变压器整章教案

107江阴市周庄职业高中教案教师姓名张海峰授课班级高二（1、5）授课形式讲授授课日期2008年10月8日第6周授课时数1授课章节名称第一节变压器的构造教学目的掌握变压器的构造教学重点了解变压器的构造和种类教学难点变压器的构造和种类更新、补充、删节内容使用教具课外作业预习下一节课后体会108第五章变压器第一节变压器的构造一、变压器的用途和种类变压器是利用互感原理工作的电磁装置，它的符号如图11-1所示，T是它的文字符号。1．变压器的用途：变压器除可变换电压外，还可变换电流、变换阻抗、改变相位。2．变压器的种类：按照使用的场合，变压器有电力变压器、整流变压器、调压变压器输入、输出变压器等。二、变压器的基本构造变压器主要由铁心和线圈两部分构成。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11-2(a)、(b)所示。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)。小结：图11-1变压器的符号图11-2心式和壳式变压器109江阴市周庄职业高中教案教师姓名张海峰授课班级高二（1、5）授课形式讲授授课日期2008年10月9、10日第6周授课时数2授课章节名称变压器的工作原理教学目的掌握变压器的工作原理教学重点变压器的工作原理教学难点变压器的工作原理更新、补充、删节内容使用教具课外作业3、4、5、课后体会110第二节变压器的工作原理一、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11-3所示。1．变换交流电压原线圈接上交流电压，铁心中产生的交变磁通同时通过原、副线圈，原、副线圈中交变的磁通可视为相同。设原线圈匝数为N1，副线圈匝数为N2，磁通为，感应电动势为tNEtNE2211，由此得2121NNEE忽略线圈内阻得KNNUU2121上式中K称为变压比。由此可见：变压器原副线圈的端电压之比等于匝数比。如果N1N2，K1，电压上升，称为升压变压器。如果N1N2，K1，电压下降，称为降压变压器。2．变换交流电流根据能量守恒定律，变压器输出功率与从电网中获得功率相等，即P1=P2，由交流电功率的公式可得U1I1cos1=U2I2cos2式中cos1——原线圈电路的功率因数；cos2——副线圈电路的功率因数。1，2相差很小，可认为相等，因此得到U1I1=U2I2KNNII11221可见，变压器工作时原、副线圈的电流跟线圈的匝数成反比。高压线圈通过的电流小，用较细的导线绕制；低压线圈通过的电流大，用较粗的导线绕制。这是在外观上区别变压器高、低压饶组的方法。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111IUZ将21212211INNIUNNU，代入，得图11-3变压器空载运行原理图111222211IUNNZ因为222ZIU所以2222211ZKZNNZ可见，次级接上负载|Z2|时，相当于电源接上阻抗为K2|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。解1：次级电流Α255110222ZUI初级电流Α21102202121UUNNKΑ12221KII输入阻抗2201220111IUZ解2：变压比21102202121UUNNK输入阻抗2205542222211ZKZNNZ【例11-1】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。【例11-2】有一信号源的电动势为1V，内阻为600，负载电阻为150。欲使负载获得最大功率，必须在信号源和负载之间接一匹配变压器，使变压器的输入电阻等于信号源的内阻，如图11-4所示。问：变压器变压比，初、次级电流各为多少?112解:负载电阻R2=150，变压器的输入电阻R1=R0=600，则变比应为21506002121RRNNK初、次级电流分别为mA66.183.02mA83.0A1083.0600600112123101INNIRREI二、变压器的外特性和电压变化率1．变压器的外特性变压器外特性就是当变压器的初级电压U1和负载的功率因数都一定时，次级电压U2随次级电流I2变化的关系，如图11-5所示。由变压器外特性曲线图可见：(1)I2=0时，U2=U2N。(2)当负载为电阻性和电感性时，随着I2的增大，U2逐渐下降。在相同的负载电流情况下，U2的下降程度与功率因数cos有关。(3)当负载为电容性负载时，随着功率因数cos的降低，曲线上升。所以，在供电系统中，常常在电感性负载两端并联一定容量的电容器，以提高负载的功率因数cos。2．电压的变化率电压变化率是指变压器空载时次级端电压U2N和有载时次级端电压U2之差与U2N的百分比。即：%100N22N2UUUU电压变化率越小，为负载供电的电压越稳定。图11-4例11-2图图11-5变压器外特性曲线113江阴市周庄职业高中教案教师姓名张海峰授课班级高二（1、5）授课形式讲授授课日期2008年10月14、15日第7周授课时数2授课章节名称第三节变压器的功率和效率以及额定值教学目的掌握变压器的功率和效率教学重点变压器的功率和效率额定值教学难点变压器的功率和效率更新、补充、删节内容使用教具课外作业7、8、9课后体会114第三节变压器的功率和效率一、变压器的功率变压器的功率消耗等于输入功率P1=U1I1cos1和P2=U2I2cos2输出功率之差，即PL=P1–P2变压器功率损耗包括铁损和铜损。二、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%10012PP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%。解：次级负载功率P2=U2I2cos2=22010=2200W初级功率W231695.0220021PP损耗功率PL=P1–P2=2316–2200=116W初级电流Α05.122002316111UPI习题：一、变压器的额定值变压器的满负荷运行情况叫额定运行，额定运行条件叫变压器的额定值。额定容量——指次级最大视在功率，单位是伏安(VA)或千伏安(kVA)。额定初级电压——指接到初级线圈电压的规定值。额定次级电压——指变压器空载时，初级加上额定电压后，次级两端的电压。额定电流——指规定的满载电流值。变压器的额定值取决于变压器的构造及使用的材料。使用时，变压器应在额定条件下运行，不能超过其额定值。除此外还应注意：(1)工作温度不能过高；(2)初、次级绕组必须分清；(3)防止变压器绕组短路，以免烧毁变压器。二、变压器的检验变压器在使用前应进行检验，通常其检验内容有：【例11-3】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。115(1)区分绕组、测量各绕组的直流电阻；(2)绝缘检查；(3)各绕组的电压和变压比；(4)磁化电流I，变压器次级开路时的初级电流叫磁化电流，I一般为初级额定电流的3%~8%。各项检验都应符合设计标准，否则不宜使用。116江阴市周庄职业高中教案教师姓名张海峰授课班级高二（1、5）授课形式讲授授课日期2008年10月16、17日第7周授课时数2授课章节名称第四节常用变压器教学目的掌握自耦变压器多绕组变压器互感器的工作原理教学重点自耦变压器多绕组变压器互感器的工作原理教学难点自耦变压器多绕组变压器互感器的工作原理更新、补充、删节内容使用教具课外作业11、12、13课后体会117第四节常用变压器一、自耦变压器1．自耦变压器的构造和工作原理自耦变压器原、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11-6所示。原、副线圈电压之比和电流之比的关系为KNNIIUU211221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。实验室中用来连续改变电源电压的调压变压器，就是一种自耦变压器，如图11-7所示。二、多绕组变压器1．多绕组变压器变压器的次级有两个以上的绕组或初、次级都有两个以上绕组的变压器叫多绕组变压器，如图11-8所示。多绕组变压器原、副线圈的电压关系仍符合变压比的关系，31312121NNUUNNUU2．多绕组变压器的使用多绕组变压器多使用于电子设备中，输出多种电压。多绕组可串联或并联使用，串联时应将线圈的异名端相接，并联时应将线圈的同名端相接。只有匝数相同的线圈才能并联。三、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11-9所示。图11-6自耦变压器符号及原理图图11-7实验用调压变压器图11-8多绕组变压器118可见，高压线路的电压U1等于所测量电压U2和变压比K的乘积，即U1=KU2使用时应注意：(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。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11-10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。使用时应注意：(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11-11所示。四、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11-12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。图11-9电压互感器图11-10电流互感器图11-11钳形电流表图11-12三相变压器119江阴市周庄职业高中教案教师姓名张海峰授课班级高二（1、5）授课形式讲授授课日期2008年10月21、22日第8周授课时数2授课章节名称习题与讲解（练习册）教学目的变压器的内容教学重点变压器工作原理教学难点变压器工作原理更新、补充、删节内容使用教具课外作业课后体会