资源简介

项目5 认识变压器与电动机
任务3 认识常用变压器
【教学目标】
●知道互感现象，熟悉变压器的原理。
●知道变压器的分类，熟悉常用变压器的功能和典型应用。
●会检测小型变压器。
●会判断变压器的同名端。
【教学重点】
变压器的功能与典型应用
【教学难点】
判断变压器的同名端
【参考学时】
4学时
【教学过程】
一、任务导入
列举变压器应用实例，让学生认识变压器，激发学生学习兴趣。
二、任务准备
1.互感现象
如图所示，A、B是两个互相独立的线圈，线圈B套在线圈A的外面，线圈A与开关S、滑动变阻器RP及直流电源E串联组成闭合电路，线圈B与灵敏电流计串联组成闭合回路。在开关S闭合的瞬间，灵敏电流计指针偏转；当线圈A电路中电流稳定时，灵敏电流计指针不偏转；当改变滑动变阻器RP的阻值时，灵敏电流计指针偏转；在开关S断开瞬间，灵敏电流计指针偏转。
研究互感现象
当线圈A中的电流发生变化时，线圈B产生了感应电动势。由于一个线圈的电流变化，导致另一个线圈产生感应电动势的现象，称为互感现象。在互感现象中产生的感应电动势，叫互感电动势。
2.变压器的基本原理
变压器是由一个矩形铁心和两个绕在铁心上互相绝缘的线圈所组成的装置，是利用互感原理工作的，如图所示。两个线圈中，左边一个线圈与交流电源相接，称为原线圈，又称初级线圈或一次线圈（一次侧），右边一个线圈与用电设备（如电灯、电动机等）或电路元件（如电阻、电感等）相接叫副线圈，又称次级线圈或二次线圈（二次侧）。
最简单的变压器
变压器是变换交流电压、电流和阻抗的器件。
（1）变换交流电压
变压器空载运行原理图
设原线圈匝数为N1，副线圈匝数为N2，忽略线圈内阻，变压器原、副线圈的电压比
==n
（2）变换交流电流
变压器的输入功率全部消耗在负载上，即
U1I1= U2I2
===
可见，变压器工作时原、副线圈的电流与线圈的匝数成反比。
（3）变换交流阻抗
设变压器初级输入阻抗为z1，次级负载阻抗为z2，则
z1=n2 z2
这说明变压器副边接上负载z2时，相当于原边接上一个阻抗为n2 z2的负载。
3.变压器的分类
按用途分：电力变压器、试验变压器、仪表变压器、特殊用途变压器
按相数分：三相变压器、单相变压器
按绕组形式分：多绕组变压器、双绕组变压器和自耦变压器
按铁心形式分：心式变压器、壳式变压器、环型变压器
按冷却方式分：油浸式变压器、干式变压器、充气式变压器、蒸发冷却变压器
三、任务实施
1．认识变压器的图形符号
变压器的图形符号如图所示，文字称号为T。
（a）双绕组变压器 （b）三绕组变压器
变压器的一般图形称号
2．认识常用变压器
（1）电力变压器
为有效解决“输电要经济，用电要安全”的矛盾，在电力系统中广泛采用了电力变压器。电力变压器大部分是三相变压器。常用电力变压器如图所示。
电力变压器
（2）小型变压器
①电源变压器
电源变压器的功能是功率传送、电压变换和绝缘隔离，在电源技术和电力电子技术中得到广泛的应用。其外形如图所示，主要由铁心、骨架、绕组、绝缘物及紧固件等组成。
小型电源变压器
②高频变压器
高频变压器是指用在高频电路中的变压器。高频变压器一般采用磁心或空心，其中采用磁心的更为多见，如图所示。主要用于高频开关电源中作高频开关电源变压器，也有用于高频逆变电源和高频逆变焊机中作高频逆变电源变压器。
高频变压器
③环形变压器
环形变压器的铁心是用优质冷轧硅钢片，无缝地卷制而成，这就使得它的铁心性能优于传统的叠片式铁心，如图所示。广泛应用于家电设备和其它技术要求较高的电子设备中，它的主要用途是作为电源变压器和隔离变压器。
环形变压器
（3）自耦变压器
自耦变压器是原、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，如图所示。
（a）实物图 （b）原理图
自耦变压器
自耦变压器最主要的优点是其输出电压可在较大范围内连续均匀调节。
自耦变压器原、副线圈电压之比和电流之比的关系为
自耦变压器在使用时，一定要注意正确接线，否则易发生触电事故。
（4）互感器
互感器是一种专供测量仪表、控制设备和保护设备使用的变压器。
①电压互感器
电压互感器的作用是将电力设备上的高电压变换成低电压（一般电压互感器的二次侧电压都设计为100V），再供给测量仪表。常用电压互感器如图所示。
电压互感器实质上就是降压变压器，因此主要构造和工作原理与降压变压器相似。
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，如图所示。电压互感器高压侧的电压U1等于所测量电压U2和变压比n的乘积，即
U1=n U2
电压互感器 电压互感器的接线
②电流互感器
电流互感器的作用是把电路中大电流变成小电流（一般电流互感器的二次侧电流都设计为5A），再供给测量仪表。常用电流互感器如图所示。
电流互感器的工作原理与普通双绕组变压器相似。不同点在于原绕组电流与普通变压器原边电流不同，它与电流互感器副边的负载大小无关；副绕组的阻抗很小，近似于短路状态，副边电流与变压比倒数的乘积等于原边电流。电流互感器副边的额定电流通常为5A，原边额定电流在10～25 000A之间。
使用时，电流互感器的初级绕组与待测电流的负载串联，次级绕组则与电流表串联成闭合回路，如图所示。电流互感器通过负载的电流等于所测电流与变压比倒数的乘积，即
I1=
电流互感器 电流互感器的接线
3．检测小型变压器
（1）用万用表检测小型变压器的绕组
将万用表拨至合适的电阻挡（视不同的小型变压器绕组阻值大小而定），按照小型变压器的各绕组引脚排列规律，逐一检查各绕组的通断情况，检测出小型变压器的绕组，进而判断其绕组是否正常，如图所示。
用万用表检测小型变压器绕组电阻值
小型变压器中的电源变压器、输入输出变压器、中频变压器、电流电压互感器等的绕组电阻均较小，一般在几欧至几千欧之间，有的甚至在零点几欧以下。
（2）用兆欧表检测小型变压器的绝缘电阻
将兆欧表的两个接线端分别接被测变压器的两个测试端，如图所示，以120r/min的速度用手平稳地摇动手柄。
兆欧表测量绝缘电阻
分别用兆欧表测出初级绕组与次级绕组间的电阻值；初级绕组与外壳之间的电阻值；次级绕阻与外壳之间的电阻值。当测量的电阻值为无穷大时，电源变压器正常；当测量的电阻值为零时，电源变压器有短路性故障；当测量的电阻值小于无穷大，但大于0时，有漏电性故障。
4．判别变压器的同名端
互感线圈由于电流变化所产生的自感电动势极性与互感电动势的极性始终保持一致的端点叫同名端，反之叫异名端。
在电路中，一般用“ ”表示同名端，如图所示。
同名端的表示法
同名端的判定方法如下。
（1）根据线圈绕向判定
以磁通Ф作为参考方向，应用右手螺旋定则，则线圈L1上的自感电动势A点为正极性点，B点为负极性点；线圈L2上的互感电动势C点为正极性点，D点为负极性点。由此可见，A与C、B与D的极性相同。
互感线圈的极性
（2）用实验法判定
当开关S闭合时，电流从线圈的端点1流入，且电流随时间在增大。若此时电流表的指针向正方向偏转，说明1与3是同名端，否则1与3是异名端。
同名端的判定方法
四、任务评价
请将“认识常用变压器”的操作过程、收获体会及实训评价填入“实训评价表”。
实训评价表
课题 项目5 任务3 认识常用变压器
班级 姓名 学号 日期
实训过程记录 任务实施
仪器仪表使用
安全文明生产
团队协作
实训 收获
实训 体会
实训评价 评定人 评　　　　　　语 等级 签名
自己评
同学评
老师评
综合评 定等级
开始时间 结束时间 实际时间
五、任务拓展
1.变压器的功率
变压器原边的输入功率
P1 =U1I1 cos1
变压器副边的输出功率
P2 =U2I2 cos2
变压器的功率损耗为
P =PCu+PFe
变压器的功率损耗等于输入功率与输出功率之差，即
P =P1 P2
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
3. 涡流
把块状金属放在交变磁场中，金属块内将产生感应电流。这种电流在金属块内自成回路，象水的旋涡，因此叫涡电流，简称涡流。

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