1变压器学案

1变压器学习目标:1.掌握变压器工作原理及计算匝数比；2.掌握几种常用的变压器特点及应用；3.会判断变压器的同名端。学习重点:1.变压器工作原理2.几种常用的变压器特点及应用。3.会判断变压器的同名端学习难点:三相变压器接法。学习方法:启发诱导分析推理小组讨论问题探究:1.理想变压器的变压、变流、变阻抗的关系式是怎样的？2.简述三相电力变压器、仪用互感器、自耦调压器的结构特点及应用。3.如何判断变压器的同名端？知识点梳理一、变压器功能：变电压：电力系统变电流：电流互感器变阻抗：电子电路中的阻抗匹配（如喇叭的输出变压器）二、变压器的工作原理工作过程：一次绕组加上交流电压1u后，绕组中便有电流1i通过，在铁心中产生与1u同频率的交变磁通，根据电磁感应原理，分别在两个绕组中感应出电动势，若把负载接在二次绕组上，则二次侧就有电流流过，这就是变压器的工作原理。1.空载运行原边接入电源，副边开路。接上交流电源原边通过的空载电流为i10i10产生工作磁通1utmsintΦNetΦNedddd22112产生感应电动势（方向符合右手定则）图1变压器的空载运行原、副边电压关系根据交流磁路的分析可得：图2变压器的空载运行工作原理时变电压K为变比结论：改变匝数比，就能改变输出电压。2.负载运行副边带负载后对磁路的影响：在副边感应电压的作用下，副边线圈中有了电流i2。此电流在磁路中也会产生磁通，从而影响原边电流i1。根据，当外加电压、频率不变时，铁芯中主磁通的最大值在变压器空载或有负载运行时基本不变。带负载后磁动势的平衡关系为：、emmΦNfEΦNfE221144.444.422011EUEU10i1u20u2i1e2e10i1u20u2i1e2e02i202uuKNNEEUU212121)44.4(11mΦNfU1102211NiNiNi1u2e10iΦ1e1N2N3图3变压器的有载运行由于变压器铁芯材料的磁导率高、空载励磁电流很小，一般不到额定电流的10%，常可忽略。根据原、副边电流关系变电流结论：原、副边电流与匝数成反比副边阻抗关系图4变压器的阻抗变换从原边等效：变阻抗结论：变压器原边的等效负载，为副边所带负载乘以变比的平方。三、变压器的外特性变压器的外特性：在电源电压和负载功率因数不变的条件下，副边输出电压和输出电流的关系。即：1u2e1iΦ1e1N2NZ2i1u2e1iΦ1e1N2NZ2i)(10i02211NINI2211NINIKNNII1122122IUZL1i1u2u2iLZ1N2N1i1u2u2iLZ1N2N11IUZLLLLZKZNNINNUNNIUZ222121222111)/()/()/(U2I2U20U2I2U20)(22IfU1102211NiNiNi4图5变压器的外特性U20：原边加额定电压、副边开路时，副边的输出电压。变压器外特性变化的程度用电压变化率ΔU%表示大容量的电力变压器的电压变化率5%。小型号变压器的电压变化率20%。电压变化率是一个重要技术指标，直接影响到供电质量。电压变化率越小，变压器性能越好。四、变压器的损耗及效率()铜损-----可变损耗变压器的损耗铁损-----不变损耗铜损(PCu)：一次、二次绕组导线电阻所致，与负载电流的平方成正比。磁滞损失：磁滞现象引起铁芯发热，造成的损失。铁损(PFe)：涡流损失：交变磁通在铁芯中产生的感应电流（涡流），造成的损失。变压器的效率ηP2为输出功率，P1为输入功率一般变压器的效率在95%，大型变压器的效率可达99%以上。五、变压器的额定值1、型号S9-500/10S——三相电力变压器9——设计序号500——变压器容量（AkV）10——高压侧电压（kV）变压器负荷运行状态称额定运行。额定运行时各电量值为变压器的额定值。2、额定电压U1NU2NU1N：加在一次绕组上的正常工作线电压。%100%20220UUUUN%100%1002212CuFePPPPPP5U2N：一次侧施加额定电压时的二次侧空载线电压。3、额定电流I1N、I2N:变压器满载运行时，原、副边绕组允许通过的线电流值。4、额定容量SN:变压器传送电功率的最大能力，变压器在额定工作状态下二次绕组的视在功率，单位为AkV。单相变压器额定容量为：三相变压器的额定容量为：5、额定频率fN::变压器应接入的电源频率。我国电力系统的标准频率为50Hz。以上额定值是以单相变压器为例六、变压器绕组极性及连接方法当电流分别流入两个线圈（或流出）时，若两线圈产生的磁通方向相同，则这两个线圈流入端称为同极性端（同名端）。也是各绕组电位瞬时极性相同的端点。图6变压器绕组极性及连接(a)图A、a为同名端；(b)图A、x为同名端小功率电源变压器在使用中有时需要把绕组串连起来以提高电压；或把绕组并联起来以增大电流。在连接时必须认清绕组的极性，否则不仅达不到预期的目的，反而可能烧坏变压器。正确的串联接法：应把两个绕组的一对异名端联在一起。正确的并联接法：应把两个绕组的两对同名端分别联结在一起（还需注意并联绕组的电压必须相等）。电器使用时两种电压（220V/110V）的切换：100022NNNIUSAXax**(a)图AXax**AXax**(a)图AXax**(b)图AXax**AXax**(b)图1000322NNNIUS6220V：联结2－3110V：联结1－3，2－4图7线圈的两种接法说明：两种接法下不变，所以铁芯磁路的设计相同原边有两个相同绕组的电源变压器（220/110），使用中应注意的问题：问题1：在110V情况下，如果只用一个绕组（N），行不行？若两种接法铁芯中的磁通相等，则：答：不行（两绕组必须并绕）问题2：如果两绕组的极性端接错，结果如何？因为两个线圈中的磁通抵消感应电势e=0电流很大烧毁图8线圈的错误接法答：有可能烧毁变压器结论：在极性不明确时，一定要先测定极性再通电。1324**13241324**mΦNfU)2(44.4220NfUΦm244.4220mΦNfUΦm44.4110mΦNfU)(44.4110mΦNi2220mΦNi110NiNi11022021110220ii**1324NN1i220U’**13241324NN1i220U’eRiu11111Rui7七、几种常用的变压器1、三相电力变压器电力工业中，输配电都采用三相制。变换三相交流电电压，则用三相变压器。把三个单相变压器拼合在一起，便组成了一个三相变压器。高压绕组分别用U1U2、V1V2、W1W2表示。低压绕组分别用u1u2、v1v2、w1w2表示。根据电力网的线电压及原绕组额定电压的大小，可以将原绕组分别接成星形或三角形。图9三相电力变压器根据供电需要，副绕组也可以接成三相四线制星形或三角形。三相变压器的原副绕组的常用接法有Y，yn、Y，d、YN，d三种。大写字母表示高压绕组的接法，小写字母表示低压绕组的接法，Y与y表示星形接法，D与d表示三角形连接，N与n表示有中性线。例如三相变压器的联接组Y，yn0Y高压绕组联结为星形Yn低压绕组联结为星形有中性线0表示高、低压对应两侧线电压的相位相差0度。若为1则表示高、低压对应两侧线电压的相位相差30度。若为2则表示高、低压对应两侧线电压的相位相差60度。2、自耦变压器ABP1u2u1i2iLR1N2NABP1u2u1i2iLR1N2N图10自耦变压器U1U2V1V2W1W2u1u2v1v2w1w2U1U2V1V2W1W2u1u2v1v2w1w2KNNIIKNNUU1122121218（被测电流）N1（匝数少）N2（匝数多）ARi1i2（被测电流）N1（匝数少）N2（匝数多）ARi1i2使用时，改变滑动端的位置，便可得到不同的输出电压。实验室中用的调压器就是根据此原理制作的。注意：原、副边千万不能对调使用，以防变压器损坏。因为N变小时，磁通增大，电流会迅速增加。既可以做升压变压器，也可以做降压变压器，一二次绕组之间既有磁的耦合，又有电的联系。3、电压互感器用低量程的电压表测高电压图11电压互感器被测电压=电压表读数N1/N2使用注意：1.副边不能短路，以防产生过流；2.铁心、低压绕组的一端接地，以防在绝缘损时，在副边出现高压。4、电流互感器用低量程的电流表测大电流图12电流互感器被测电流=电流表读数N2/N1VRN1（匝数多）保险丝N2（匝数少）~u（被测电压）VVRN1（匝数多）保险丝N2（匝数少）~u（被测电压）~u（被测电压）22211KUUNNU221211IKINNI9使用注意事项：1.副边不能开路，以防产生高电压；2.铁心、低压绕组的一端接地，以防在绝缘损坏时，在副边出现过压。课堂小结:1.理想变压器的变压、变流、变阻抗的关系式为2.三相电力变压器、仪用互感器、自耦调压器的结构特点及应用。课堂训练与检测:一、选择填空题1.当单相变压器的二次电流增加时，变压器铁心中的主磁通将A．增加B．减小C．不变D．不确定.2.电力系统中的变压器，起隔离作用的变比为A．大于1B．小于1C．等于1D．不能确定3.运行中的变压器，从空载到满载运行，铁心中的主磁通将A．增大B．减小C．基本不变D．不确定4.变压器有载运行时，在电源电压不变的情况下，当负载阻抗增加时，变压器的主磁通A．增加B．减小C．基本不变D．先增加后减小5.某变压器一次绕组的直流电阻为5Ω，额定电压为220V／36V，当把一次侧接入220V的交流电压时，二次绕组的空载电流A．等于7.2AB．大于7.2AC．小于7.2AD．等于0A221122121211KZZKNNIIKNNUU106.变压器的铁心用涂有绝缘材料的硅钢片制成，目的是A．绕制线圈方便B．减小铜损耗C．减轻重量，减小体积D．减小铁损耗7.有一理想变压器，输入交流电压的最大值是196V。有一负载接20V的直流电源，消耗的功率为P，将其接入此变压器的次级电路中，消耗的功率是4P，则该变压器的原、副绕组的匝数比是A．1∶14B．14∶1C．19.6∶1D．10∶18.变压器的电源由50Hz、380V的交流电换接成100Hz、380V的交流电，则变压器铁心中的磁通量将A．增加B．减少C．不变D．先增加后减少9.有一台380V／220V的变压器，在使用时不慎将高压侧和低压侧互相接错，当低压侧加上380V的交流电压后，则A．高压侧有380V的电压输出B．高压侧没有电压输出，绕组严重过热C．高压侧有电压输出，绕组严重过热D．高压侧有电压输出，绕组不会过热10.变压器的工作原理是A．欧姆定律B．基尔霍夫定律C．电流的热效应D．电磁感应定律11.电力变压器相对而言，减小比较重要。A．铜损耗B．铁损耗C．铜损耗和铁损耗D．绝缘电阻12.变压器的作用是A．变换电压、电流、阻抗、相位B．变频率、变相位C．变频率、变电流D．变功率、电气隔离13.在双绕组变压器中，匝数多、线径细的绕组是A．一次绕组B．高压绕组C．低压绕组D．二次绕组14.如图所示，变压器一次绕组中每个绕组的额定电压为110V，欲将其接在220V的电源上11使用，应将A．1、3相接B．2、3相接C．2、4相接D．都不正确15.在220V／110V的变压器的一次绕组加220V的直流电压，空载运行时一次绕组的电流是A．0B．空载电流C．额定电流D．短路电流16.在线路上测量较高交流电压时，电压互感器的正确接法为A．一次绕组与电压表并联，二次绕组与被测电路并联B．一次绕组与被测电路并联，二次绕组与电压表并联C．一次绕组与被测电路串联，二次绕组与电压表并联D．一次绕组与电压表并联，二次绕组与被电路串联17.在三相变压器的联接组别中，Y表示A．一次绕组作星形联接B．一次绕组作三角形联接C．二次绕组作星形联接D．二次绕组作三角形联接18.一台Y、d联接组别的三相变压器，若一次侧、二次侧额定电流之比为1∶2，则一次侧、二次侧绕组的匝数之比为A．1