學(xué)習(xí)情境六 變壓器的應(yīng)用與測(cè)試課件

學(xué)習(xí)情境六變壓器的應(yīng)用與測(cè)試知識(shí)目標(biāo)．理解互感、同名端、耦合系數(shù)

概念．理解兩個(gè)線圈中電壓與電流之間的關(guān)系，．掌握互感線圈的串、并聯(lián)等效電感的計(jì)算。

．掌握理想變壓器的特性,含有理想變壓器電路的分析計(jì)算。技能目標(biāo)．能判別互感線圈同名端,并能計(jì)算互感線圈的串、并聯(lián)等效電感.．能說(shuō)出變壓器的結(jié)構(gòu)和工作原理，并能對(duì)小型電源變壓器進(jìn)行參數(shù)測(cè)試。素質(zhì)目標(biāo)．養(yǎng)成勤于思考的學(xué)習(xí)習(xí)慣；．培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)意識(shí)任務(wù)一認(rèn)識(shí)變壓器

任務(wù)二分析測(cè)試單相變壓器

情境任務(wù)能力目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)會(huì)判斷互感線圈同名端。會(huì)寫互感線圈電壓表達(dá)式。會(huì)計(jì)算互感線圈的串、并聯(lián)等效電感.

理解互感、同名端、耦合系數(shù)

概念；理解兩個(gè)線圈中電壓與電流之間的關(guān)系；掌握互感線圈同名端判別掌握互感線圈的串、并聯(lián)等效電感的計(jì)算。任務(wù)一認(rèn)識(shí)變壓器

問(wèn)題的提出互感、同名端、耦合系數(shù)是什么？?jī)蓚€(gè)線圈中電壓與電流之間的關(guān)系？互感線圈串、并聯(lián)等效電感如何計(jì)算？互感線圈實(shí)物圖互感線圈主要有磁性環(huán)（棒）和漆包線知識(shí)一互感線圈結(jié)構(gòu)線圈1中通入電流i1時(shí)，在線圈1中會(huì)產(chǎn)生自感磁通Φ11，而其中一部分磁通Φ21

，它不僅穿過(guò)線圈1，同時(shí)也穿過(guò)線圈2，Φ21互感磁通且Φ21≤Φ11。F11abcdN2(a)F2112i1N11F222abcdF12i2N2N1(b)F21互感磁通

F11自感磁通

知識(shí)二互感的概念1.互感現(xiàn)象F21互感磁通

F22自感磁通

同理，Φ12≤Φ22

為什么自感磁通大于互感磁通

?abcdF2112F11i1N1F12F22i2一個(gè)線圈中的電流變化，導(dǎo)致在另一個(gè)線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電壓的現(xiàn)象稱為互感現(xiàn)象。產(chǎn)生的感應(yīng)電壓叫互感電壓一個(gè)線圈的磁通與另一個(gè)線圈相交鏈的現(xiàn)象稱為磁耦合，即互感。根據(jù)電磁感應(yīng)定律線圈1中電流i1的變化,在線圈2中產(chǎn)生的互感電壓作同理線圈2中電流i2的變化在線圈1中產(chǎn)生的互感電壓記作2.互感電壓F11abcdN2(a)F2112i1N11F222abcdF12i2N2N1(b)M12,M21是?abcdabd(a)F211212F11i1N1F12F22i2N2N1(b)M是線圈固有參數(shù),它取決兩線圈的匝數(shù)、幾何尺寸相對(duì)位置和磁質(zhì)，注意通常M為線圈1和線圈2之間互感系數(shù),單位為亨(H),XM＝

M稱為互感抗，單位歐姆（

）

互感電壓可用相量表示abcdabd(a)F211212F11i1N1F12F22i2N2N1(b)3.耦合系數(shù)衡量?jī)蓚€(gè)線圈的耦合程度常用耦合系數(shù)k來(lái)表示，定義為:0≤K≤1，K值越大，說(shuō)明兩個(gè)線圈之間耦合越緊，當(dāng)K=1時(shí)，稱全耦合，當(dāng)K=0時(shí)，說(shuō)明兩線圈沒有耦合。abcdF2112F11i1N1F12F22i2因?yàn)樗?≤K≤1M=M12=M21

互感耦合的電路模型**MabcdabcdF2112F11i1N1F12F22i2圖中為什么加*號(hào)(1)定義兩個(gè)電流分別通過(guò)兩個(gè)有互感的線圈Ⅰ和Ⅱ，若它們?cè)谶@兩個(gè)線圈中產(chǎn)生方向相同的磁通，那么這兩個(gè)電流的流入端(或流出端)稱為同名端，a、c和b、d分別為同名端a、d或b、c分別為異名端F1abcd12i1N1i2F24.同名端**同一組的同名端用一個(gè)標(biāo)記為“.”或“*”標(biāo)出。極性不同的端稱異名端。

1i111'22'例分析··i2

2判斷下列線圈的同名端。假設(shè)電流同時(shí)由1和2'流入，兩電流的磁場(chǎng)相互增強(qiáng)，因此可以判斷：1和2'是一對(duì)同名端；同理，2和1'也是一對(duì)同名端。**想想練練·*·例判斷下列線圈的同名端。分析線圈的同名端必須兩兩確定2'3'1'1231和2'同時(shí)流入電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向一致是一對(duì)同名端；2和3'同時(shí)流入電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向一致也是一對(duì)同名端；*Δ3和1‘同時(shí)流入電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向一致，同樣也是一對(duì)同名端。Δ問(wèn)題與討論同名端能否用實(shí)驗(yàn)方法判別嗎?開關(guān)閉合瞬時(shí)直流電壓表指針正偏，則電壓表“+”極所接線圈2的端鈕c與a為同名端。反之，電壓表指針反偏則電壓表“－”極所接線圈2的端鈕d與a為同名端。U+-bacdi1V+-為什么直流電壓表指針正偏？(2)、同名端實(shí)測(cè)判別U+-bacdi1V+-同名端有什么用途?當(dāng)電流從一線圈的一端流入增大，將會(huì)引起另一線圈相應(yīng)同名端的電位升高。abcd（3）.同名端的應(yīng)用利用同名端分析耦合線圈的總電壓F21F11i1F12F22i2**N2N1自感電壓u11u22u21u12u2u1總電壓=自感電壓+互感電壓同名端在不同位置總電壓又怎樣?互感電壓的極性與產(chǎn)生它的變化電流的參考方向?qū)ν耸且恢碌幕ジ须妷?u1_+u2_+u1_+u2_L1L2L1L2i1M(a)ABCDMABCDi1i2i2(b)+u11_+u22_+u11_+u22_+u12__u21++U21__u12+

耦合線圈的總電壓圖(a)圖(b)+u1_+u2_+u1__u2++u11_+u22_+u11_+u22_自感電壓前的正、負(fù)號(hào)取決于本端口電壓與自感電壓的參考方向（自感電壓與電流為關(guān)聯(lián)參考方向）是否一致，兩者一致時(shí)取正，不一致時(shí)取負(fù)u2=+u22u2=-u22L1L2L1L2i1M(a)ABCDMABCDi1i2i2(b)i1M(a)ABCDM(b)ABCDi1i2i2L1L2L1L2+u1_+u2_+u1_+u2-+u12__u21++u21__u12+互感電壓前的正、負(fù)號(hào)取決于同名端的位置和端口電壓的參考極性，若變化電流是從同名端流入的，則它產(chǎn)生的互感電壓的“＋”極性選定在另一線圈的同名端，互感電壓極性與其端口電壓的參考極性一致時(shí)前為正,否則取負(fù)號(hào)。+u1_+u2_+u1_+u2_L1L2L1L2i1M(a)ABCDMABCDi1i2i2(b)+u11_+u22_+u11_+u22_+u12__u21++u21__u12+耦合線圈總電壓相量形式i1M(a)ABCDM(b)ABCDi1i2i2L1L2L1L2+u1_+u2_+u1_-u2++u11_+u22_+u11_+u22_+u12__u21++u21__u12+圖(a)圖(b)

寫出u1和u2的表達(dá)式。

解對(duì)于圖(a),有i1M(a)ABCDM(b)ABCDi1i2i2L1L2L1L2+u1_+u2_+u1_+u2_+u11_+u22_+u11_+u22_+u12__u21++u21__u12+對(duì)于圖(b),有想想練練4.互感的應(yīng)用和危害互感在電工電子技術(shù)中有著廣泛的應(yīng)用，如電力變壓器、高壓感應(yīng)圈、電視機(jī)行輸出變壓器、電壓、電流互感器等。調(diào)壓器整流器變壓器電視機(jī)行輸出變壓器互感的主要危害：由于互感的存在，電子電路中許多電感性器件之間存在著不希望有的互感場(chǎng)干擾，這種干擾影響電路中信號(hào)的傳輸質(zhì)量。(1)異名端相聯(lián)，稱為順接串聯(lián)(順串)**+-L1L2M+-+-LS為順向串聯(lián)的等效電感:LS=L1+L2+2M知識(shí)三耦合電感的去耦等效變換1.互感線圈的串聯(lián)為什么要去耦?L1L2M+-+-+-**LF為反向串聯(lián)的等效電感:LF=L1+L2-2M（2）同名端串相聯(lián)(反串)L順,與L反區(qū)別?*順接測(cè)一次，反接測(cè)一次，就可以測(cè)出互感：互感的測(cè)量方法：*M**M*(a)L1L2L1L2(b)互感線圈的并聯(lián)也有兩種接法，2.互感線圈的并聯(lián)兩個(gè)線圈的同名端相連，稱為同向并聯(lián)兩個(gè)線圈的異名端相連，稱為異向并聯(lián)，圖所示電壓、電流的參考方向下,電路方程:正號(hào)對(duì)應(yīng)于同向并聯(lián)。(a)負(fù)號(hào)對(duì)應(yīng)于異向并聯(lián),(b)*M**M*(a)L1L2L1L2(b)L為兩個(gè)線圈并聯(lián)后的等效電感,正號(hào)對(duì)應(yīng)于同向并聯(lián)。

負(fù)號(hào)對(duì)應(yīng)于異向并聯(lián),求解方程可得并聯(lián)電路的等效復(fù)阻抗Z為分母中,負(fù)號(hào)對(duì)應(yīng)于同向并聯(lián),正號(hào)對(duì)應(yīng)于異向并聯(lián)。注意*M**M*(a)L1L2L1L2(b)公式整理*M**M*(a)L1L2L1L2(b)消去互感后的等效電路＋－(a)M＋－－ML1-ML2-ML1+ML2+M(b)3.互感線圈單側(cè)連接同名端為共端單則連接L1L2M*a*bcdL1-MMabcdL2-M異名端為共端單則連接*L1L2M*abcdL1+M-MabcdL2+M小結(jié)兩個(gè)線圈中電壓與電流之間的關(guān)系（難點(diǎn)）互感線圈的串、并聯(lián)等效電感計(jì)算（重點(diǎn)）互感、同名端、耦合系數(shù)

概念互感線圈同名端判別（重點(diǎn)）能力目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)能說(shuō)出變壓器的結(jié)構(gòu)和工作原理，能正確選擇和使用變壓器。能對(duì)小型電源變壓器進(jìn)行參數(shù)測(cè)試。了解變壓器的結(jié)構(gòu)和工作原理掌握理想變壓器的特性,掌握含有理想變壓器電路的分析計(jì)算。任務(wù)二分析測(cè)試單相變壓器

問(wèn)題的提出變壓器內(nèi)部結(jié)構(gòu)是怎樣？空心變壓器、鐵心變壓器、理想變壓器有什么區(qū)別？理想變壓器的特性是什么？含有理想變壓器電路如何分析計(jì)算？。知識(shí)一空芯變壓器u1F＋－＋－u2i1i2N1N2非鐵磁材料鐵芯耦合系數(shù)M較小常用的實(shí)際變壓器有兩類：空芯變壓器、鐵芯變壓器?？招咀儔浩鱱1F＋－＋－u2i1i2N1N2變壓器工作原理示意圖初級(jí)線圈次級(jí)線圈變壓器就是耦合電感，初級(jí)線圈接電源，次級(jí)線圈接負(fù)載，能量可以通過(guò)磁場(chǎng)的耦合，由電源傳遞給負(fù)載。

uS為信號(hào)源電壓，u20為次級(jí)回路的開路電壓。R為損耗電阻，

ZL負(fù)載ZLL1L2i1uSM*i21*u201'22'R2R1空芯變壓器的電路模型初級(jí)回路次級(jí)回路L1L2i1uSM*i21*u201'22'R2R1左圖所示為空芯變壓器的電路模型。其中左端稱為空芯變壓器的初級(jí)回路，右端為空芯變壓器的次級(jí)回路。圖中uS為信號(hào)源電壓，u20為次級(jí)回路的開路電壓。R為損耗電阻分析由圖可列出空芯變壓器的電壓方程式為：若次級(jí)回路接上負(fù)載ZL，則回路方程為：ZL聯(lián)立方程式可得：令式中為次級(jí)對(duì)初級(jí)的反射阻抗。反射阻抗

Z1r反映了空芯變壓器次級(jí)回路通過(guò)互感對(duì)初級(jí)回路產(chǎn)生的影響。另外應(yīng)注意：反射阻抗Z1r的性質(zhì)總是與次級(jí)回路阻抗Z22的性質(zhì)相反。引入反射阻抗的概念之后，次級(jí)回路對(duì)初級(jí)回路的影響就可以用反射阻抗來(lái)計(jì)算。這樣，我們就可以得到如下圖所示的由電源端看進(jìn)去的空芯變壓器的等效電路。當(dāng)我們只需要求解初級(jí)電流時(shí)，可利用這一等效電路迅速求得結(jié)果。jXL11＋1'R1I1US－Z22ω2M2反射阻抗的算法不難記憶：用ω2M2除以次級(jí)回路的總阻抗Z22即可。注意：反射阻抗的概念不能用于次級(jí)回路含有獨(dú)立源的空芯變壓器電路！例

已知US=20V,原邊等效電路的引入阻抗Z1r=10–j10

。求:

ZL并求負(fù)載獲得的有功功率。實(shí)際是最佳匹配：**j10

j10

j2+–10

ZL+–10+j10

Z1r=10–j10

解有功功率：1.鐵芯變壓器結(jié)構(gòu)骨架截鋼片漆包線常用的變壓器主要有：骨架、截鋼片（磁性）、漆包線知識(shí)三理想變壓器無(wú)損耗線圈導(dǎo)線無(wú)電阻，做芯子的鐵磁材料的磁導(dǎo)率μ無(wú)限大。全耦合參數(shù)無(wú)限大理想變壓器是實(shí)際變壓器的理想化模型2.理想變壓器的條件理想變壓器的三個(gè)理想化條件3.理想變壓器的電路模型圖b理想變壓器模型u1＋－＋－u2i1i2N1N2u1F＋－＋－u2i1i2N1N2圖a鐵芯變壓器(1)變壓作用N1、N2分別為初、次級(jí)線圈匝數(shù)。根據(jù)電磁感應(yīng)定律,有:u1F＋－＋－u2i1i2N1N24.理想變壓器的主要性能n稱為變比是一個(gè)常數(shù)N1>N2(u1>u2)為降壓變壓器,N1<N2(u1<u2)為升壓變壓器。注意(2).變流作用u1＋－＋－u2i1i2n:1為什么要去耦?由安培環(huán)路定律

由于μ為無(wú)窮大，磁通φ為有限值，因此

i1N1+i2N2=0

即在進(jìn)行變壓、變流關(guān)系計(jì)算時(shí),要根據(jù)理想變壓器符號(hào)中的同名端來(lái)確定變壓、變流關(guān)系式中的正、負(fù)號(hào)。原則是:（1）兩端口電壓的極性對(duì)同名端一致的,則關(guān)系式中冠正號(hào),否則冠負(fù)號(hào)；（2）兩端口電流的方向?qū)ν讼喾吹?則關(guān)系式中冠正號(hào),否則冠負(fù)號(hào)。u1＋－＋－u2i1i2n:1u1＋－＋－u2i1i2n:1若在次級(jí)接一負(fù)載ZL,那么負(fù)載電壓,這時(shí)從初級(jí)看進(jìn)去的輸入阻抗Zi為(3).阻抗變換作用實(shí)際應(yīng)用中，變壓器阻抗變換,用在實(shí)現(xiàn)負(fù)載與電源的阻抗匹配，使負(fù)載上獲得最大功率。+-+-+-(a)(b)Zi初級(jí)等效電路下圖中，若n=