变压器基础教案.doc

第七章 变压器
7.1 变压器的构造 &
7.2 变压器的工作原理
一、教学目标
1、了解变压器的构造、分类、额定值及使用注意事项。
2、理解变压器的工作原理，了解变压器的用途。
二、教学重点、难点分析
重点：
1、理解变压器的工作原理。
2、知识点：电压变换、电流变换、阻抗变换、电压平衡方程。
难点：
1、理解变压器的工作原理。
三、教具
可拆变压器、学生电源、演示电流表等。
电化教学设备。
四、教学方法
讲授法(以启示讲解为主)，多媒体课件。
五、教学过程
Ⅰ.知识回顾
1、 产生电磁感应现象的条件。
2、法拉第电磁感应定律。
II.新课
一、变压器的构造
1、变压器的分类
1）按用途分：电力变压器、专用电源变压器、调压变压器、测量变压器、隔离变压器。
2）按结构分：双绕组变压器、三绕组变压器、多绕组变压器已经自耦变压器。
3）按相数分：单相变压器、三相变压器和多相变压器。
2、变压器的构造
基本构造：由铁心和绕组构成。
铁心是变压器的磁路通道，是用磁导率较高且相互绝缘的硅钢片制成，以便减少涡流和磁滞损耗。按其构造形式可分为心式和壳式两种，如图1(a)、(b)所示。

图1 心式和壳式变压器

线圈是变压器的电路部分，是用漆色线、沙包线或丝包线绕成。其中和电源相连的线圈叫原线圈(初级绕组)，和负载相连的线圈叫副线圈(次级绕组)。
3、额定值及使用注意事项
1）额定值
①额定容量——变压器二次绕组输出的最大视在功率。其大小为副边额定电流的乘积，一般以千伏安表示。
②原边额定电压——接到变压器一次绕组上的最大正常工作电压。
③二次绕组额定电压——当变压器的一次绕组接上额定电压时，二次绕组接上额定负载时的输出电压。
2）使用注意事项
①分清一次绕组、二次绕组，按额定电压正确安装，防止损坏绝缘或过载。
②防止变压器绕组短路，烧毁变压器。
③工作温度不能过高，电力变压器要有良好的绝缘。

二、变压器的工作原理
变压器是按电磁感应原理工作的，原线圈接在交流电源上，在铁心中产生交变磁通，从而在原、副线圈产生感应电动势，如图2所示。
1、变压器的空载运行和变压比
如图2所示，设原线圈匝数为N1，端电压为U1；副线圈匝数为N2，端电压为U2。则，原、副线圈（一次、二次绕组）电压之比等于匝数比，即
（式7－1）

图2 变压器空载运行原理图

n叫做变压器的变压比或变化。
注意：上式在推导过程中，忽略了变压器原、副线圈的内阻，所以上式为理想变压器的电压变换关系。
2、变压器的负载运行和变流比
在图2的副线圈端加上负载|Z2|，流过负载的电流为I2,分析理想变压器原线圈、副线圈的电流关系。
将变压器视为理想变压器，其内部不消耗功率，输入变压器的功率全部消耗在负载上，即
将上式变形带入（式7－1），可得理想变压器电流变换关系
（式7－2）
3、变压器得阻抗变换作用
设变压器初级输入阻抗为|Z1|，次级负载阻抗为|Z2|，则

将代入，得

因为
所以
即 （式7－3）
可见，次级接上负载|Z2|时，相当于电源接上阻抗为n2|Z2|的负载。变压器的这种阻抗变换特性，在电子线路中常用来实现阻抗匹配和信号源内阻相等，使负载上获得最大功率。
III.例题讲解，巩固练习
【例题1】,【例题2】略(见教材§7-2例题1,例题2)。
【例题3】有一电压比为220/110 V的降压变压器，如果次级接上55 W 的电阻，求变压器初级的输入阻抗。
解1：次级电流
初级电流

输入阻抗
解2：变压比
输入阻抗

IV.小结
1、变压器的基本构造：由铁心和绕组构成。
2、理想变压器的电压、电流、阻抗变换关系。
电压变换关系
电压变换关系
阻抗变换关系

V. 作业
略。

7.3 变压器的功率和效率 &
7.4 几种常用变压器
一、教学目标
1、了解变压器的功率和效率并能进行简单计算。
2、了解铜损、铁损的概念。
3、了解几种常用变压器的构造、用途及使用注意事项。
二、教学重点、难点分析
重点：
1、变压器功率和效率的计算。
难点：
同重点。
三、教具
电化教学设备。
四、教学方法
讲授法(以启示讲解为主)，多媒体课件。
五、教学过程
Ⅰ.知识回顾
1、理想变压器的电压、电流、阻抗变换关系。
电压变换关系
电压变换关系
阻抗变换关系

2、交流电路功率计算公式：
II.新课
一、变压器的功率和效率
1、变压器的功率
实际变压器在工作时，必然存在功率损失。变压器的功率消耗等于原边输入功率和副边输出功率之差，及

变压器的功率损耗包括铜损和铁损两部分，它们可以通过计算或这使用的方法求出。
①铜损是由于原、副边有电阻，电流在电阻上要消耗一定的功率。
②铁损是由于交变的主磁通在铁心中产生的磁滞损耗和涡流损耗。
2、变压器的效率
变压器的效率为变压器输出功率与输入功率的百分比，即
(式7-4)
大容量变压的效率可达98% ~ 99%，小型电源变压器效率约为70% ~ 80%。
二、几种常用变压器

图 3 自耦变压器符号及原理图
1、自耦变压器
自耦变压器原、副线圈共用一部分绕组，它们之间不仅有磁耦合，还有电的关系，如图3所示。
原、副线圈电压之比和电流之比的关系为

注意：
① 自耦变压器在使用时，一定要注意正确接线，否则易于发生触电事故。
② 接通电压前，要将手柄转到零位。接通电源后，渐渐转动手柄，调节出所需要的电压。
2、 小型电源变压器
小型电源变压器广泛应用与电子仪器中。它一般有一至二个一次绕组和几个不同的二次绕组，可以根据实际需要联结组合，以获得不同的输出电压。
指导学生自己分析教材图(7-7)(a)、(b)，指出各有哪几种工作方式，可以获得哪几种输出电压。
3、 互感器
互感器是一种专供测量仪表，控制设备和保护设备中高电压或大电流时使用的变压器。可分为电压互感器和电流互感器两种。
1）电压互感器
使用时，电压互感器的高压绕组跨接在需要测量的供电线路上，低压绕组则与电压表相连，如图4所示。
可见，高压线路的电压U1等于所测量电压U2和变压比n的乘积，即U1=nU2
注意：
(1) 次级绕组不能短路，防止烧坏次级绕组。

图4 电压互感器

图5 电流互感器

(2) 铁心和次级绕组一端必须可靠的接地，防止高压绕组绝缘被破坏时而造成设备的破坏和人身伤亡。

图6 钳形电流表
2）电流互感器
使用时，电流互感器的初级绕组与待测电流的负载相串连，次级绕组则与电流表串联成闭和回路，如图5所示。
通过负载的电流就等于所测电流和变压比倒数的乘积。
注意：
(1) 绝对不能让电流互感器的次级开路，否则易造成危险；
(2) 铁心和次级绕组一端均应可靠接地。
常用的钳形电流表也是一种电流互感器。它是由一个电流表接成闭合回路的次级绕组和一个铁心构成，其铁心可开、可合。测量时，把待测电流的一根导线放入钳口中，电流表上可直接读出被测电流的大小，如图6所示。

图7 三相变压器
4、 三相变压器
三相变压器就是三个相同的单相变压器的组合，如图7所示。三相变压器用于供电系统中。根据三相电源和负载的不同，三相变压器初级和次级线圈可接成星形或三角形。
三相变压器的每一相，就相当于一个独立的单相变压器。单相变压器的基本公式和分析方法，使用与三相变压器中的任意一相。
5、 变压器铭牌数据
在变压器外壳上均有一块铭牌，要安全正确的使用变压器，必须掌握铭牌各个数据的含义。
① 型号
用以表明变压器的主要结构、冷却方式、电压和容量等级等等。
如SJL-560/10中：S表示三相，单相变压器用D表示；J表示油浸自冷式冷却方式，风冷式用F表示；L表示装有避雷装置；560表示容量为560kV·A；10表示高压绕组额定电压为10kV。
② 额定电压
变压器空载时的电压，三相变压器指线电压。
③ 额定电流
变压器正常运行时允许通过的最大电流，三相变压器指线电流。
④ 额定容量
额定容量指变压器的额定输出视在功率S。在单相变压器中S＝U2I2；在三相变压器中，。
⑤ 温升
温升是指变压器某些部分与周围环境的温差，变压器所允许的温升由材料的绝缘等级来定。变压器运行时，要注意其温升，确保安全运行。
III.例题讲解，巩固练习
【例题1】略（见教材§7－3例题）
【例题2】有一变压器初级电压为2200 V，次级电压为220 V，在接纯电阻性负载时，测得次级电流为10 A，变压器的效率为95%。 试求它的损耗功率，初级功率和初级电流。
解：次级负载功率 P2 = U2I2cosj2 = 22010 = 2200 W
初级功率
损耗功率 PL = P1 – P2 = 2316 – 2200 = 116W
初级电流

IV.小结
1、变压器功率和效率。
2、变压器铭牌数据及应用时应注意事项。
V. 作业
略。