變壓器基礎(chǔ)教案

第七章 變壓器7.1 變壓器的構(gòu)造 & 7.2 變壓器的工作原理一、教學(xué)目標(biāo)1、了解變壓器的構(gòu)造、分類(lèi)、額定值及使用注意事項(xiàng)。2、理解變壓器的工作原理，了解變壓器的用途。二、教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)分析重點(diǎn)：1、理解變壓器的工作原理。2、知識(shí)點(diǎn)：電壓變換、電流變換、阻抗變換、電壓平衡方程。難點(diǎn)：1、理解變壓器的工作原理。三、教具可拆變壓器、學(xué)生電源、演示電流表等。電化教學(xué)設(shè)備。四、教學(xué)方法講授法(以啟示講解為主)，多媒體課件。五、教學(xué)過(guò)程.知識(shí)回顧1、 產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象的條件。2、法拉第電磁感應(yīng)定律。II.新課一、變壓器的構(gòu)造1、變壓器的分類(lèi)1）按用途分：電力變壓器、專(zhuān)用電源變壓器、調(diào)壓變壓器、測(cè)量變壓器、隔離變壓器。2）按結(jié)構(gòu)分：雙繞組變壓器、三繞組變壓器、多繞組變壓器已經(jīng)自耦變壓器。3）按相數(shù)分：?jiǎn)蜗嘧儔浩?、三相變壓器和多相變壓器?、變壓器的構(gòu)造基本構(gòu)造：由鐵心和繞組構(gòu)成。鐵心是變壓器的磁路通道，是用磁導(dǎo)率較高且相互絕緣的硅鋼片制成，以便減少渦流和磁滯損耗。按其構(gòu)造形式可分為心式和殼式兩種，如圖1(a)、(b)所示。圖1 心式和殼式變壓器線(xiàn)圈是變壓器的電路部分，是用漆色線(xiàn)、沙包線(xiàn)或絲包線(xiàn)繞成。其中和電源相連的線(xiàn)圈叫原線(xiàn)圈(初級(jí)繞組)，和負(fù)載相連的線(xiàn)圈叫副線(xiàn)圈(次級(jí)繞組)。3、額定值及使用注意事項(xiàng)1）額定值額定容量變壓器二次繞組輸出的最大視在功率。其大小為副邊額定電流的乘積，一般以千伏安表示。原邊額定電壓接到變壓器一次繞組上的最大正常工作電壓。二次繞組額定電壓當(dāng)變壓器的一次繞組接上額定電壓時(shí)，二次繞組接上額定負(fù)載時(shí)的輸出電壓。2）使用注意事項(xiàng)分清一次繞組、二次繞組，按額定電壓正確安裝，防止損壞絕緣或過(guò)載。防止變壓器繞組短路，燒毀變壓器。工作溫度不能過(guò)高，電力變壓器要有良好的絕緣。二、變壓器的工作原理變壓器是按電磁感應(yīng)原理工作的，原線(xiàn)圈接在交流電源上，在鐵心中產(chǎn)生交變磁通，從而在原、副線(xiàn)圈產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，如圖2所示。1、變壓器的空載運(yùn)行和變壓比如圖2所示，設(shè)原線(xiàn)圈匝數(shù)為N1，端電壓為U1；副線(xiàn)圈匝數(shù)為N2，端電壓為U2。則，原、副線(xiàn)圈（一次、二次繞組）電壓之比等于匝數(shù)比，即（式71）圖2 變壓器空載運(yùn)行原理圖n叫做變壓器的變壓比或變化。注意：上式在推導(dǎo)過(guò)程中，忽略了變壓器原、副線(xiàn)圈的內(nèi)阻，所以上式為理想變壓器的電壓變換關(guān)系。2、變壓器的負(fù)載運(yùn)行和變流比在圖2的副線(xiàn)圈端加上負(fù)載|Z2|，流過(guò)負(fù)載的電流為I2,分析理想變壓器原線(xiàn)圈、副線(xiàn)圈的電流關(guān)系。將變壓器視為理想變壓器，其內(nèi)部不消耗功率，輸入變壓器的功率全部消耗在負(fù)載上，即將上式變形帶入（式71），可得理想變壓器電流變換關(guān)系（式72）3、變壓器得阻抗變換作用設(shè)變壓器初級(jí)輸入阻抗為|Z1|，次級(jí)負(fù)載阻抗為|Z2|，則將代入，得因?yàn)?所以 即（式73）可見(jiàn)，次級(jí)接上負(fù)載|Z2|時(shí)，相當(dāng)于電源接上阻抗為n2|Z2|的負(fù)載。變壓器的這種阻抗變換特性，在電子線(xiàn)路中常用來(lái)實(shí)現(xiàn)阻抗匹配和信號(hào)源內(nèi)阻相等，使負(fù)載上獲得最大功率。III.例題講解，鞏固練習(xí)【例題1】,【例題2】略(見(jiàn)教材7-2例題1,例題2)?！纠}3】有一電壓比為220/110 V的降壓變壓器，如果次級(jí)接上55 W 的電阻，求變壓器初級(jí)的輸入阻抗。解1：次級(jí)電流 初級(jí)電流 輸入阻抗 解2：變壓比 輸入阻抗 IV.小結(jié)1、變壓器的基本構(gòu)造：由鐵心和繞組構(gòu)成。2、理想變壓器的電壓、電流、阻抗變換關(guān)系。電壓變換關(guān)系電壓變換關(guān)系阻抗變換關(guān)系V. 作業(yè)略。7.3 變壓器的功率和效率 & 7.4 幾種常用變壓器一、教學(xué)目標(biāo)1、了解變壓器的功率和效率并能進(jìn)行簡(jiǎn)單計(jì)算。2、了解銅損、鐵損的概念。3、了解幾種常用變壓器的構(gòu)造、用途及使用注意事項(xiàng)。二、教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)分析重點(diǎn)：1、變壓器功率和效率的計(jì)算。難點(diǎn)：同重點(diǎn)。三、教具電化教學(xué)設(shè)備。四、教學(xué)方法講授法(以啟示講解為主)，多媒體課件。五、教學(xué)過(guò)程.知識(shí)回顧1、理想變壓器的電壓、電流、阻抗變換關(guān)系。電壓變換關(guān)系電壓變換關(guān)系阻抗變換關(guān)系2、交流電路功率計(jì)算公式：II.新課一、變壓器的功率和效率1、變壓器的功率實(shí)際變壓器在工作時(shí)，必然存在功率損失。變壓器的功率消耗等于原邊輸入功率和副邊輸出功率之差，及變壓器的功率損耗包括銅損和鐵損兩部分，它們可以通過(guò)計(jì)算或這使用的方法求出。銅損是由于原、副邊有電阻，電流在電阻上要消耗一定的功率。鐵損是由于交變的主磁通在鐵心中產(chǎn)生的磁滯損耗和渦流損耗。2、變壓器的效率變壓器的效率為變壓器輸出功率與輸入功率的百分比，即(式7-4)大容量變壓的效率可達(dá)98% 99%，小型電源變壓器效率約為70% 80%。二、幾種常用變壓器圖 3 自耦變壓器符號(hào)及原理圖1、自耦變壓器自耦變壓器原、副線(xiàn)圈共用一部分繞組，它們之間不僅有磁耦合，還有電的關(guān)系，如圖3所示。原、副線(xiàn)圈電壓之比和電流之比的關(guān)系為注意： 自耦變壓器在使用時(shí)，一定要注意正確接線(xiàn)，否則易于發(fā)生觸電事故。 接通電壓前，要將手柄轉(zhuǎn)到零位。接通電源后，漸漸轉(zhuǎn)動(dòng)手柄，調(diào)節(jié)出所需要的電壓。2、 小型電源變壓器小型電源變壓器廣泛應(yīng)用與電子儀器中。它一般有一至二個(gè)一次繞組和幾個(gè)不同的二次繞組，可以根據(jù)實(shí)際需要聯(lián)結(jié)組合，以獲得不同的輸出電壓。指導(dǎo)學(xué)生自己分析教材圖(7-7)(a)、(b)，指出各有哪幾種工作方式，可以獲得哪幾種輸出電壓。3、 互感器互感器是一種專(zhuān)供測(cè)量?jī)x表，控制設(shè)備和保護(hù)設(shè)備中高電壓或大電流時(shí)使用的變壓器。可分為電壓互感器和電流互感器兩種。1）電壓互感器使用時(shí)，電壓互感器的高壓繞組跨接在需要測(cè)量的供電線(xiàn)路上，低壓繞組則與電壓表相連，如圖4所示?？梢?jiàn)，高壓線(xiàn)路的電壓U1等于所測(cè)量電壓U2和變壓比n的乘積，即U1=nU2注意：(1) 次級(jí)繞組不能短路，防止燒壞次級(jí)繞組。圖4 電壓互感器圖5 電流互感器(2) 鐵心和次級(jí)繞組一端必須可靠的接地，防止高壓繞組絕緣被破壞時(shí)而造成設(shè)備的破壞和人身傷亡。圖6 鉗形電流表2）電流互感器使用時(shí)，電流互感器的初級(jí)繞組與待測(cè)電流的負(fù)載相串連，次級(jí)繞組則與電流表串聯(lián)成閉和回路，如圖5所示。 通過(guò)負(fù)載的電流就等于所測(cè)電流和變壓比倒數(shù)的乘積。注意：(1) 絕對(duì)不能讓電流互感器的次級(jí)開(kāi)路，否則易造成危險(xiǎn)；(2) 鐵心和次級(jí)繞組一端均應(yīng)可靠接地。常用的鉗形電流表也是一種電流互感器。它是由一個(gè)電流表接成閉合回路的次級(jí)繞組和一個(gè)鐵心構(gòu)成，其鐵心可開(kāi)、可合。測(cè)量時(shí)，把待測(cè)電流的一根導(dǎo)線(xiàn)放入鉗口中，電流表上可直接讀出被測(cè)電流的大小，如圖6所示。圖7 三相變壓器4、 三相變壓器三相變壓器就是三個(gè)相同的單相變壓器的組合，如圖7所示。三相變壓器用于供電系統(tǒng)中。根據(jù)三相電源和負(fù)載的不同，三相變壓器初級(jí)和次級(jí)線(xiàn)圈可接成星形或三角形。三相變壓器的每一相，就相當(dāng)于一個(gè)獨(dú)立的單相變壓器。單相變壓器的基本公式和分析方法，使用與三相變壓器中的任意一相。5、 變壓器銘牌數(shù)據(jù)在變壓器外殼上均有一塊銘牌，要安全正確的使用變壓器，必須掌握銘牌各個(gè)數(shù)據(jù)的含義。 型號(hào)用以表明變壓器的主要結(jié)構(gòu)、冷卻方式、電壓和容量等級(jí)等等。如SJL-560/10中：S表示三相，單相變壓器用D表示；J表示油浸自冷式冷卻方式，風(fēng)冷式用F表示；L表示裝有避雷裝置；560表示容量為560kVA；10表示高壓繞組額定電壓為10kV。 額定電壓變壓器空載時(shí)的電壓，三相變壓器指線(xiàn)電壓。 額定電流變壓器正常運(yùn)行時(shí)允許通過(guò)的最大電流，三相變壓器指線(xiàn)電流。 額定容量額定容量指變壓器的額定輸出視在功率S。在單相變壓器中SU2I2；在三相變壓器中，。 溫升溫升是指變壓器某些部分與周?chē)h(huán)境的溫差，變壓器所允許的溫升由材料的絕緣等級(jí)來(lái)定。變壓器運(yùn)行時(shí)，要注意其溫升，確保安全運(yùn)行。III.例題講解，鞏固練習(xí)【例題1】略（見(jiàn)教材73例題）【例題2】有一變壓器初級(jí)電壓為2200 V，次級(jí)電壓為220 V，在接純電阻性負(fù)載時(shí)