小型变压器

用于工厂电气控制系统的设备

小型变压器主要指单相20 kV·A以下、三相50 kV·A以下的变压器,其特点是变压器体积小、造价低、用线少。小型变压器的负荷率和利用率一般都较低,它所带的感性负载,一般均未进行容性补偿,小型变压器是工厂电气控制系统中的一种常用设备,随着电子元件大量应用在电厂控制、监测和自动回路中,小型变压器的应用日益广泛。

结构

小型变压器由铁芯和 绕组 ( 线圈 )两大部分组成。

(1)铁芯

常用的铁芯有E形、日 字形 、F形、和C形。为了减少铁芯中的损耗,变压器的铁芯都用 硅钢片 叠装而成,硅钢片的厚度一般为0.35 mm,少数为0.5 mm,其表面涂上 绝缘漆 并 烘干 或利用表面的氧化膜使得硅钢片彼此绝缘。叠装时通常采用 交错 方式,以使硅钢片的接缝错开。

(2)绕组

俗称线圈。大多数小型变压器都采用互感双线圈结构,其中接电源的绕组称 一次侧 绕组;接负载的绕组称二次侧绕组。绕组与铁芯的组合方式有芯式和壳式两种。单相小型变压器,除了C形等两种采用芯式结构外,其余的铁芯都采用壳式结构;三相小型变压器通常用E形铁芯组成芯式结构。所谓芯式结构是指绕组包着铁芯,壳式结构是指铁芯包着绕组。

工作原理

小型变压器的功能主要有:电压变换、 阻抗 变换、隔离、稳压(磁饱和变压器)等,小型变压器常用的铁芯形状一般有E形和C形。

小型变压器的主要部件是一个铁芯和套在铁芯上的两个绕组,如图1所示。一个绕组接电源,称为原绕组(一次绕组、初级绕组),另一个接负载,称为副绕组(二次绕组、次级绕组)。原绕组各量用下标1表示,副绕组各量用下标2表示。原绕组匝数为M,副绕组匝数为 N。

理想状况如下(不计 电阻 、铁耗和漏磁),原绕组加电压u 1 ,产生电流i 1 ,建立 磁通量 ,沿铁芯闭合,分别在原副绕组和副绕组中感应 电动势 e 1 和e 2 。

电压变换:只要改变原、副绕组的匝数比,就能按要求改变电压。

电流变换:变压器在改变电压的同时,亦能改变电流。

分类

在 电子 电器中,广泛使用的小型变压器可按以下几个方面分类。

1.按用途分类

1) 电源变压器 。为动力照明装置及电子电器整机提供电源。

2)选频变压器。为电子电器某些电路选择范围确定的工作频率,如 接收机 中的 中频 变压器。

3) 耦合 变压器。用于耦合信号、匹配 阻抗 ,如音响设备中的输入变压器、输出变压器、广播系统中的线间变压器等。

4) 隔离变压器 。用于隔离对地的 交流电源 ,确保带电维修时的安全。

2.按工作频率分类

1) 高频变压器 。工作在较高频率范围,如接收机的天线 线圈 。

2)中频变压器。工作在接收机变频后的中频范围,如音响 调谐器 的中频变压器、电视机的中频压器等。

3) 低频变压器 。一般工作在低频率范围。如输入变压器、输出变压器、线间变压器等。

3.按 绕组 型式分类

按绕组型式分为 双绕组变压器 和 多绕组变压器 ,如 隔离变压器 、单电源输出的变压器多为双绕组变压器;而线间变压器、音响与彩色电视机的 电源变压器 等,因有多路电源输出,为多绕组变压器。

4.按 铁心 型式分类

小型变压器可分为心式和壳式两类。

5.按 导磁材料 分

小型变压器可分为铁心变压器和 铁氧体 磁心变压器。

测试

无论是新制作的还是修理完工存放过久的变压器,为了保证它的性能指标基本符合使用条件,在投入使用前,均需对其机械和电气性能进行测试。

1.通电前的检查

(1)外观检查

检查变压器铁心、 绕组 、绕组 骨架 、引出线及其套管、 绝缘材料 等有无机械损伤;绕组有无断线、脱焊、霉变或发高热烧焦的痕迹;检查绝缘材料是否老化、发脆、剥落等。

(2)绕组直流 电阻 检测

绕组直流电阻偏大时,能用 万用表 电阻档测量的,可直接用万用表分别检测各个绕组的直流电阻,并与标称值比较:若绕组电阻小,不能用万用表测试时,应用 单臂电桥 或双臂电桥进行检测。这样测得的 电阻值 比用万用表检测结果要精确得多。

(3)绕组绝缘电阻检测

用 绝缘电阻表 检测各个 绕组 之间,各绕组与 铁心 、与金属底板,屏蔽层之间的绝缘电阻,冷态时应达50MΩ以上。

2.空载测试

(1)空载电流与空载输出电压的测试

小型变压器的通电测试电路如1所示。在该电路中,闭合S1,调节 调压器 手柄 ,给一次绕组施加220V额定电 压。分断S2,使变压器处于空载运行状态。此时 电流表 A1的读数即为所测空载电流。一般小型变压器空载电流为 额定电流 的10%~15%。若空载电流偏大,变压器损耗大,温升也将偏高。此时二次 绕组 所并联的 电压表 V2读数为该变压器空载输出电压。

(2)耐压试验

变压器使用前应进行耐压试验,即每个绕组和其他绕组、 铁心 或屏蔽层之间,加以3000V、50Hz工频电压,持续1min,若不发生击穿、打火等现象即为耐压试验合格。

(3) 负载测试

1)额定输出电压和额定输出电流的测试。

在图1中,将待测变电器T2一次绕组接于a、b两端,闭合S2,使其带额定负载。当电压表V1读数为220V时,V2的读数为该变压器额定输出电压。若该电压与标称值相差太远或无电压输出,说明 绕组 匝数有错或存在局部 短路 、开路等故障,应拆开绕组检查。

在该测试电路中, 电流表 A1、A2的读数分别为该变压器额定输入电流和额定输出电流。在输入电压为额定值时,若所测电流数值偏大,不是负载过重,就是一、二次绕组匝数不足。

2)温升测试

按图1电路加额定负载,通电数小时,待温升稳定后测试,温升以40~50℃为宜。通常,变压器温升可用 电阻 法测试。通电前先测出一次绕组冷态直流电阻R。,因多数 电力变压器 一次 绕组 绕在变压器内层,不易散热,温度比较稳定,以它为测试对象比较准确。簸后加上负载,通电数小时后切断电源,再测量一次绕组热态直流电阻。这样连续测几次在几次所测直流电阻近似 相等 时,可认为所测温度为稳定时的终端温度。

拆卸

当小型变压器(≤2 kV·A)发生绕组内部匝间 短路 、内部断线而又无法找到断头、绕组问 短路或 烧毁时,均需拆除旧绕组重绕。

在拆除 变压器铁芯 前,必须记录原始数据,作为重绕变压器的依据。所需记录的数据包括:铭牌数据(型号、相数、容量、主副边电压、连接组、绝缘等级等)、 绕组 数据( 导线 规格、匝数、尺寸、引出线规格与长度等)、铁芯数据(形状、尺寸、厚度、叠压顺序、叠压方式等)。

拆卸铁芯的步骤:拆除外壳与接线柱→拆除铁芯 夹板 或铁轭→用螺丝刀把黏合在→起的 硅钢片 撬松→用 钢丝钳 将硅钢片一一拉出→对硅钢片进行 表面处理 →将硅钢片依次叠放并妥善保管。

具体拆卸时,可将铁芯夹持在 台虎钳 上。在卸掉铁芯夹板后,先用螺丝刀(平口)从芯片的叠缝中切入,沿铁芯四周切割一圈,切开头几片硅钢片间的粘连物,然后用钢丝钳夹住硅钢片的中间位置并稍加左右摆动,即可将硅钢片一一钳出。

在拆卸铁:卷的过程中,当用螺丝刀撬松 硅钢片 时,动作要轻,用力要均匀,入刀位置试拉,不能硬抽,注意不要造成硅钢片的损坏或变形。

常见故障

(1)变压器自身问题 如端头松动、垫块松动、焊接不良、铁芯绝缘不良、抗 短路 强度不足等。

(2)线路干扰。线路干扰在造成变压器事故的所有因素中属于最重要的。主要包括:合闸时产生的 过电压 ,在低负荷阶段出现的电压峰值等。

(3)过负荷。过负荷是指变压器长期处于超过 额定功率 状态下工作,变压器超负荷运行,会产生过高的温度,从而导致绝缘的过早老化。

(4)使用不当。由于使用不当造成的小型变压器绝缘老化的速度加快。

(5)没有进行正确的维护。

参考资料