变压器的计算与选择

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-2
⑷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：
S 188 I1 0.495 A； U1N 380 S 188 I1 0.855 A； U1N 220
【解】通过本例学习三相变压器相线关系的计算 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：
U 1P 10 5.77KV 3 U 2P 0.4 0.23KV 3
K
U1 P 25 U2P
I1 N I1 P
500 28.9 A 3 10
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 1-2-2 1-2-3 1-2-4 1-2-5 1-2-6 变压器选择的一般条件 控制变压器 *三相变压器 *自耦变压器 *仪用互感器 *电焊变压器
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
L1 L2 实物图 原理图 · N1
N2
·
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/N2 ③ 一次侧并联接在高压侧，二次侧并接各种测量仪表。
V P
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；
2. 电流互感器
实物图 L1 · N1 N2 ·
A P
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
S 188 I2 5.222 A U 2N 36 S 188 I2 5.222 A U 2N 36
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。
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
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
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。
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 照明灯 交流接触器 中间继电器 数量 1 3 2 功率因数 1.0 0.6 0.5 功率汇总 负载的视在功率 有功功率 130=30 W 318=54 W 220=40 W 124 W 188VA 无功功率 0 Var 72 Var 69 Var 141 Var
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。
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：
I2N I2P
500 721.7 A 3 0.4
1-2-4. *自耦变压器
1.各种类型的自耦变压器
三相自耦变压器
单相自耦 调压器 变压器
单相自耦 变压器
单相自耦 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。
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。
*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。
⑴ 结构特点 ① 一次绕组匝数很少，二次 原理图 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。
*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。
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
三相，9系列，80KVA，10kV
调压分接 头位置
内部油自 然对流冷 却：油浸 自冷
低压侧空 载电压 高压绕组引线端 雷电冲击耐受电 压75kV
工频耐受 电压35kV
2. 三相变压器的计算
【学与练-2】
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。
P2 100 S2 200(kVA) cos 2 0.5
结论： ⑴ 两组负载工作电压均为380V，满足电压要求； ⑵ S1<SN，可正常工作； S2>SN，无法正常工作。
【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。
额定容量：500kVA 额定电压：U1N=10KV U2N=0.4KV 3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 1115 kg
2.电焊机特性
⑴ 电焊机特性曲线 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。
U U0
UN
O
IN ISC
I
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。
I1N
I 2N
SN 180 103 17.3(A) 3U1N 3 6000
SN 180 103 273(A) 3U 2N 3 380
续
⑵ 判断哪一组负载可正常运行 ① 第一组负载的视在功率
S1
P 100 1 133(kVA) cos 1 0.75
② 第二组负载的视在功率
U1 I1 N1 10000 U 2 K uU 2 90 9000V N2 100 N2 100 I 2 Ki I 2 2.5 50A N1 5
⑵ 功率表量程的扩大倍数
kW ku ki 100 20 2000
1-2-6. *电焊变压器
1. 电焊机基本知识
SN U1N I1N U2 N I 2 N
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：
实物图 A u1 X a u2 X 示意图 A
原理图
u1
～
a
u2
xБайду номын сангаас
x
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。
U1 N1 k U2 N2
I1 N 1 2 I2 N1 k
3. 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。
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：
SN 3U1N I1N 3U2 N I2 N
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。
*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。
【学与练-4】
【例1-2-4】用变压比为10000V/100 V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 2.5 A， 电压表读数为90 V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：
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
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。
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。
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
【例1-2-2】一台三相变压器SN=180 kV.A，U1N/U2N=6000/380 V， 求一、二次绕组的额定电流I1N、I2N；一组负载为380V、100 kW、cos1=0.75，另一组负载为380V、 100 kW、 cos2=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：
变压器型号 BK-200/380 BK-150/380 BK-200/220 BK-200/220 额定一次电压U1N 额定二次电压U2N 容量SN（视在功率） 380 V 36V 200VA 380 V 36V 150VA 220 V 36V 200VA 220 V 48V 200VA
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。