资源简介

【课题】
7.2 变压器
【教学目标】
解释变压器的用途、基本结构、变压比和变流比。
【教学重点】
1．变压器的基本结构。
2．变压器的外特性。
【教学难点】
变压器的外特性
【教学过程】
【一、复习】
交流铁心线圈的概念，电压与磁通之间的关系。
【二、引入新课】
变压器作为电气工程技术中重要的部件之一，在生产和生活中有着不可替代的作用。本节变压器工作原理和变压器外特性的分析很重要。
【三、讲授新课】
7.2.1　变压器的基本结构
1．变压器：可将某一交变电压转换成同频的另一电压，它主要由铁心和线圈（又称绕组）组成。
2．铁心：变压器铁心的作用是构成磁路。为了减小涡流和磁滞损耗，铁心用具有绝缘层的硅钢片叠成。变压器的铁心一般分为心式和壳式两大类。其结构和符号如图7.8所示。
（a）心式 （b）壳式 （c）图形符号
图7.8　变压器的结构和图形符号
3．线圈（绕组）：接电源的绕组称为一次绕组，接负载的绕组称为二次绕组。
4．变压器冷却方式：
（1）小容量变压器采用自冷式，即将其放置在空气中自然冷却。
（2）中容量电力变压器采用油冷式，即将其放置在有散热管（片）的油箱中。
（3）大容量变压器还要用油泵使冷却液在油箱与散热管（片）中作强制循环。
7.2.2 变压器的工作原理
1．空载运行：变压器一次绕组接电源，绕组开路的状态。
2．空载电流（励磁电流）：在外加电压U1作用下，绕组N1中通过的电流I0。
3．在理想状态下，变压器的电压变换关系为
k
变压器绕组电压的有效值与一次、二次绕组的匝数成正比。比值k称为变压比。
4．有载运行：二次绕组接入负载ZL。
在理想情况下有
变压器一次、二次绕组电流的有效值与一次、二次绕组匝数成反比。
[例7.1] 有一台降压变压器，一次绕组电压为220 V，二次绕组电压为110 V，一次绕组为2 200匝，若二次绕组接入阻抗值为10 的阻抗，问变压器的变比、二次绕组匝数、一次二次绕组中电流各为多少？
[解]
k=2
N2 =匝=1100匝
I2A11A
I1A5.5 A
7.2.3　变压器的外特性
1．变压器外特性：变压器电压U2随负载电流I2增大而降低，如图7.11（U20为空载时二次绕组电压，I2N为额定运行时二次绕组电流）所示。
7.11　变压器外特性曲线
2．电压调整率：当I2从零增加到额定值I2N时，若输出电压从U20降到U2N，则电压调率U %为
U%
一般希望U % 越小越好。常用的电力变压器，电压整率约为3 %～5 %。
7.2.4 变压器的损耗及效率
1．变压器功率损耗：
（1）铁损耗：变压器铁心中的磁滞损耗和涡流损耗。当外加电压一定时，工作磁通一定，铁损耗是不变的，也称为固定损耗。
（2）铜损耗：电流通过绕组时，在电阻上产生的功率损耗。铜损耗的大小随通过绕组的电流变化而变化，也称铜损耗为可变损耗。
2．变压器的输出功率与输入功率之比称为变压器的效率。
效率100 %
3．变压器的效率：
（1）一般供电变压器的效率都在95 %左右；
（2）大型变压器的效率可达98%以上。
7.2.5 三相电力变压器
1．三相变压器：高压绕组U1U2、V1V2、W1W2；低压绕组u1u2、v1v2、w1w2 。图7.12为三相变压器的结构图。
图7.12　三相变压器结构
2．油浸式电力变压器：将三相变压器放入钢板制成的油箱中，箱壁上装有散热用的油管或散热片。油枕为油的热胀冷缩提供了一个空间，油箱中如有过高的压力时可将其从安全气道排出，以防爆炸。高低压引线通过绝缘套管从油箱引出。
*7.2.6 特殊变压器
1．自耦变压器
（1）自耦变压器：一次、二次绕组共用一部分绕组，它们之间不仅有磁耦合，还有电的联系。
（2）自耦变压器工作原理如图7.14所示 。
图7.14　自耦变压器工作原理
k
（3）优点：结构简单，节省材料、体积小、成本低。
（4）缺点：因一次、二次绕组之间有电联系，接线不正确时安全隐患大。例如图7.15所示为自耦变压器给携带式安全照明灯提供12 V的工作电压，因为点接地，此时连接灯泡的每根导线对地的电压都是200 V以上，这对持灯人极不安全。
图7.15　自耦变压器使用时不安全状况
（5）自耦变压器也可以用于升压，接法如图7.16所示。
图7.16 可用于升压的自耦变压器原理图
（6）自耦调节压器：如图7.17所示。一次绕组U1U2接220V交流电压，二次绕组u1u2输出电压可在0250V范围内调节。
图7.17　自耦变压器
2．互感器
仪用互感器：用于测量的变压器。
图7.18所示为接有电压互感器和电流互感器测量电压和电流的外形图和电路图。
（a）电路图 （b）电压互感器外形图
（c）电流互感器外形图
图7.18　仪用互感器
（1）电压互感器
1）电压互感器的一次绕组并联在待测高压，二次绕组接电压表，其工作原理为
U1
2）通常规定电压互感器二次绕组的额定电压设计成标准值100 V。
注意：使用时电压互感器的二次绕组不能短路。
（2）电流互感器
1）电流互感器的一次绕组串联在待测电路中，二次绕组接电流表，其工作原理为
I2I1
2）通常电流互感器二次绕组的额定电流设计成标准值5 A。
注意：使用时电流互感器二次绕组不能开路。
3）便携式钳形电流表：利用电流互感器原理制作。其外形如图4.20所示。
它的闭合铁心可以张开，将被测载流导线钳入铁心窗口中，可直接读出被测电流的数值。用钳形电流表测量电流不用断开电路，使用非常方便。
（a）结构图 （b）外形图
图7.19　钳形电流表
*3．电焊变压器
满足电弧焊接的特殊的变压器。如图所示其原理图。
图7.20　电焊变压器原理图
工作原理：为了起弧较容易，电焊变压器的空载电压一般为6080 V，当电弧起燃后，焊接电流通过电抗器产生电压降。调节电抗器上的旋柄可改变电抗的大小以控制焊接电流及焊接电压。维持电弧工作电压一般为2530V。
【四、小结】
1．变压器：将某一电压的交流电变换成频率相同的另一电压的交流电的一种变换装置。
2．变压器的基本结构：铁心和绕组线圈。
3．变压器的工作原理： 变压器一次、二次绕组电压与匝数的关系为
== k
变压器一次、二次绕组电流与匝数之间的关系为
4．变压器的外特性一般情况下是一条向下倾斜的直线。变压器从空载到满载（二次绕组电流等于额定电流）二次绕组电压变化的数值与空载电压的比例称为变压器的电压调整率。
5．变压器的耗损由两部分组成，分别是铜损耗和铁损耗。
6．变压器的效率
100 %
7．了解三相电力变压器和特殊变压器
【五、习题】
三、填空题：2、3、4；四、计算题：1。

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