任务1　认识和检测单相变压器

★任务描述

分析介绍单相变压器的应用

●　掌握单相变压器的结构和工作原理；

●　识读单相变压器的铭牌，并完成其外部接线；

●　能完成单相变压器的电压比及绝缘电阻的测量。

★学习目标

【素质目标】熟悉实训室“7S管理”规定，做到安全文明操作。

【知识目标】掌握单相变压器的符号、结构和工作原理。

【能力目标】识读单相变压器的铭牌；完成单相变压器的外部接线；正确使用单相变压器。

知识准备

变压器是通过磁路耦合作用传输交流电能和信号的设备，具有变换电压、变换电流和变换阻抗的作用，在电力系统的输配电以及电子技术、测量技术等方面都具有广泛的应用。

一、单相变压器的基本结构

变压器的种类有很多，结构也各有特点，但它们的基本结构和工作原理是类似的。

变压器主要由闭合铁心和绕组两部分组成，如图1-2所示，其形式有心式和壳式两种。心式的变压器绕组包着铁心，壳式的变压器铁心包着绕组。其中，铁心由磁导率较高且相互绝缘的硅钢片叠装而成。绕组多用绝缘性良好的漆包线绕成，与电源相连的绕组称为一次绕组（又称初级绕组或原边），与负载相连的绕组称为二次绕组（又称次级绕组或副边）。

二、单相变压器的工作原理

变压器的工作原理图如图1-3所示。双绕组变压器的电路符号如图1-4所示。

为了便于分析，将一次绕组、二次绕组分别画在两边，其匝数分别为N1和N2。当一次绕组接上交流电压u1时，在一次绕组中就有励磁电流i1流过，同时在铁心中产生交变磁通Ф，交变磁通Ф被限制在铁心所提供的磁路之中，并形成闭合磁路，交变磁通Ф同时交链了一次绕组和二次绕组，并在一次绕组、二次绕组中引起感应电动势e1、e2。

若二次绕组与负载接通，则电动势e2在二次侧闭合电路内产生电流i2，i2在负载上的电压降即是变压器二次电压u2。这样，电源送入变压器一次侧的电能u1i1通过一次绕组、二次绕组磁耦合的联系，使负载上获得了电能u2i2，从而实现了能量的传输。

显然，变压器一次绕组、二次绕组的感应电动势e1、e2之比等于一次绕组、二次绕组的匝数N1、N2之比，即

为了表示变压器的这种特性，引入了变压器电压比K的概念。K的大小可由下式计算：

由于，变压器一次绕组、二次绕组的感应电动势e1、e2与一次绕组、二次绕组的电压u1、u2的大小非常接近，因此

由上式可见，当一次绕组、二次绕组的匝数不同时，变压器就可以把某一数值的交流电压变换为同频率的另一数值的交流电压，匝数多的一侧电压高，匝数少的一侧电压低，这就是变压器的电压变换作用。显然，N1＞N2（即K＞1）的变压器为降压变压器，而N1＜N2（即K＜1）的变压器为升压变压器。

变压器只能传递电能，而不能产生电能。根据能量守恒定律，若忽略变压器本身的能量损耗，可以近似地认为变压器的输入功率等于其输出功率，即

又因为P1=U1I1（U1、I1分别为u1、i1的有效值），P2=U2I2（U2、I2分别为u2、i2的有效值），则得

上式表明，变压器一次绕组、二次绕组的电流之比与电压比成反比，这就是变压器的电流变换作用。

三、同名端及其判定

1.变压器绕组的极性

如图1-5所示，当电流从两个绕组的1、3端流入时，所产生的磁通方向相同，则称1、3端为一对同名端（又叫同极性端），通常在同名端处标有相同的符号“·”或“*”；同样2、4端也是一对同名端。而1、4端或2、3端则称异名端（又称异极性端）。可见，根据绕组绕向可判定其同名端。

在使用变压器和有电磁耦合的绕组时，应注意绕组的极性及其正确接法。例如，图1-5（a）所示为一台变压器的两个相同参数的绕组，额定电压均为110V；当将其接到220V的电源上时，两个绕组应串联使用，如图1-5（b）所示；当将其接到110V的电源上时，则应并联使用，如图1-5（c）所示。若连接错误，例如，在串联时将2、4两端连在一起，将1、3两端接电源，则两个绕组所产生的磁通相互抵消，在绕组中就没有感应电动势，从而流过很大的电流，把变压器烧毁，因此同名端的判定是相当重要的。

2.变压器绕组极性的判定

绕组的同名端取决于其绕向，知道了绕向，就可判定同名端。但是，已经制成的变压器、电机等电器，经过了浸漆或其他工艺处理，从外观上已无法辨认绕组的具体绕向，这就要通过实验的方法来判定同名端，通常采用下面两种实验方法之一。

（1）交流法。

如图1-6（a）所示，将两个绕组1-2和3-4的任意两端（如2和4）连接在一起，在其中一个绕组的两端（如1和2）加一个比较低的便于测量的交流电压。用交流电压表分别测量1、3两端的电压U13和两个绕组的电压U12及U34。若U13=|U12-U34|，则1、3为同名端；若U13=U12+U34，则1、4为同名端。

（2）直流法。

如图1-6（b）所示，在开关S闭合的瞬间，若毫安表（电流表的一种，用毫安表示电流大小）的指针正偏（向顺时针方向摆动），则1、3为同名端；若指针反偏（向逆时针方向摆动），则1、4为同名端。

技能准备

一、认识绝缘电阻表

测量绝缘电阻能够及时发现变压器绝缘受潮、劣化、击穿等问题。绝缘电阻表是专门用来测量电机、变压器等电气设备及线路绝缘电阻的仪表，它对工作中确保人身安全及设备的正常运行有重要的意义。

绝缘电阻表共有3个接线端（L、E、G），分为指针式（机电式）绝缘电阻表和数字式绝缘电阻表两种，如图1-7所示。指针式绝缘电阻表一般由磁电系比率表和高压发生器两部分构成；数字式绝缘电阻表一般由高压发生器、测量桥路和自动量程切换显示电路三部分组成。绝缘电阻表的电压等级有500V、1000V、2500V、5000V等几种。

绝缘电阻的测试原理是，绝缘电阻等于加在试品上的直流电压与流过试品的泄漏电流之比，即

式中

U——加于试品两端的电压，单位为V；

I——试品的泄漏电流，单位为µA；

R——试品的绝缘电阻值，单位为MΩ。

可见，R的大小反比于I，而I的大小取决于绝缘材料的状况。当介质受潮、表面脏污或局部有缺陷时，R值会显著减小，I值会显著增大。

因此，测量绝缘电阻是了解设备绝缘健康状况的重要手段。

二、指针式绝缘电阻表测量变压器绝缘电阻的方法

（1）绝缘电阻表在未接测试品前应预试：将绝缘电阻表水平放置，摇动手柄到额定转速（120r/min），指针应指向∞（无穷大），然后用导线瞬间短接在线路（L）和接地（E）端，并轻轻摇动手柄，指针应指向“0”位，这样才认为表正常。

（2）将被测变压器的高低压两侧断开。

在测量高压绕组时，将高压绕组短路，接在绝缘电阻表线路（L）端；将低压绕组短路并接地，接在接地（E）端，这样测量的是高压绕组对低压绕组及地的绝缘电阻。

在测量低压绕组时，将低压绕组短路，接在绝缘电阻表线路（L）端；将高压绕组短路并接地，接在接地（E）端，这样测量的是低压绕组对高压绕组及地的绝缘电阻。

（3）被测试品的非测量部分均应接地，并将接地线接到绝缘电阻表的E端；被测部分用绝缘导线接在绝缘电阻表的L端。注意，这两根导线不能缠绕在一起。如果被测试品表面泄漏电流较大（绝缘表面潮湿或脏污等），为减少测试误差，可用软裸线在绝缘表面缠绕几圈进行屏蔽，其部位应靠近被测量部分，但不得相碰，并用绝缘导线接至绝缘电阻表屏蔽（G）端上。

（4）以恒定转速转动手柄，在指针稳定1min后，记录绝缘电阻值；每次的测试方法要求一致，并记录绝缘电阻值，以便进行比较。

（5）在读取测试数值时，应在手柄转动不停的情况下进行；断开测试导线后，才能停止手柄转动，以防由于试品的电容积聚的电荷反馈放电而损坏绝缘电阻表。

（6）在试验完毕或重复试验时，必须将试品对地充分放电。

（7）记录试品的名称、规格及气象条件。

三、变压器绕组的绝缘电阻判断标准

（1）变压器每使用1～3年、大修或必要时，要进行绕组绝缘电阻的测量。

（2）电力变压器绕组的绝缘电阻没有一定的标准。一般把首次测得的绝缘电阻值与运行期间所测得的绝缘电阻值相比较并作为主要参考数据，与出厂及前次测试在同一温度下不应有显著变化。

（3）不同温度下的绝缘电阻值一般可按下式换算：

式中，R1、R2为当温度分别为t1、t2时的绝缘电阻值。

注意事项

（1）在阴雨潮湿的天气或环境湿度太大时，不宜进行测量。一般在干燥的晴天且环境温度不低于5℃时进行测量。

（2）以油浸式变压器为例，测量高压绕组对地及高压绕组对低压绕组之间的绝缘电阻，当温度增高10℃时绝缘电阻值降低的幅度很大，所以在测量时要记录油温。对于刚停止运行的变压器，绕组温度高于油的温度，立即测量其数值不准确，应等绕组和油温一致时再进行测量。