关触头间常受油膜等污物阻碍，使接触不良，有时乃至造成误判定。

因此，一般常需来回切换几回分接开关再做测量，以破坏油膜等污物的阻碍。

二、实验结果的分析判定

以上变压器各相绕组的直流电阻，相间的差别不该大于三相平均值的2%；

无中性点引出时的线间差别应不大于三相平均值的1%。

1600kVA不同一样不大于三相平均值的4%；

线间差别一般不大于相平均值2%，其计算公式为

历次所测相间差进行比较，其变化不应大2%。

其意思是，如初次测量结果是A相大过B相1%，，这次测得是相大过A相1%，虽然历次相间比较均只是差，但实际上B相相对增加了在对实验结果进行分析，例如分析故障部位时，可以将测得的线间电阻，换算成相电当三相绕组为Y形接线时，如图4-6（a）.

每次所测电阻值都必需换算到同一温度下进行比较。

假设比较结果直流电阻虽未超标，但每次测量的数值都有所增加，这种情形也应引。

起足够的重视

变压器的变压比是指变压器空载运行时，一次电压U1与二次电压的比值，简称变比。

单相空载变压器的变比近似等于变压器的匝数比；

三相变压器铭牌上的变比是指不同电压绕组的线电压之比。

因此，不同接线方式的变压器，其变比与匝数比有如下关系：

一、二次侧接线相同的三相变压器的变比等于匝数比；

一、二次侧接线不同时，Y，三角接线的变比

Y-Δ接线的变比

通过变比的测量可达到如下目的。

1检查变压器绕组匝数比的正确性；

2）检查分接开关的状况；

3）变压器发生故障后，经常使用测量变比来检查变压器是否存在匝间短路；

4）判定变压器是不是能够并列运行。

当两台并列运行的变压器，二次侧空载电压相差为额定电压的1%时，两台变压器中的环流将达到额定电压的10%左右。

这样便增加了变压器的损耗，影响变压器出力。

因此，变压器标准对这项实验提出了严格的要求。

标准规定，35kV以下，变压比小于的变压器，变压比许诺误差为+-1%，其他变压器（额定分接头位置）变压比许诺误差为+%。

许诺误差可用如下式计算

式中变压比许诺误差也称变比误差；

实测变压比；

额定变压比，即变压器各次绕组额定电压的比值。

实验时，应检查各相相应分接头的变压比，即应在每相绕组的每一个分接头位置进行测定。

当不只一个绕组带有分接头的，可以轮流在一个绕组所有分接头位置测定，而其相对的带分接绕组则接到额定分接头位置上。

三绕组的变压器，能够只检查两对绕组的变压比，并推荐在短路电压较小的那两对绕组上进行。

也能够一侧施加电压，在其余两侧绕组上测定变压比，以减小激磁电流所引发的误差。

测量变压比的经常使用方式有双电压表法，变比电桥法等。

双电压表法是一种最简单、最原始的方式，它的缺点是：

①需要一些精密仪器；

②尽管所使用的测量仪器都是很精密的，可是测量准确度尚不能满足测量的要求。

假如在最不利情况下，这些误差是叠加的，仅设备测量误差就达再加上视差，可能就超过了国家标准所规定的允许值，同时试品的合格与否表此刻电压表很小的刻度内（一般情形下是半格）给试验人员造成困难。

最适用的是变比电桥法，它的优势是：

①试验电压一般在220V以下，保证安全；

②试准确度不受试验电压稳定程度的影响；

③

准确度和灵敏度高；

④变压比试验同时完成了连接组别的测定。

但双电压表法是电桥法的理论基础，故两种方式均予以介绍。

一、双电压表法在变压器的一侧施加电压，并用电压表在一、二次绕组

双侧测量电压（线电压或用相电压换算成线电压）。

双侧线电压之比即为所测变压比。

表4-4所示为用单相电源测变的接线和计算方法。

测量变比时，要求电源电压稳固，必要时，需加稳压装置，二次侧电压表引线应尽可能短，且接触良好，以避免引发误差，测量用电压表应不低于级，一、二次电压必需同读数。

如果遇到其他接线方式，可依照表中所列自行分析试验接线和计算公式。

一样考虑步骤如下表：

单相电源测变比及其计算

注Ke为额定变比，K1为实际变比；

KL为线电压；

Ko为线电压；

依照接线组别画出变压器的接线图。

依照接线图决定激磁、测压和短路。

其一次那么应保证激磁与测压为同一相或二相铁芯柱并保证所测为同一磁通所感应的电压。

依照变压器双侧所接电压表的位置，即可看出所测电压，然后换算成线电压比。

再计算出变压比差。

二、变比电桥法由于变比电桥种类繁多，其利用与操作方式各不相同，从原理上可分为两种形式。

一种是变压器式，一种是电阻分压式。

下面只介绍电阻分压式简单原理。

如图4-7所示，在被试变压器高压侧AX施加一个流电U1，那么在变压器的低压侧有一个感应电压U2，调整R1的阻值，使检流计的指针指零，那么变压比可由下式算得

用变比电桥做三相变压器

的变压比与双电压表法一样，也是单相激磁法。

只不过许多变比电桥，在桥内已装设了切换电路，对不同的接线组别，桥内已如前所述进行激磁、短路确接线，将变压器的一A、B、C端，二a、b、c端对应地接到电桥A、B、C和a、b、c端子。

有的变比电桥已在桥内接线上考虑了换算到线电压的需要，试验时即可不必换算，直接测出变比值，有的还能够直接测出变比误差。

变比电桥所用的检流计一般都是灵敏度较高的（或带放大器的检流计）利用中应爱惜好。

检流计的灵敏度开关应逐渐放开。

当一个通电绕组中有磁通转变时，就会产生感应电势，感应电势为正（驱使电流流出）的一端为正极性端，感应电势为负的一端为负极性端。

如果磁通的方向改变，那么感应电动势的方向和端子的极性都随之改变。

所以，在交流电路中，正极性和负极性端都只能对某一时刻而言。

在变压器中，为了更好地说明绕在同一铁芯上的两个绕组的感应电势间的相对关系，引用了“极性”这一概念。

变压器的一、二次绕组的绕向和端子标号一经确定，就要用

“加极性”和“减极性”来表示一、二次感应电动势间的相位关系。

变压器的极性和组别实验是检查变压器的极性或接线组别是否与变压器的铭牌相符，提供该变压器能否投入运行，专门是与其他变压器并列运行的重要依据。

目前，该试验的经常使用方式有：

直流法、交流法、变比电桥法等。

一、检查单相变压器的极性直流法

用一电池，将其正极接于变压器一次绕A端，负极接于X端。

用直流毫伏表或毫安表正端接于二次绕a端负端接于端，如图所示。

接好线后，将K合上，毫表指针向正的方向偏转，拉开S时，指针负偏，说明变压器接在电池正极上的端头与接在毫伏表正端的端头为同一极性，A与为同极性变压器是减极性。

如果指针摆动与上述相反，说明接在电池正极的端头和接在毫伏表的端头是同极性的，即变压器为加极A、x是同极。

图4-8直流法极性测量接线

试验方法的原理可以如下理解。

K合上时，见第章图。

一次绕组中由将有一电流流动，根据电磁感应定律，该电流将在铁芯中感应顺时针方向磁通，而二次绕组中产生的电流将抵抗此磁通的变化（即产生一个逆时针方向的磁通）。

根据右手定则，该电流方向应从方向流动，从端流出到毫安表正端，所以毫安表正指。

K拉开A-X电

流将消失，它产生的顺时针向磁通消失，现在，二次绕组中的电流将增强那个磁通，即从a-x,从端流出到毫安表负，因此毫安表反指。

该项实验在现场常采纳如下简单经历法：

“一次流入和二次流出为同极性”。

上述试验时，电池正极接A,合K电流从A流入；

电表端接a,表正指，电流从流出，那么A、a为同极

试验时，应注意以下问题：

在选用试验仪器时要注意，对于变压比大的器，选用较高的电（6V）和小量限的直流毫伏表（读不明显时，也可采纳毫安表）；

对变压比小的变压器，选较低的电源（如）和较大量限的直流毫伏表。

这样的目的，就是为了在仪表上有明显的指示，一般指针偏转刻度为宜。

最理想的是采纳中间指零的仪表。

操作时，应先接通测量回路，然后再接通电源回路。

电源接通后，不要马上拉开，因为接通时如是正值，拉开时那么是负值，容易搞混淆。

要等看清指示后，再拉开测量回路，最后切断电源。

1）实验接线必需正确无误，不然将得犯错误结论。

2）实验进程应反复数次，以避免发生错觉。

操作人员应注意，在接通、拉开电源的瞬间，不要接触变压器绕组的端头，以防触电。

交流法:

将变压器一次A端与二次侧的a端X端和端）用导线连接起来，在高压侧加以交流电源，然后用两块电压表测量电压。

一表测量一次侧电压U1,另一表测XxAa）间电压U2,接线如4-9所示。

（如K>

20）

图4-9交流法极性测量接线图

用交流法比用直流法靠得住。

但变压比较大的情况下（如,采用交流很难得到明显的结果，因为U1和的差别很小，特别在电源不稳定的场合下，其结果是难判定的。

变比电桥法该法将在接线组别试验中介绍。

二、检查三相变压器的接线组别

直流法

按图4-10j接线。

在高压A端~3V电池正B端接电池负极，简称A+B-在

低压侧端接毫伏表或毫安表正端，端接负端，简称。

在电池接通刹时，看表计指示的正、负。

然后，在A+B-通电情况下，b+c-表计指示及c+a-的表计指示。

将这三个指示的正或负与表4-5进行对照，看应属于哪一组。

例如Y,y0接试验结果必然a+b-为“+”、

为“-”

为“-”点接线相符。

为验证实验的准确性，也能够再B+c-及c+A-上通电，别离在a+b-、b+c-、c+a-上测量，所测结果均应与表（4-5）相符。

图直流法测三相变压器组别的接线图（Y，y0）

表有如下简单记忆法：

根据变压器的接线组别画出相量图，如图4-11（a）所示12点为例）。

图中必需画星形线电压相量。

本例依照12点画出了6

图直流法连接组别的简单记忆法

表直流法测变压器组别的规律

注*记号的指示数较大，同