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。