电机与变压器教 案2 小型单相变压器的制作.docx

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电机与变压器教案2小型单相变压器的制作

教案正页序号2

课程_电机与变压器装调_2016/2017年第二学期教师

章节

课题一

教具

单相变压器等

课题

单相变压器设计与制作

（一）

多媒体

有

授课班级

课堂类型

一体化课

授课日期

授课时数

理论：

7

实训：

14

审批意见

（签名）月日

教学目的

1、掌握小型单相变压器的基础知识

2、掌握单相变压器的工作原理

3、掌握小型变压器的设计方法

教学重点

1、小型变压器的制作方法

2、掌握单相变压器的工作原理

教学难点

1、小型变压器的制作方法

2、掌握单相变压器的工作原理

教学方法

一体化实训，观察法，仪表测量法

作业布置

1、简述小型变压器的分类和用途？

2、简述变压器的工作原理

变压器主要由哪些部分组成？

各起什么作用？

课后分析

教案附页

教学

环节

教学内容

附记

一、课题名称

单相变压器的设计与制作

（二）

二、实训前的准备

设备与工具：

单相变压器骨架，硅钢片，漆包线，青壳纸，兆欧表，万用表等

实训场地:

504

三、复习引导内容

1、小型变压器的结构

2、小型变压器的设计

4、课题所需的相关知识

五、实训的分组练习情况

6、实训中可能出现的问题及解决方法

7、总结

（一）自耦变压器

1、单相自耦变压器

2、三相自耦变压器

前面讲的变压器的一次侧、二次侧都是分开绕制，虽然都装在一个铁心上，但相互是绝缘的，只有磁路上的耦合，却没有电路上的直接联系，能量是靠电磁感应传过去的，所以称为双绕组变压器。

自耦变压器的结构却有很大不同，即一次侧、二次侧共用一个绕组，一次侧、二次侧绕组不但有磁的联系，还有电的联系。

3、单相自耦变压器原理

（1）.原理与变压比

U1=≈E1=4.44fＮ∮m

U２=≈E２=4.44fＮ２∮m

Ｋ＝Ｕ１／Ｕ２＝Ｅ１／Ｅ２

Ｋ＞＝１

（2）.绕组中公共部分的电流

磁势平衡方程式：

磁动势：

Ｉ１Ｎ１－Ｉ２Ｎ２＝Ｉ０Ｎ

Ｉ０很小，可忽略。

得Ｉ１Ｎ１＝Ｉ２Ｎ２，Ｉ１＝Ｉ２Ｎ２/Ｎ１

Ｉ１＝Ｉ２1/K

公共部分的电流Ｉ＝Ｉ２－Ｉ１＝（K-1）Ｉ１

4、自耦变压器的特点：

（1）．优点：

1）可改变输出电压

2）用料省、效率高。

（2）.缺点：

但是自耦变压器也存在着不容忽视的缺点：

1）因它一次侧、二次侧绕组是相通的，高压侧（电源）的电气故障会波及低压侧，如高压绕组绝缘破坏，高电压可直接进入低压侧，这是很不安全的，所以低压侧应有防止过电压的保护措施。

2）如果在自耦变压器的输入端把相线和零线接反，虽然二次侧输出电压大小不变，仍可正常工作，但这时输出“零线”已经为“高电位”，是非常危险的。

（3）.自耦变压器输出功率

S2=U2I2=U2（I+I1）=U2I+U2I1=S’2+S’’2

S’2为绕组之间电磁感应传递的能量，而S’’2为电路直接从一次侧传递的能量。

从U2I1=S’’2可导出：

S’’2=S2/K

通常，自耦变压器变比K=1.2~2的状态下，优点明显。

（2）仪用互感器

1、电流互感器工作原理

电流互感器结构上与普通双绕组变压器相似，也有铁心和一次侧、二次侧绕组，但它的一次侧绕组匝数很少，只有一匝到几匝，导线都很粗。

电流互感器的二次侧绕组匝数较多，它与电流表或功率表的电流线圈串联成为闭合电路，由于这些线圈的阻抗都很小，所以二次侧近似于短路状态。

由于二次侧近似于短路，所以互感器的一次侧的电压也几乎为零，因为主磁通正比于一次侧输入电压，总磁势为零。

2、电压互感器工作原理

电压互感器的原理和普通降压变压器是完全一样的，不同的是它的变压比更准确；电压互感器的一次侧接有高电压，而二次侧接有电压表或其他仪表（如功率表、电能表等）的电压线圈。

因为这些负载的阻抗都很大，电压互感器近似运行在二次侧开路的空载状态，U2为二次侧电压表上的读数，只要乘变比K就是一次侧的高压电压值。

仪用互感器的结构和使用注意事项比较

比较内容

电流互感器

电压互感器

结构

一次绕组匝数很少，只有一匝到几匝，导线都很粗，串联在被测的电路中;二次绕组匝数较多，二次侧近似于短路状态。

运行中二次侧不得开路。

一次侧接有高电压，而二次侧近似开路状态，运行中，二次侧不能短路。

电压电流关系

I=N1/N2*I2=K1I2

U1/U2=N1/N2=KU

连接方法

电流互感器的一次、二次绕组有“+”“-”或“*”的同名端标记，二次侧接功率表或电能表的电流线圈时，极性不能接错

二次绕组接功率表或电能表的电压线圈时，极性不能接错，三相电压互感器和三相变压器一样，要注意连接方法，接错会造成严重后果

准确度等级

0．2，0.5，1.0，3，10

0.1，0．2，0.5，1.0，3.0

接地

铁心和二次绕组的一端要有可靠的接地，保障人身和仪表安全

铁心和二次绕组的一端要有可靠的接地，保障人身和仪表安全

（3）电焊变压器

交流弧焊机由于结构简单、成本低、制造容易和维护方便而得到广泛应用。

电焊变压器是交流弧焊机的主要组成部分，它实质上是一个特殊性能的降压变压器。

为了保证焊接质量和电弧燃烧的稳定性，电焊变压器应满足以下条件：

（1）二次侧空载电压应为60—75V，以保证容易起弧。

同时为了安全，空载电压最高不超过85V。

（2）具有陡降的外特性，即当负载电流增大时，二次侧输出电压应急剧下降，通常额定运行时的输出，电压U2s为30V左右（即电弧上电压）。

（3）短路电流／1c不能太大，以免损坏电焊机，同时也要求变压器有足够的电动稳定性和热稳定性。

（4）为了适应不同的加工材料、工件大小和焊条，焊接电流应能在一定范围内调节。

1、带可调电抗器的电焊变压器

带可调电抗器的电焊变压器有外加电抗器式和共轭式两种结构形式。

（1）外加电抗器式

（2）共轭式电焊变压器

增压法减压法

2、磁分路动铁式电焊变压器

结构图

电路图外特性曲线

前面两种变压器的一次侧、二次侧绕组是固定不动的，只是改变动铁心位置，即改变气隙大小来改变漏磁通的大小，从而改变了漏抗大小，达到改变曲线的下降陡度、调节电流的目的。

3、动圈式电焊变压器的铁心是壳式结构，铁心气隙是固定不可调的。

优点：

没有活动铁心，电弧较不稳定。

缺点：

在绕组距离较近时，调节作用会大大减弱，需要加大绕组的间距，铁心要做得较高，增加了硅钢的用量。

（四）小型单相变压器的制作

1、实训器材

一字螺丝刀，剪钳，0.8mm漆包线，手摇式绕线机，变压器绝缘漆，电工胶布，电烙铁，电源线一条，接线座一只，万用表等

2、实施过程及步骤

小型变压器的绕组制作一般按以下步骤进行。

（1）木芯与线圈骨架的制作

（a）木芯的制作在绕制变压器线圈时，将漆包线绕在预先做好的线圈骨架上。

木质芯的尺寸：

截面宽度要比硅钢片的舌宽略大0.2mm，截面长度比硅钢片叠厚尺寸略大0.3mm，高度比硅钢片窗口约高2mm。

外表要做得光滑平直。

（b）骨架的制作一种是简易骨架，用青壳纸在木质芯上绕1～2圈，用胶水粘牢，其高度略低于铁心窗口高度。

绕制时要特别注意线圈绕到两端，在绕制层数较多时容易散塌，造成返工。

另一种是积木式骨架，形状见图所示

（2）线圈的绕制步骤

（a）起绕时，在导线引线头上压入一条用青壳纸或牛皮纸片做成的长绝缘折条，

待绕几匝后抽紧起始头，如图所示。

（b）绕线时，通常按照一次侧绕组→静电屏蔽→二次侧高压绕组→二次侧低压绕组的顺序，依次叠绕。

当二次侧绕组的组数较多时，每绕制一组用万用表检查测量一次。

（c）每绕完一层导线，应安放一层层间绝缘，并处理好中间抽头，导线自左向右排列整齐、紧密，不得有交叉或叠线现象，绕到规定匝数为止。

（a）绕组线头的紧固（b）绕组线尾的紧固

（d）当绕组绕至近末端时，先垫入固定出线用的绝缘带折条，待绕至末端时，把线头穿入折条内，然后抽紧末端线头。

（e）取下绕组，抽出木质芯，包扎绝缘，并用胶水粘牢。

（3）绕制工艺要点

（a）对导线和绝缘材料的选用

（b）做引出线

利用本线作引出线

（4）绕线的方法

对无框骨架的，导线起绕点不可紧靠骨架边缘；对有边框的，导线一定要紧靠边框板。

绕线时，绕线机的转速应与掌握导线的那只手左右摆动的速度相配合，并将导线稍微拉向绕组前进的相反方向约5°左右，以便将导线排紧。

（5）层间绝缘的安放

（6）、静电屏蔽层（静电隔离层）的安放

（7）、绕组的中间抽头

（8）、绕组的中心抽头

（9）、绕组的初步检查

绕组制作完成后，要进行初步检查：

（a）用量具测量绕组各部分尺寸，与设计是否相符，以保证铁心的装配；

（b）用电桥测量绕组的直流电阻，以保证负载用电的需要；

（c）用眼睛观察绕组的各部分引线及绝缘完好与否，以保证可靠的使用。

3、铁心的装配

（1）铁心装配的要求

（a）要装得紧。

（b）装配铁心时不得划破或胀破骨架，误伤导线，造成绕组的断路或短路；

（c）铁心磁路中不应有气隙，各片开口处要衔接紧密。

以减小铁心磁阻；

（d）要注意装配平整，美观。

小型变压器的铁心装配通常用交叉插片法

1-线包2-引出线3-绝缘衬片4、5-E型硅钢片

（五）单相变压器的绕组和极性

1、极性的意义

（1）直流电源的极性

（2）交流电源的极性

（3）单相变压器的极性

变压器绕组的极性是指变压器一次侧、二次侧绕组在同一磁通作用下所产生的感应电动势之间的相位关系，通常用同名端来标记。

同名端通常用“*”或“.”表示.

2、绕组连接和极性的重要性。

绕组的连接主要有以下几种形式：

1．绕组串联：

（1）正向串联，也称为首尾相连，即把两个线圈的异名端相连，总电动势为两个电动势相加，电动势会越串越大。

（2）反向串联：

也称为尾尾相连，即把两个线圈的同名端相连，总电动势为两个电动势相减，电动势会越串越小。

绕组并联：

变压器绕组的极性的判别

1．直观法

因为绕组的极性是由它的绕制方向决定的，所以可以用直观法判别它们的极性。

2．仪表测试法

无法观察到绕组的绕制方向（如绕组密封在内部），只能借助仪表来测试。

（1）1）电压表法，如果U3=U1+U2，，则是正向串联，1U1与2U1是异名端；如果U3=U1—U2则是反向串联，1U1与2U1是同名端

2）检流计法P为检流计（检流计指针偏向电流流人的一端）。

当合上开关，如电流向下，说明这时1U1与2U1都处于高电位，所以它们是同名端。

用这个方法时，为了省电和保护检流计，一般将高压侧接检流计。

也可用直流毫安表代替检流计，直流毫安表量程由大至小试用，直到反应明显为止。

第一组

第二组

第三组

第四组

第五组

第六组

第七组

第八组

第九组

第十组

十一组

十二组

十三组

十四组

十五组

十六组

十七组

十八组

十九组

二十组

自耦变压器不仅用于降压，只要把输入、输出对调一下，就变成了升压变压器。

规定自耦变压器不准作为安全隔离变压器用，而且使用时要求白耦变压器接线正确，外壳必须接地。

接自耦变压器电源前，一定要把手柄转到零位。

电流互感器串联在被测的电路中，流过被测电流，被测电流的大小由用户负载决定

注意，装配铁心前，应先进行硅钢片的检查和选择。

直流电源两端的极性是恒定不变的。

正弦交流电源输出电压的大小和方向都随时间而变化

一旦绕组一端定下极性，其他有关的线圈的正极性也就根据同名端关系定下了。