变压器基础教案文档格式.docx
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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220/110V的降压变压器,如果次级接上55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:
2、理想变压器的电压、电流、阻抗变换关系。
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
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。
1、变压器功率和效率的计算。
同重点。
1、理想变压器的电压、电流、阻抗变换关系。
2、交流电路功率计算公式:
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
(1)次级绕组不能短路,防止烧坏次级绕组。
(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。
(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。
4、
图7三相变压器
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。
【例题1】略(见教材§
7-3例题)
【例题2】有一变压器初级电压为2200V,次级电压为220V,在接纯电阻性负载时,测得次级电流为10A,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=U2I2cos2=220
10=2200W
初级功率
损耗功率PL=P1–P2=2316–2200=116W
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。
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