变压器的计算与选择
电力变压器是供电系统中的关键设备，其主要功能是升压或降压以利于电能的合理输送、分配和使用，对变电所主接线的形式及其可靠与经济有着重要影响。
变压器的种类很多，本课件重点介绍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。
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。
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：
【例】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：
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。
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：
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。
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：
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。
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：
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。
1.三相变压器选择
某型号三相电力变压器的铭牌数据
【例】一台三相变压器SN=180kV.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、100kW、cosф1=0.75，另一组负载为380V、100 kW、cosф2=0.5，试确定那一组负载可以正常接入电路？
解：⑴ 一、二 次绕组的电流：
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。
【例】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
解：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：
自耦变压器：
各种类型的自耦变压器：
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。
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。
自耦变使用注意事项：
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）。
1.电压互感器：
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。
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：
⑴ 结构特点
① 一次绕组匝数很少，二次绕组匝数很多；
② 电流互感器变比：ki=I1/I2=N2/N1；
④ 一次侧串联接在高压侧，二次侧串接各种测量仪表。
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
*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。
*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。
*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。
【例】用变压比为10000V/100V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：⑴ 实际电压、电流的计算
电焊变压器：
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。
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。
变压器台数的选择：
变压器的台数一般根据负荷等级、用电容量和经济运行等条件综合考虑确定。当符合下列条件之一时，宜装设两台及以上变压器：
1.有大量一级或二级负荷在变压器出现故障或检修时，多台变压器可保证一、二级负荷的供电可靠性。当仅有少量二级负荷时，也可装设一台变压器，但变电所低压侧必须有足够容量的联络电源作为备用。
2.季节性负荷变化较大，根据实际负荷的大小，相应投入变压器的台数，可做到经济运行、节约电能。
3.集中负荷容量较大，虽为三级负荷，但一台变压器供电容量不够，这时也应装设两台及以上变压器。
当备用电源容量受到限制时，宜将重要负荷集中并且与非重要负荷分别由不同的变压器供电，以方便备用电源的切换。
变压器容量的选择：
变压器容量的选择，要根据它所带设备的计算负荷，还有所带负荷的种类和特点来确定。首先要准确求计算负荷，计算负荷是供电设计计算的基本依据。确定计算负荷目前最常用的一种方法是需要系数法，按需要系数法确定三相用电设备组计算负荷的基本公式为：
例如：某380V线路上，接有水泵电动机5台，共200kW，另有通风机5台共55kW，确定线路上总的计算负荷的步骤为：
计算出设备的计算负荷后，就可选择变压器了。变压器的容量 首先应保证在计算负荷 下变压器长期可靠运行。
对仅有一台变压器运行的变电所，变压器容量应满足下列条件：
考虑到节能和留有余量，变压器的负荷率一般取70%~85%。
对两台变压器运行的变电所，通常采用等容量的变压器，每台容量应同时满足以下两个条件：
条件①是考虑到两台变压器运行时，每台变压器各承受总计算负荷的50%，负载率约为0.7，此时变压器效率较高。而在事故情况下，一台变压器承受总计算负荷时，只过载40%，可继续运行一段时间。在此时间内，完全有可能调整生产，可切除三级负荷。条件②是考虑在事故情况下，一台变压器仍能保证一、二级负荷的供电。
当选用不同容量的两台变压器时，每台变压器的容量可按下列条件选择：
另外，变压器的容量应满足大型电动机及其他冲击负荷的起动要求，并满足今后5-10年负荷增长的需要。
再回到上例中，综合计算结果为：
按照变压器的负荷率一般取70%~85%（这里取70%）进行计算：
所选变压器的容量为：244/0.7=348.6kvA
故可选400kvA的变压器。
若有无功功率补偿装置，可使供电系统的电能损耗和电压损耗降低，从而可选较小容量的电力变压器。如上例情况，在没有功率补偿装置时，功率因数为0.794，达不到国家标准，造成电能浪费，假设要使功率因数提高到0.95，无功补偿容量QN.C应为：
所以经补偿后的结果为：
这时可以算出有补偿装置后，变压器所选的容量为：204/0.7=291.4因此可以用315kvA的变压器就可以了。由此可见，利用无功补偿提高功率因数，可以减少投资和节约有色金属，对整个供电系统大有好处。
综上所述，电力变压器的选择取决于计算负荷，而计算负荷又与系统中的负荷大小和负荷特性以及系统中的功率补偿装置有关。了解了这两点，可以根据实际情况灵活选择变压器的容量，电力变压器在运行中，其负荷总是变化的，在必要时允许过负荷运行，但是，对室内变压器，过负荷不得超过20%；对室外变压器，过负荷不得超过30%。
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