任務1　認識和檢測單相變壓器

★任務描述

分析介紹單相變壓器的應用

●　掌握單相變壓器的結構和工作原理；

●　識讀單相變壓器的銘牌，并完成其外部接線；

●　能完成單相變壓器的電壓比及絕緣電阻的測量。

★學習目標

【素質目標】熟悉實訓室“7S管理”規定，做到安全文明操作。

【知識目標】掌握單相變壓器的符號、結構和工作原理。

【能力目標】識讀單相變壓器的銘牌；完成單相變壓器的外部接線；正確使用單相變壓器。

知識準備

變壓器是通過磁路耦合作用傳輸交流電能和信號的設備，具有變換電壓、變換電流和變換阻抗的作用，在電力系統的輸配電以及電子技術、測量技術等方面都具有廣泛的應用。

一、單相變壓器的基本結構

變壓器的種類有很多，結構也各有特點，但它們的基本結構和工作原理是類似的。

變壓器主要由閉合鐵心和繞組兩部分組成，如圖1-2所示，其形式有心式和殼式兩種。心式的變壓器繞組包著鐵心，殼式的變壓器鐵心包著繞組。其中，鐵心由磁導率較高且相互絕緣的硅鋼片疊裝而成。繞組多用絕緣性良好的漆包線繞成，與電源相連的繞組稱為一次繞組（又稱初級繞組或原邊），與負載相連的繞組稱為二次繞組（又稱次級繞組或副邊）。

二、單相變壓器的工作原理

變壓器的工作原理圖如圖1-3所示。雙繞組變壓器的電路符號如圖1-4所示。

為了便于分析，將一次繞組、二次繞組分別畫在兩邊，其匝數分別為N1和N2。當一次繞組接上交流電壓u1時，在一次繞組中就有勵磁電流i1流過，同時在鐵心中產生交變磁通Ф，交變磁通Ф被限制在鐵心所提供的磁路之中，并形成閉合磁路，交變磁通Ф同時交鏈了一次繞組和二次繞組，并在一次繞組、二次繞組中引起感應電動勢e1、e2。

若二次繞組與負載接通，則電動勢e2在二次側閉合電路內產生電流i2，i2在負載上的電壓降即是變壓器二次電壓u2。這樣，電源送入變壓器一次側的電能u1i1通過一次繞組、二次繞組磁耦合的聯系，使負載上獲得了電能u2i2，從而實現了能量的傳輸。

顯然，變壓器一次繞組、二次繞組的感應電動勢e1、e2之比等于一次繞組、二次繞組的匝數N1、N2之比，即

為了表示變壓器的這種特性，引入了變壓器電壓比K的概念。K的大小可由下式計算：

由于，變壓器一次繞組、二次繞組的感應電動勢e1、e2與一次繞組、二次繞組的電壓u1、u2的大小非常接近，因此

由上式可見，當一次繞組、二次繞組的匝數不同時，變壓器就可以把某一數值的交流電壓變換為同頻率的另一數值的交流電壓，匝數多的一側電壓高，匝數少的一側電壓低，這就是變壓器的電壓變換作用。顯然，N1＞N2（即K＞1）的變壓器為降壓變壓器，而N1＜N2（即K＜1）的變壓器為升壓變壓器。

變壓器只能傳遞電能，而不能產生電能。根據能量守恒定律，若忽略變壓器本身的能量損耗，可以近似地認為變壓器的輸入功率等于其輸出功率，即

又因為P1=U1I1（U1、I1分別為u1、i1的有效值），P2=U2I2（U2、I2分別為u2、i2的有效值），則得

上式表明，變壓器一次繞組、二次繞組的電流之比與電壓比成反比，這就是變壓器的電流變換作用。

三、同名端及其判定

1.變壓器繞組的極性

如圖1-5所示，當電流從兩個繞組的1、3端流入時，所產生的磁通方向相同，則稱1、3端為一對同名端（又叫同極性端），通常在同名端處標有相同的符號“·”或“*”；同樣2、4端也是一對同名端。而1、4端或2、3端則稱異名端（又稱異極性端）。可見，根據繞組繞向可判定其同名端。

在使用變壓器和有電磁耦合的繞組時，應注意繞組的極性及其正確接法。例如，圖1-5（a）所示為一臺變壓器的兩個相同參數的繞組，額定電壓均為110V；當將其接到220V的電源上時，兩個繞組應串聯使用，如圖1-5（b）所示；當將其接到110V的電源上時，則應并聯使用，如圖1-5（c）所示。若連接錯誤，例如，在串聯時將2、4兩端連在一起，將1、3兩端接電源，則兩個繞組所產生的磁通相互抵消，在繞組中就沒有感應電動勢，從而流過很大的電流，把變壓器燒毀，因此同名端的判定是相當重要的。

2.變壓器繞組極性的判定

繞組的同名端取決于其繞向，知道了繞向，就可判定同名端。但是，已經制成的變壓器、電機等電器，經過了浸漆或其他工藝處理，從外觀上已無法辨認繞組的具體繞向，這就要通過實驗的方法來判定同名端，通常采用下面兩種實驗方法之一。

（1）交流法。

如圖1-6（a）所示，將兩個繞組1-2和3-4的任意兩端（如2和4）連接在一起，在其中一個繞組的兩端（如1和2）加一個比較低的便于測量的交流電壓。用交流電壓表分別測量1、3兩端的電壓U13和兩個繞組的電壓U12及U34。若U13=|U12-U34|，則1、3為同名端；若U13=U12+U34，則1、4為同名端。

（2）直流法。

如圖1-6（b）所示，在開關S閉合的瞬間，若毫安表（電流表的一種，用毫安表示電流大小）的指針正偏（向順時針方向擺動），則1、3為同名端；若指針反偏（向逆時針方向擺動），則1、4為同名端。

技能準備

一、認識絕緣電阻表

測量絕緣電阻能夠及時發現變壓器絕緣受潮、劣化、擊穿等問題。絕緣電阻表是專門用來測量電機、變壓器等電氣設備及線路絕緣電阻的儀表，它對工作中確保人身安全及設備的正常運行有重要的意義。

絕緣電阻表共有3個接線端（L、E、G），分為指針式（機電式）絕緣電阻表和數字式絕緣電阻表兩種，如圖1-7所示。指針式絕緣電阻表一般由磁電系比率表和高壓發生器兩部分構成；數字式絕緣電阻表一般由高壓發生器、測量橋路和自動量程切換顯示電路三部分組成。絕緣電阻表的電壓等級有500V、1000V、2500V、5000V等幾種。

絕緣電阻的測試原理是，絕緣電阻等于加在試品上的直流電壓與流過試品的泄漏電流之比，即

式中

U——加于試品兩端的電壓，單位為V；

I——試品的泄漏電流，單位為μA；

R——試品的絕緣電阻值，單位為MΩ。

可見，R的大小反比于I，而I的大小取決于絕緣材料的狀況。當介質受潮、表面臟污或局部有缺陷時，R值會顯著減小，I值會顯著增大。

因此，測量絕緣電阻是了解設備絕緣健康狀況的重要手段。

二、指針式絕緣電阻表測量變壓器絕緣電阻的方法

（1）絕緣電阻表在未接測試品前應預試：將絕緣電阻表水平放置，搖動手柄到額定轉速（120r/min），指針應指向∞（無窮大），然后用導線瞬間短接在線路（L）和接地（E）端，并輕輕搖動手柄，指針應指向“0”位，這樣才認為表正常。

（2）將被測變壓器的高低壓兩側斷開。

在測量高壓繞組時，將高壓繞組短路，接在絕緣電阻表線路（L）端；將低壓繞組短路并接地，接在接地（E）端，這樣測量的是高壓繞組對低壓繞組及地的絕緣電阻。

在測量低壓繞組時，將低壓繞組短路，接在絕緣電阻表線路（L）端；將高壓繞組短路并接地，接在接地（E）端，這樣測量的是低壓繞組對高壓繞組及地的絕緣電阻。

（3）被測試品的非測量部分均應接地，并將接地線接到絕緣電阻表的E端；被測部分用絕緣導線接在絕緣電阻表的L端。注意，這兩根導線不能纏繞在一起。如果被測試品表面泄漏電流較大（絕緣表面潮濕或臟污等），為減少測試誤差，可用軟裸線在絕緣表面纏繞幾圈進行屏蔽，其部位應靠近被測量部分，但不得相碰，并用絕緣導線接至絕緣電阻表屏蔽（G）端上。

（4）以恒定轉速轉動手柄，在指針穩定1min后，記錄絕緣電阻值；每次的測試方法要求一致，并記錄絕緣電阻值，以便進行比較。

（5）在讀取測試數值時，應在手柄轉動不停的情況下進行；斷開測試導線后，才能停止手柄轉動，以防由于試品的電容積聚的電荷反饋放電而損壞絕緣電阻表。

（6）在試驗完畢或重復試驗時，必須將試品對地充分放電。

（7）記錄試品的名稱、規格及氣象條件。

三、變壓器繞組的絕緣電阻判斷標準

（1）變壓器每使用1～3年、大修或必要時，要進行繞組絕緣電阻的測量。

（2）電力變壓器繞組的絕緣電阻沒有一定的標準。一般把首次測得的絕緣電阻值與運行期間所測得的絕緣電阻值相比較并作為主要參考數據，與出廠及前次測試在同一溫度下不應有顯著變化。

（3）不同溫度下的絕緣電阻值一般可按下式換算：

式中，R1、R2為當溫度分別為t1、t2時的絕緣電阻值。

注意事項

（1）在陰雨潮濕的天氣或環境濕度太大時，不宜進行測量。一般在干燥的晴天且環境溫度不低于5℃時進行測量。

（2）以油浸式變壓器為例，測量高壓繞組對地及高壓繞組對低壓繞組之間的絕緣電阻，當溫度增高10℃時絕緣電阻值降低的幅度很大，所以在測量時要記錄油溫。對于剛停止運行的變壓器，繞組溫度高于油的溫度，立即測量其數值不準確，應等繞組和油溫一致時再進行測量。