變壓器基礎(chǔ)教案

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第七章變壓器

7.1變壓器的構(gòu)造&

7.2變壓器的工作原理

一、教學(xué)目標(biāo)

1、了解變壓器的構(gòu)造、分類、額定值及使用注意事項。

2、理解變壓器的工作原理，了解變壓器的用途。

二、教學(xué)重點、難點分析

重點：

1、理解變壓器的工作原理。

2、知識點：電壓變換、電流變換、阻抗變換、電壓平衡方程。

難點：

1、理解變壓器的工作原理。

三、教具

可拆變壓器、學(xué)生電源、演示電流表等。

電化教學(xué)設(shè)備。

四、教學(xué)方法

講授法(以啟示講解為主)，多媒體課件。

五、教學(xué)過程

Ⅰ.知識回顧

1、產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象的條件。

2、法拉第電磁感應(yīng)定律。

II.新課

--優(yōu)質(zhì)資料

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一、變壓器的構(gòu)造

1、變壓器的分類

1）按用途分：電力變壓器、專用電源變壓器、調(diào)壓變壓器、測量變壓器、隔離

變壓器。

2）按結(jié)構(gòu)分：雙繞組變壓器、三繞組變壓器、多繞組變壓器已經(jīng)自耦變壓器。

3）按相數(shù)分：單相變壓器、三相變壓器和多相變壓器。

2、變壓器的構(gòu)造

基本構(gòu)造：由鐵心和繞組構(gòu)成。

鐵心是變壓器的磁路通道，是用磁導(dǎo)率較高且相互絕緣的硅鋼片制成，以便

減少渦流和磁滯損耗。按其構(gòu)造形式可分為心式和殼式兩種，如圖1(a)、(b)所示。

圖1心式和殼式變壓器

線圈是變壓器的電路部分，是用漆色線、沙包線或絲包線繞成。其中和電源

相連的線圈叫原線圈(初級繞組)，和負(fù)載相連的線圈叫副線圈(次級繞組)。

3、額定值及使用注意事項

1）額定值

①額定容量——變壓器二次繞組輸出的最大視在功率。其大小為副邊額定電流

的乘積，一般以千伏安表示。

②原邊額定電壓——接到變壓器一次繞組上的最大正常工作電壓。

③二次繞組額定電壓——當(dāng)變壓器的一次繞組接上額定電壓時，二次繞組接上

--優(yōu)質(zhì)資料

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額定負(fù)載時的輸出電壓。

2）使用注意事項

①分清一次繞組、二次繞組，按額定電壓正確安裝，防止損壞絕緣或過載。

②防止變壓器繞組短路，燒毀變壓器。

③工作溫度不能過高，電力變壓器要有良好的絕緣。

二、變壓器的工作原理

變壓器是按電磁感應(yīng)原理工作的，原線圈接在交流電源上，在鐵心中產(chǎn)生交

變磁通，從而在原、副線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，如圖2所示。

1、變壓器的空載運行和變壓比

如圖2所示，設(shè)原線圈匝數(shù)為N，端電壓為U；副線圈匝數(shù)為N，端電壓為

112

U。則，原、副線圈（一次、二次繞組）電壓之比等于匝數(shù)比，即

2

UN

11n（式7－1）

UN

22

n叫做變壓器的變壓比或變化。

注意：上式在推導(dǎo)過程中，忽略了變

壓器原、副線圈的內(nèi)阻，所以上式為理

圖2變壓器空載運行原理圖

想變壓器的電壓變換關(guān)系。

2、變壓器的負(fù)載運行和變流比

在圖2的副線圈端加上負(fù)載|Z|，流過負(fù)載的電流為I,分析理想變壓器原線圈、

22

副線圈的電流關(guān)系。

將變壓器視為理想變壓器，其內(nèi)部不消耗功率，輸入變壓器的功率全部消耗

在負(fù)載上，即UIUI

1122

--優(yōu)質(zhì)資料

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將上式變形帶入（式7－1），可得理想變壓器電流變換關(guān)系

IUN1

122（式7－2）

IUNn

211

3、變壓器得阻抗變換作用

設(shè)變壓器初級輸入阻抗為|Z|，次級負(fù)載阻抗為|Z|，則

12

U

Z1

1I

1

NN

將U1U，I2I代入，得

1N21N2

21

N2U

Z12

1NI

22

因為U

2Z

I2

2

N2

所以Z1Zn2Z

1N22

2

Z

即1n2（式7－3）

Z

2

可見，次級接上負(fù)載|Z|時，相當(dāng)于電源接上阻抗為n2|Z|的負(fù)載。變壓器的

22

這種阻抗變換特性，在電子線路中常用來實現(xiàn)阻抗匹配和信號源內(nèi)阻相等，使負(fù)

載上獲得最大功率。

III.例題講解，鞏固練習(xí)

【例題1】,【例題2】略(見教材§7-2例題1,例題2)。

【例題3】有一電壓比為220/110V的降壓變壓器，如果次級接上55的電阻，

求變壓器初級的輸入阻抗。

解1：次級電流U110

I22Α

2Z55

2

NU220

初級電流n112Α

NU110

22

--優(yōu)質(zhì)資料

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I2

I21Α

1n2

U220

輸入阻抗Z1220

1I1

1

NU220

解2：變壓比n112

NU110

22

N2

輸入阻抗Z1Zn2Z455220

1N22

2

IV.小結(jié)

1、變壓器的基本構(gòu)造：由鐵心和繞組構(gòu)成。

2、理想變壓器的電壓、電流、阻抗變換關(guān)系。

電壓變換關(guān)系電壓變換關(guān)系阻抗變換關(guān)系

UNIUN1Z

11n1221n2

UNIUNnZ

222112

V.作業(yè)

略。

7.3變壓器的功率和效率&

7.4幾種常用變壓器

一、教學(xué)目標(biāo)

1、了解變壓器的功率和效率并能進行簡單計算。

--優(yōu)質(zhì)資料

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2、了解銅損、鐵損的概念。

3、了解幾種常用變壓器的構(gòu)造、用途及使用注意事項。

二、教學(xué)重點、難點分析

重點：

1、變壓器功率和效率的計算。

難點：

同重點。

三、教具

電化教學(xué)設(shè)備。

四、教學(xué)方法

講授法(以啟示講解為主)，多媒體課件。

五、教學(xué)過程

Ⅰ.知識回顧

1、理想變壓器的電壓、電流、阻抗變換關(guān)系。

電壓變換關(guān)系電壓變換關(guān)系阻抗變換關(guān)系

UNIUN1Z

11n1221n2

UNIUNnZ

222112

2、交流電路功率計算公式：PUIcos

II.新課

一、變壓器的功率和效率

1、變壓器的功率

實際變壓器在工作時，必然存在功率損失。變壓器的功率消耗等于原邊輸入

功率PUIcos和副邊輸出功率PUIcos之差，及

11112222

--優(yōu)質(zhì)資料

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PPP

12

變壓器的功率損耗包括銅損和鐵損兩部分，它們可以通過計算或這使用的方

法求出。

①銅損是由于原、副邊有電阻，電流在電阻上要消耗一定的功率。

②鐵損是由于交變的主磁通在鐵心中產(chǎn)生的磁滯損耗和渦流損耗。

2、變壓器的效率

變壓器的效率為變壓器輸出功率與輸入功率的百分比，即

P

2100%(式7-4)

P

1

大容量變壓的效率可達98%~99%，小型電源變壓器效率約為70%~80%。

二、幾種常用變壓器

1、自耦變壓器

自耦變壓器原、副線圈共用一部分繞組，它

們之間不僅有磁耦合，還有電的關(guān)系，如圖3所

示。

圖3自耦變壓器符號及原理

原、副線圈電壓之比和電流之比的關(guān)系為

UIN

121n

UIN

212

注意：

①自耦變壓器在使用時，一定要注意正確接線，否則易于發(fā)生觸電事故。

②接通電壓前，要將手柄轉(zhuǎn)到零位。接通電源后，漸漸轉(zhuǎn)動手柄，調(diào)節(jié)出

所需要的電壓。

2、小型電源變壓器

小型電源變壓器廣泛應(yīng)用與電子儀器中。它一般有一至二個一次繞組和幾個

不同的二次繞組，可以根據(jù)實際需要聯(lián)結(jié)組合，以獲得不同的輸出電壓。

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指導(dǎo)學(xué)生自己分析教材圖(7-7)(a)、(b)，指出各有哪幾種工作方式，可以獲得

哪幾種輸出電壓。

3、互感器

互感器是一種專供測量儀表，控制設(shè)備和保護設(shè)備中高電壓或大電流時使用

的變壓器?？煞譃殡妷夯ジ衅骱碗娏骰ジ衅鲀煞N。

1）電壓互感器

使用時，電壓互感器的高壓繞組跨接在需要測量的供電線路上，低壓繞組則

與電壓表相連，如圖4所示。

可見，高壓線路的電壓U等于所測量電壓U和變壓比n的乘積，即U=nU

1212

注意：

(1)次級繞組不能短路，防止燒壞次級繞組。

(2)鐵心和次級繞組一端必須可靠的接地，防止高壓繞組絕緣被破壞時而造

圖5電流互感器

圖4電壓互感器

成設(shè)備的破壞和人身傷亡。

2）電流互感器

使用時，電流互感器的初級繞組與待測電流的負(fù)載相串連，次級繞組則與電

流表串聯(lián)成閉和回路，如圖5所示。

通過負(fù)載的電流就等于所測電流和變壓比倒數(shù)的乘積。

注意：

--優(yōu)質(zhì)資料

圖6鉗形電流表

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(1)絕對不能讓電流互感器的次級開路，否則易造成危險；

(2)鐵心和次級繞組一端均應(yīng)可靠接地。

常用的鉗形電流表也是一種電流互感器。它是由一個電流表接成閉合回路的

次級繞組和一個鐵心構(gòu)成，其鐵心可開、可合。測量時，把待測電流的一根導(dǎo)線

放入鉗口中，電流表上可直接讀出被測電流的大小，如圖6所示。

4、三相變壓器

三相變壓器就是三個相同的單相變壓器的組合，

如圖7所示。三相變壓器用于供電系統(tǒng)中。根據(jù)三相

電源和負(fù)載的不同，三相變壓器初級和次級線圈可接圖7三相變壓器

成星形或三角形。

三相變壓器的每一相，就相當(dāng)于一個獨立的單相變壓器。單相變壓器的基本

公式和分析方法，使用與三相變壓器中的任意一相。

5、變壓器銘牌數(shù)據(jù)

在變壓器外殼上均有一塊銘牌，要安全正確的使用變壓器，必須掌握銘牌各

個數(shù)據(jù)的含義。

①型號

用以表明變壓器的主要結(jié)構(gòu)、冷卻方式、電壓和容量等級等等。

如SJL-560/10中：S表示三相，單相變壓器用D表示；J表示油浸自冷式冷

卻方式，風(fēng)冷式用F表示；L表示裝有避雷裝置；560表示容量為560kV·A；10

表示高壓繞組額定電壓為10kV。

②額定電壓

變壓器空載時的電壓，三相變壓器指線電壓。

③額定電流

變壓器正常運行時允許通過的最大電流，三相變壓器指線電流。

④額定容量

--優(yōu)質(zhì)資料

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額定容量指變壓器的額定輸出視在功率S。在單相變壓器中S＝UI；在三相