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第 3 章 变压器与电动机. 3.1 变压器 3.2 交流电动机 3.3 直流电机 课题 3-1 变压器空载实验 课题 3-2 交流电动机的拆装 课题 3-3 交流多速电动机的拆装. 3.1 变 压 器. 3.1.1 变压器的用途
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第3章 变压器与电动机 • 3.1 变压器 • 3.2 交流电动机 • 3.3 直流电机 • 课题3-1 变压器空载实验 • 课题3-2 交流电动机的拆装 • 课题3-3 交流多速电动机的拆装
3.1 变 压 器 • 3.1.1 变压器的用途 • 在日常生产和生活中， 常需要各种高低不同的交流电压。 如应用较广的三相异步电动机的额定电压为380 V或220 V； 一般照明电压为220 V； 机床局部照明及某些电动工具的额定电压为36 V、 24 V、 12 V； 在电子设备中也需要各种不同的供电电压。
在输电方面， 为减少线路损耗， 缩小导线截面而采用高压输电。 输电电压一般为110 kV、220 kV或500 kV， 这么高的电压是不可能由发电机直接发出的； 另外， 若对每种不同电压都用一套专用的发电和输电设备也是不可能的。
3.1.2 变压器的结构 • 变压器种类繁多， 但它们的作用、 原理都是一样的。 不同类型的变压器， 尽管其外形、 体积和重量等有很大差别， 但其基本结构都是相同的， 如图3.1所示。
最简单的单相变压器由一个闭合的铁心(构成磁路)和绕在铁心上的两个匝数不同、 彼此绝缘的绕组(构成电路)构成。 铁心是变压器的磁路部分， 为了减小涡流及磁滞损耗， 铁心多用厚度为0.35～0.5 mm的硅钢片两侧涂有绝缘漆叠加组成， 使叠片相互绝缘。 按铁心的构造， 变压器又可分为芯式和壳式两种， 如图3.2所示。
图3.2 芯式变压器和壳式变压器 (a) 芯式; (b) 壳式
小型变压器的铁心常采用各种不同形状的硅钢片叠合而成， 常用的有山字形(E形)、 F形、 日字形以及卷片式铁心(C形铁心)， 如图3.3所示。 卷片式铁心不但加工比较方便， 而且还有较好的工作特性。
3.1.3 变压器的分类 • 1. 按用途分类 • (1) 电力变压器： 主要用于输配电系统， 又分为升压变压器、 降压变压器和配电变压器等。 电力变压器容量从几十千伏安到几十万千伏安， 电压等级从几百伏到几百千伏。
(2) 调压变压器： 用来调节电压， 实验室多使用小容量的调压变压器。 • (3) 控制变压器： 容量较小， 用于自动控制系统， 如电源变压器、 输入变压器、 输出变压器和脉冲变压器等。 • (4) 仪表变压器： 一般指电流互感器和电压互感器。 • (5) 试验高压变压器： 用于高压试验， 如可产生电压高达750 kV的试验变压。
(6) 特殊用途变压器： 有电炉变压器、 整流变压器和电焊变压器等。 • (7) 小型变压器： 又叫小功率变压器。 这种变压器容量小, 电压低, 体积小， 放在空气中(干式)使用。 • (8) 安全隔离变压器： 是为小型电动工具的安全使用而设计的, 将它接在市电和电动工具之间， 可防止触电事故的发生。 • (9) 感应自动变压器： 是为稳定负载电压而设计的， 安装在配电线路中， 可以调整电压的波动。
2.按相数分类 • (1) 单相变压器： 用于单相交流系统。 • (2) 三相变压器： 用于三相交流系统。 • (3) 多相变压器： 例如用于整流的六相变压器。
3.按绕组数目分类 • (1) 双绕组变压器： 有电炉变压器、 整流变压器和电焊变压器等。 • (2) 自耦变压器： 高低压共享一个绕组， 在高压、 低压绕组之间既有磁的耦合， 又有电的联系。 • (3) 三绕组变压器： 每相有高压、 中压、 低压三个绕组。 • (4) 多绕组变压器： 每相有三个以上绕组。
4.按铁心形式分类 • 按铁心形式， 变压器分为芯式变压器和壳式变压器。
5.按冷却方式分类 • (1) 油浸(自冷)式变压器: 把铁心和绕组装进绝缘油箱中， 借助于油的对流来加强冷却。 • (2) 干式变压器: 变压器的热量直接散发到空气中， 又称气冷式变压器。 • (3) 充气式变压器: 变压器的器身放在封闭的铁箱内， 箱内充以绝缘性能好、 传热快、 化学性能稳定的气体。
7.按调压方式不同分类 • 按调压方式不同， 变压器分为无励磁调压变压器、 有载调压变压器。 • 8.按防潮方式分类 • 变压器受潮后， 性能变坏， 可能漏电或击穿， 甚至烧毁。
3.1.4 变压器的型号 • 变压器的型号是由基本代号及其后用一横线分开加注的额定容量（kVA）、 高压绕组电压（kV）构成的。 变压器的基本代号由产品类别、 相数、 冷却方式及其他结构特征四部分组成。 变压器型号的编排顺序如下： • I Ⅱ Ⅲ Ⅳ—1 2 / 3
其中， I为产品类别； Ⅱ为相数； Ⅲ为冷却方式； Ⅳ为其他结构特征；1为设计序号； 2为额定容量（kVA）; 3为高压绕组电压等级（kV）。 • 变压器的基本代号及其含义见表3-1。
3.1.5 变压器的技术指标 • 1. 频率 f • 频率f表示变压器适用的电源频率。 • 2. 相数m • 相数m表示变压器绕组的相数， 也表示适用电源的相数， 二者必须一致。 • 3. 额定电压UN • 一次侧额定电压： 是指电源施加在一次绕组出线端子之间的电压(即线电压)的保证值。
4. 额定电流IN • 额定电流IN表示在外施额定电压下， 变压器满负荷运行时的线电流， 是以容量除以额定电压计算得出的。 • 5. 额定容量SN • 在额定工作情况下， 变压器的最大输出能力以视在功率来表示。 对三相变压器而言， 额定容量SN指三相容量之和； 对于有高压、 低压、 中压(如果有的话)的三相变压器而言， 额定容量指容量最大的那套三相绕组的容量。
3.1.6 中小型电力变压器 • 1. 变压器的极性 • 变压器铁心中的主磁通是瞬时交变的， 因此主磁通在一、 二次绕组中产生的感应电势是交变的。 对每一个线圈来说， 存在着相对极性， 也就是当一次绕组的某一瞬时电位为正时， 二次绕组也一定在同一瞬间有一个电位为正的对应端。
2. 变压器的连接组别 • 在电力系统中, 变压器需要经常并联运行， 而变压器并联运行的首要条件是接线组别必须相同。 • 对于电力变压器， 不论是高压绕组还是低压绕组， 我国电力变压器标准规定只采用星形连接或三角形连接。 把三相绕组的三个末端连在一起， 而把它们的首端引出， 即形成星形连接或称Y连接， 如图3.4(a)所示， 这种连接因其相电压相量图呈星形而得名。
图3.4 变压器的连接 (a) 星形连接； (b) 三角形连接一； (c) 三角形连接二
3. 连接组别的画法 • 1） 变压器连接组别的决定因素 • 决定变压器连接组别的因素有以下三个： • ·线圈同名端的标志(u1U1， w1W1等)。 • ·线圈的绕向。 • ·线圈的连接方式。
2） 连接组别的画法 • 现在我们以Y, d连接为例介绍连接组别的画法， 如图3.5所示。 • (1) 画出Y连接的高压绕组相电压及线电压的相量图。 • (2) 根据所设条件， 三角形连接的低压侧绕组相电压与高压侧绕组相电压相量完全相同， 由于三角形连接的相电压等于线电压， 其相量如图3.5中所示。
(3) 将低压侧的u1点重叠在高压侧U1点上， 画u1v1的相量， 则U1V1就与u1v1同相。 • (4) 从v1出发， 画出平行于W2W1的相量v1w1图。 • (5) 从w1出发， 画出平行于W1U1的相量w1u1图。 • (6) 将高压侧线电压相量U1V1作分针指向12点， 时针u1v1则指向11点的位置， 这种连接组别叫做11点钟连接， 记为Y, d-11。 • 如果低压绕组与高压绕组绕向相反， 或者将低压绕组的头尾交换， 则此时的相量图如图3.6及图3.7所示。
4. 变压器连接组别的测量方法 • 测量变压器组别的方法有两种： 直流法和交流法。 • （1） 直流法: 用干电池或蓄电池作为试验电流， 其接线方法见图3.8。 • 2） 交流法: 将高压和低压的一对同名端子(如U1、 u1)用导线连通， 在高压侧接入低压交流电， 然后测量电源电压U1及另一对同名端子U2u2端的电压U2。
5. 变压器各种绕组连接组的应用范围 • Y， yn-12 连接组用于容量不大的三相变压器， 可用于供电和照明混合负载， 高压侧的额定电压最高可达35 kV， 低压侧额定电压最高可达40 kV， 变压器容量不超过1500 kVA。当三相负载不平衡时， 变压器中的线电流不超过变压器低压侧额定电流的25％。
3.1.7 变压器的检修 • 1.变压器检修前的准备工作 • (1) 检查前的准备。 • (2) 备品、 备件的准备。 • (3) 各种工具及试验设备的准备。 • (4) 吊心前必须有严密的组织措施和技术措施。 • (5) 核实起吊设备、 起吊重量， 详细检查起吊所用的绳索、 导链、 拉钩等工具， 必要时应进行承载试验。
2.变压器吊心(或吊钟罩) • (1) 吊心时间的确定。 • (2) 选择无烟灰、 尘土和水汽的干净地点作为吊心场所。 • (3) 吊心时的铁心温度(即变压器上层油温)比空气温度高10℃以上。 • (4) 起吊前应有严密的组织措施， 起吊时应有专人指挥， 油箱四脚也要设专人监视。
(5) 每根钢绳与铅垂线的夹角不得大于30′， 否则应采取辅助措施。 • (6) 起吊变压器钟罩时， 为防止钟罩在空中摆动， 碰伤绝缘部件、 引线、 支架等， 可考虑在起吊钟罩装置时使用不使其摆动的稳钉。 • (7) 起吊时应尽量缩短铁心在空中停留的时间， 并防止铁心、 绕组和绝缘部件与油箱碰撞而受到损伤。
3.变压器铁心、 线圈的检修 • （1） 检修变压器铁心、 线圈时应遵守下列规定： • ① 检修人员除携带必需的检修用具外， 禁止携带其他与检修工作无关的物品(包括工作服口袋内的钥匙和其他物品)， 工作人员必须穿不带铁钉的软底鞋， 并准备好擦汗的毛巾。 • ② 使用的行灯必须是36 V以下的电压。 • ③ 检修人员上下铁心时， 只能沿木支架或铁构架上下， 禁止手抓脚踩线圈引线上下， 以防止损坏线圈绝缘。
（2） 铁心检修的内容包括： • ① 逐个检查各部分的螺栓、 螺帽， 所有螺栓均应紧固并有防松垫圈、 垫片； 检查螺栓是否损伤， 防松绑扎应牢固。 • ② 检查硅钢片的压紧程度， 铁心有无松动， 轭铁与铁心对缝处有无歪斜、 变形等； 漆膜是否完好， 铁心硅钢片之间应有良好的绝缘， 局部有无短路、 变色、 过热现象； 接地应良好且保证无多点接地现象。
③ 所有能触及的穿心螺栓均应连接紧固； 用1000～2500 V兆欧表测量穿心螺栓与铁心和与轭铁压梁间的绝缘电阻以及铁心与轭铁压梁之间的绝缘电阻(应卸开接地连片), 其值均大于10 MΩ。 • ④ 注意检查铁心穿心螺栓绝缘外套两端的金属座套， 防止因套过长与铁心接触造成接地。 • ⑤ 铁心表面应清洁， 油路能畅通； 铁心及夹件之间无放电痕迹。 • ⑥ 铁心通过套管引出的接地线应接地良好， 套管应加护罩， 护罩应牢固， 以防打碎。
(3) 铁心可能发生的故障及处理方法如下： • ① 夹件铁板因距铁心柱或铁轭的机械距离不够， 变压器在运输或运行过程中受到冲击或振动使铁心或夹件产生位移后， 两者相碰触， 造成两点或多点接地。 • ② 铁心表面硅钢片因波浪突起与夹件相碰， 或穿心螺栓的钢座套过长与夹件相碰(或穿心螺杆绝缘管损坏， 穿心螺杆与钢座套相碰)， 引起铁心多点接地， 见图3.9。
③ 夹件与油箱壁相碰造成铁心多点接地， 如图3.10所示， 此时应调整夹件与油箱壁之间的距离。 • ④ 电焊渣、 杂物落在油箱及铁轭的绝缘中或者落在铁心柱与夹件之间， 造成铁心多点接地， 此时应采取措施清理电焊渣、 杂物等， 恢复它们之间的绝缘。 • ⑤ 铁心上落有异物， 使硅钢片之间短路(即硅钢片之间的绝缘脱落， 局部出现癣一样的斑点， 绝缘碳化或变色)， 则应拆开铁心进行检修。 • ⑥ 穿心螺栓在铁轭中因绝缘破坏造成铁心硅钢片局部短路， 则应更换穿心螺栓上的绝缘管和绝缘衬垫。
（4） 线圈检修包括以下内容： • ① 线圈所有的绝缘垫片、 衬垫、 胶木螺栓无松动、 损坏； 线圈与铁轭及相间的绝缘纸板应完整， 无破裂， 无放电及过热痕迹， 牢固无位移。 • ② 各组绕组排列整齐， 间隙均匀， 线圈无变形， 线圈幅向应无弹出和凹陷， 轴向无弯曲。 • ③ 绕组的压紧顶丝、 紧顶护环、 止回螺帽应拧紧， 防止螺帽和座套松动掉下， 造成铁心短路。 • ④ 线圈表面无油泥， 油路应畅通。 • ⑤ 线圈绝缘层应完整， 高、 低压线圈无移位。
⑥ 发现线圈有金属末或粒子， 应查明原因。 • ⑦ 对于承受出口短路和异常运行的变压器， 特别是铝线变压器， 应根据具体情况进行必要的试验和检查， 防止缺陷扩大。 • ⑧ 引出线绝缘良好， 包扎紧固， 无破裂现象； 引出线固定牢靠， 接触良好， 排线正确， 其电气距离符合要求。 • ⑨ 套管下面的绝缘筒围屏应无放电痕迹， 若有放电痕迹， 说明引线与围壁距离不够，或电极形状、 尺寸不合理， 有局部放电现象。
4.电压切换装置的检查 • (1) 有载分接开关的维修与检修。 • (2) 分接开关大修项目。 • (3) 分接开关小修项目。 • (4) 临时性检修。 • (5) 分接开关的试验。 • (6) 分接开关维修注意事项。
5.油箱的检查及维修 • (1) 油箱内部应清洁， 无污垢。 • (2) 焊缝应完好， 无渗油现象。 • (3) 各密封结合面应平整、 清洁， 密封垫良好， 无渗油、 漏油现象。 • (4) 检查油箱内有无放电痕迹。 • (5) 接地装置良好。 • (6) 变压器顶盖坡度应符合要求。 • (7) 外壳应喷漆。
6.油枕的检修 • (1) 将油枕内的油和沉淀物全部从下部排油孔排出， 对油枕进行清洗(有盖的油枕应吊盖清洗)， 有锈者铲除后重新喷漆。 • (2) 检查油枕是否完好， 有无渗漏油部位， 油枕与油箱的连通管是否通畅。 • (3) 油位计应清洁、 完整； 玻璃管无裂纹； 油枕与油位计的连接管应通畅， 不堵塞。 • (4) 呼吸器的管子应高出油枕壁一定高度， 以防雨水进入变压器。
7.呼吸器的检修 • 呼吸器应符合以下要求： • (1) 呼吸器内部应清洗干净。 • (2) 过滤器与油枕连通管路应通畅， 管路的各连接处应密封良好， 以防潮气进入。 • (3) 过滤器内的吸湿剂应清洁干燥； 若已受潮， 应更换或处理。
