中職《變壓器》課件講課稿

變壓器2021/6/271教學目標

（一）知識與技能1．知道變壓器的構(gòu)造，了解變壓器的工作原理。2．理解理想變壓器原、副線圈中電壓與匝數(shù)的關(guān)系，能應用它分析解決有關(guān)問題。（二）過程與方法在探究變壓比和匝數(shù)比的關(guān)系中培養(yǎng)學生運用物理理想化模型分析問題、解決問題的能力。（三）情感、態(tài)度與價值觀1．使學生體會到能量守恒定律是普遍適用的。2．培養(yǎng)學生實事求是的科學態(tài)度。教學重點：探究變壓比和匝數(shù)比的關(guān)系。教學難點：探究變壓比和匝數(shù)比的關(guān)系。教學方法：實驗探究法、閱讀法、講解法。教學手段：學生電源、可拆變壓器、交流電壓表、交流電流表、燈泡2021/6/272幾萬伏220V2021/6/273照明燈電壓------220伏機床上照明燈------36伏半導體收音機電源電壓不超過10伏大型發(fā)電機交流電壓------幾萬伏遠距離輸電------幾十萬伏電視機顯像管卻需要10000V以上電壓需要一種改變電壓的設備，以適應各種不同的需要變壓器就是改變交流電壓的設備2021/6/274常見

變壓器電力變壓器接觸調(diào)壓器三相干式變壓器2021/6/275常見變壓器電源變壓器環(huán)形變壓器控制變壓器2021/6/276變壓器的分類按用途：電力變壓器、互感器、特殊用途變壓器；按繞組數(shù)目：雙繞組變壓器、三繞組變壓器、自耦變壓器；按相數(shù)：單相變壓器和三相變壓器；按冷卻介質(zhì)和冷卻方式：油浸式變壓器和干式變壓器；按鐵芯結(jié)構(gòu)：芯式變壓器和殼式變壓器；按調(diào)壓方式：無勵磁調(diào)壓變壓器、有載調(diào)壓變壓器；按容量大?。盒⌒妥儔浩?、中型變壓器、大型變壓器和特大型變壓器。2021/6/277課本分類單相變壓器、三相變壓器和特殊變壓器2021/6/278變壓器用途電力系統(tǒng)中實現(xiàn)電能的遠距離高效輸送、合理配電、安全用電。如：電力變壓器、配電變壓器。供給特殊電源用的專用變壓器。如：煉鋼爐供電的電爐變壓器，大型電解電鍍、直流電力機車供電的整流變壓器。測量用的儀用變壓器?？刂葡到y(tǒng)實現(xiàn)信號的傳輸——控制變壓器，直到僅傳輸信號的非常小的無線電變壓器。2021/6/279一、變壓器的構(gòu)造1.示意圖

U1U2

∽n1n2∽原線圈副線圈鐵芯2.構(gòu)造：（1）閉合鐵芯（絕緣硅鋼片疊合而成）（2）原繞組（一次或初級繞組）：其匝數(shù)用n1表示（3）副繞組（二次或次級繞組）：其匝數(shù)用n2表示（4）輸入電壓：U1;輸出電壓：U2.單相變壓器2021/6/2710變壓器文字符號：T2021/6/27113.電路圖中符號n1n2問題：變壓器副線圈和原線圈電路是否相通？變壓器原副線圈不相通，那么在給原線圈接交變電壓U1后，副線圈電壓U2是怎樣產(chǎn)生的？鐵芯與線圈互相絕緣

U1U2

∽n1n2∽2021/6/2712若給原線圈接直流電壓U1,?變壓器有哪些部件，其功能是什么？答：1副線圈電壓U2為零。

2變壓器的主要部件是器身，即鐵芯和繞組鐵芯構(gòu)成變壓器的主磁路，也是繞組的機械骨架;繞組構(gòu)成變壓器的電路，用來輸入和輸出電能。（這里面的繞組就是我們所說的原副線圈）習題2021/6/2713二、變壓器的工作原理------互感現(xiàn)象

變壓器通過閉合鐵芯，利用互感現(xiàn)象實現(xiàn)了電能（U1、I1）到磁場能（變化的磁場）再到電能（U2、I2）轉(zhuǎn)化。原線圈副線圈鐵芯∽

U1U2n1n2∽互感現(xiàn)象：在原副線圈中由于有交變電流而發(fā)生的互相感應現(xiàn)象。若給原線圈接直流電壓，U副線圈電壓U2

？2021/6/2714變壓器的工作原理原線圈接交流電在鐵芯中產(chǎn)生變化的磁通量在鐵芯中產(chǎn)生變化的磁通量副線圈有交流電原線圈產(chǎn)生感應電動勢副線圈產(chǎn)生感應電動勢2021/6/2715

變壓器通過閉合鐵芯，利用互感現(xiàn)象實現(xiàn)了：

電能

→磁場能

→電能(U1、I1)(變化的磁場)(U2、I2)若給原線圈接直流電壓U1,副線圈電壓U2?探究1：使用可拆變壓器有不閉合到閉合，觀察接在副線圈兩端的小燈泡的亮度變化?試分析原因？探究2：做過實驗的變壓器鐵芯用手觸摸有什么感覺？說明了什么？觸摸變壓器的原副線圈有什么感覺？說明什么？2021/6/2716閉合鐵芯實現(xiàn)了電能---磁場能---電能的轉(zhuǎn)換，由于原副線圈中的電流共同產(chǎn)生的磁通量絕大部分通過鐵芯，使能量在轉(zhuǎn)換過程中損失很小，為了便于研究，物理學中引入了一種理想化模型------理想變壓器。下面我們定量分析理想變壓器的變壓規(guī)律。無磁損無銅損無鐵損理想變壓器2021/6/2717實驗結(jié)論：原副線圈兩端電壓之比等于這兩個線圈的匝數(shù)比。

次數(shù)12345U1U2V1V2研究原副線圈兩端電壓關(guān)系的實驗2021/6/2718三、理想變壓器的變壓規(guī)律I1I2n1n2U1U2原、副線圈中產(chǎn)生的感應電動勢分別是：E1=n1/tE2=n2/tE1/n1=E2/n2原線圈回路有：U1?

E1=I1r1≈0則U1=E1副線圈回路有：

E2=U2

+I2r2≈U2則U2=E2若不考慮原副線圈的內(nèi)阻，則U1=E1；U2=E2則：U1/U2=n1/n2=KK是變壓比2021/6/2719理想變壓器原副線圈的端電壓之比等于這兩個線圈的匝數(shù)之比n2>n1U2>U1-----升壓變壓器n2<n1U2<U1-----降壓變壓器U1/U2=n1/n22021/6/2720四、理想變壓器的變流規(guī)律問題：原副線圈的電流可能滿足何規(guī)律？1.理想變壓器輸出功率應等于輸入功率即:U1I1=U2I2I

1/I

2=U2/

U1=n2/

n1P出=P入2021/6/27212.理想變壓器原副線圈的電流跟它們的匝數(shù)成反比I

1/I

2=n2/

n1=1/K變壓器工作時，高壓線圈匝數(shù)多而通過的電流小，可用較細的導線繞制；低壓線圈匝數(shù)少而通過的電流大，應當用較粗的導線繞制。這也是判定高壓線圈和低壓線圈的一種方法。此公式只適用于一個副線圈的變壓器2021/6/2722理想變壓器工作時的幾個關(guān)系即:

U1I1=U2I2P入=P出此公式只適用于一個副線圈的變壓器2021/6/2723U1I1I2n1n2U2R輸入輸出電壓、電流、功率大小之間的因果關(guān)系1.輸入功率P1由輸出功率P2決定；P1＝P22.U1由電源決定；3.U2由U1和匝數(shù)比決定；

U2＝n2/n1·U14.I2由U2和負載決定；I2＝U2／R5.I1由I2和匝數(shù)比決定；

I1＝n2/n1·I22021/6/2724【例1】理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比n1:n2＝4：1，當導體棒在勻強磁場中向左做勻速直線運動切割磁感線時，圖中電流表A1的示數(shù)12mA，則電流表A2的示數(shù)為————（）A．3mAB．0C．48mAD．與負載R的值有關(guān)解析：變壓器只能工作于交流電路，不能工作在恒定電流和恒定電壓的電路，導體棒向左勻速切割磁感線時，在線圈n1中通過的是恒定電流，不能引起穿過線圈n2的磁通量變化，在副線圈n2上無感應電動勢出現(xiàn)，所以A2中無電流通過。

2021/6/2725【例2】一理想變壓器，其原線圈2200匝，副線圈440匝，并接一個100Ω的負載電阻，如圖所示。（1）當原線圈接在44V直流電源電源上時，電壓表示數(shù)為________V,電流表示數(shù)為______A.（2）當原線圈接在220V交變電源上時，電壓表示數(shù)為________V，電流表示數(shù)為_______A,此時輸入功率為_______W.00440.4419.362021/6/2726U1U2=n1n222036=1100n2n2=180180U2P2I2==n2n1I1I2180×11×601100×36=n2

P2=n1U2=3A解：所以：3A練習1.一理想變壓器，原線圈匝數(shù)n1=1100，接在電壓220V的交流電源上，當它對11只并聯(lián)的“36V，60w”的燈泡供電時，燈泡正常發(fā)光。由此可知副線圈的匝數(shù)n2=_____，通過原線圈的電流I1=______。2021/6/2727練習2、如圖所示，一理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為n1：n2=3：1，有四只相同的燈泡連入電路中，若燈泡L2、L3、L4均能正常發(fā)光，則燈泡L1（

）A、也能正常發(fā)光B、較另三個燈暗些C、將會燒壞D、不能確定1n2n1L3L4L1U1L22021/6/2728例3.鉗形電流表的外形和結(jié)構(gòu)如圖（a）所示。圖（a）中電流表的讀數(shù)為1.2A。圖（b）中用同一電纜線繞了3匝，則A.這種電流表能測直流電流，圖（b）的讀數(shù)為2.4AB.這種電流表能測交流電流，圖（b）的讀數(shù)為0.4AC.這種電流表能測交流電流，圖（b）的讀數(shù)為3.6AD.這種電流表既能測直流電流，又能測交流電流，圖（b）的讀數(shù)為3.6A圖（a）A鐵芯圖（b）C2021/6/2729A.U增大、I增大、P1增大C.U減小、I減小、P1減小D.U不變、I減小、P1不變B.U不變、I減小、P1增大例4.如圖所示：理想變壓器的原線圈接高電壓，變壓后接用電器，線路電阻不計。S原來閉合，且R1=R2，現(xiàn)將S斷開，那么交流電壓表的示數(shù)U、交流電流表的示數(shù)I和用電器上R1的功率P1將分別是：D2021/6/2730五、變壓器的運行特性

（一）變壓器的外特性和電壓變化率電壓變化率：反映電壓的穩(wěn)定性變壓器主要性能指標電力變壓器：

U％=2%~3%外特性效率特性當U1=U1N，cos

2不變時，U2=f(I2)2-純電阻負載；1-感性負載；3-容性負載一般供電系統(tǒng)希望要硬特性（隨I2的變化，U2

變化不多）2021/6/2731例3某單相變壓器的額定電壓為10000/230V，接在10000V的交流電源上向一電感性負載供電，電壓調(diào)整率為0.03，求變壓器的電壓比、空載和滿載時的二次電壓。解：變壓器的電壓比為空載時的二次電壓U20=U2N=230V滿載時的二次電壓

U2=U2N(1－

U%

)=230×(1－0.03)=223Vk==

=43.5U1N

U2N

100002302021/6/2732（二）變壓器的效率特性輸出功率輸入功率cos

2不變時，效率=f(I2)；電力變壓器，最大效率出現(xiàn)在I2=（0.5—0.7）I2N2021/6/2733小結(jié)：單相變壓器的功率關(guān)系

1.一次繞組的視在功率

S1=UN1IN12.二次繞組的視在功率

S2=UN2IN23.輸入功率

P1=UN1IN1cos

14.輸出功率

P2=UN2IN2cos

25.變壓器的損耗

P=PFe＋PCu(1)銅損耗

PCu=R1I12+R2I22(2)鐵損耗

PFe=Ph＋Pe

6.效率

P1P2

=×100%2021/6/2734例4

一鐵心線圈，加上12V直流電壓時，電流為1A；加上110V交流電壓時，電流為2A，消耗的功率為88W。求后一種情況下線圈的銅損耗、鐵損耗。解:

由直流電壓和電流求得線圈的電阻為由交流電流求得線圈的銅損耗為

PCu=RI2

=12×22

=48W由有功功率和銅損耗求得線圈的鐵損耗為

PFe=P－PCu=(88－48)W=40WR==

=12

UI1212021/6/2735任務4三相變壓器

1、三相變壓器組：三個獨立單相變壓器組成的變壓器組特點：三相之間只有電的聯(lián)系，沒有磁的聯(lián)系。一、三相變壓器的種類2021/6/2736ABCXYZabczyx2、三相心式變壓器：鐵心為三相所共有的三相變壓器特點：三相之間既有電的聯(lián)系，又有磁的聯(lián)系。2021/6/27373.1.4變壓器的基本結(jié)構(gòu)2021/6/27383.1.4變壓器的基本結(jié)構(gòu)2021/6/2739變壓器的基本結(jié)構(gòu)一、鐵芯作用：構(gòu)成變壓器的磁路系統(tǒng)，且固定繞組。構(gòu)成：由0.27/0.3/0.35mm厚的冷軋硅鋼片疊成，每片硅鋼片的兩面涂絕緣漆膜，且沖壓成一定形狀。鐵芯分鐵芯柱、鐵軛兩部分。制造工藝：采用交疊式，主要使疊縫相互交疊，以減少接縫間隙，從而減少磁路的磁阻。芯柱截面是內(nèi)接于的多級矩形。2021/6/2740變壓器的基本結(jié)構(gòu)繞組上鐵軛鐵芯柱下鐵軛三相芯式變壓器示意圖2021/6/2741（2）鐵心形式

鐵心是變壓器的主磁路，電力變壓器的鐵心主要采用心式結(jié)構(gòu)，它是將A、B、C三相的繞組分別放在三個鐵心柱上，三個鐵心柱由上、下兩個鐵軛連接起來，構(gòu)成閉合磁路。如圖2021/6/27422.繞組繞組是變壓器的電路部分，它是用紙包的絕緣扁線或圓線繞成。

右圖為交疊式繞組

3.其他結(jié)構(gòu)部件以典型的油侵式電力變壓器為例，其他結(jié)構(gòu)部件有:油箱、儲油柜、散熱器、高壓絕緣管套以及繼電保護裝置等2021/6/2743繞組繞組是變壓器的電路部分，它是由銅或鋁的絕緣導線繞制而成。為了便于絕緣，低壓繞組靠近鐵心柱，高壓繞組套在低壓繞組外面。2021/6/27442021/6/2745油箱油浸式變壓器均要有一個油箱，裝入變壓器油后，將組裝好的器身裝入其中，以保證變壓器正常工作。變壓器油用作加強變壓器內(nèi)部絕緣強度和散熱作用。2021/6/2746儲油柜變壓器在運行中，隨著油溫的變化，油的體積會膨脹和收縮，為了減少油與外界空氣的接觸面積，減小變壓器受潮和氧化的概率，通常在變壓器上部安裝一個儲油柜（俗稱油枕）。2021/6/2747呼吸器變壓器隨著負荷和氣溫變化，各變壓器油溫不斷變化，這樣油枕內(nèi)的油位隨著整個變壓器油的膨脹和收縮而發(fā)生變化，為了使潮氣不能進入油枕使油劣化，將油枕用一個管子從上部連通到一個內(nèi)裝硅膠的干燥器（俗稱呼吸器），硅膠對空氣中水份具有很強的吸附作用，干燥狀態(tài)狀態(tài)為蘭色，吸潮飽和后變?yōu)榉奂t色。吸潮的硅膠可以再生。2021/6/2748冷卻器直接裝配在變壓器油箱壁上，對于強迫油循環(huán)風冷變壓器，電動泵從油箱頂部抽出熱油送入散熱器管簇中，這些管簇的外表受到來自風扇的冷空氣吹拂，使熱量散失到空氣中去，經(jīng)過冷卻后的油從變壓器油箱底部重新回到變壓器油箱內(nèi)。無論電動泵裝在冷卻器上部還是下部，其作用是一樣的。2021/6/2749絕緣套管變壓器繞組的引出線從油箱內(nèi)部引到箱外時必須經(jīng)過絕緣套管，使引線與油箱絕緣。絕緣套管一般是陶瓷的，其結(jié)構(gòu)取決于電壓等級。1kV以下采用實心磁套管，10～35kV采用空心充氣或充油式套管，110kV及以上采用電容式套管。為了增大外表面放電距離，套管外形做成多級傘形裙邊。電壓等級越高，級數(shù)越多。2021/6/2750分接開關(guān)變壓器常用改變繞組匝數(shù)的方法來調(diào)壓。一般從變壓器的高壓繞組引出若干抽頭，稱為分接頭，用以切換分接頭的裝置叫分接開關(guān)。分接開關(guān)分為無載調(diào)壓和有載調(diào)壓兩種，前者必須在變壓器停電的情況下切換；后者可以在變壓器帶負載情況下進行切換。分接開關(guān)安裝在油箱內(nèi)，其控制箱在油箱外，有載調(diào)壓分接開關(guān)內(nèi)的變壓器油是完全獨立的，它也有配套的油箱、瓦斯繼電器、呼吸器。2021/6/2751氣體繼電器氣體繼電器又稱為瓦斯繼電器，是變壓器的一種保護裝置，安裝在油箱與儲油柜的連接管道中，當變壓器內(nèi)部發(fā)生故障時（如絕緣擊穿、匝間短路、鐵芯事故、油箱漏油使油面下降較多等）產(chǎn)生的氣體和油流，迫使氣體繼電器動作。輕者發(fā)出信號，以便運行人員及時處理。重者使斷路器跳閘，以保護變壓器。2021/6/2752壓力釋放閥當變壓器內(nèi)部發(fā)生嚴重故障而產(chǎn)生大量氣體時，油箱內(nèi)壓力迅速增加，為防止變壓器發(fā)生爆炸，油箱上安裝壓力釋放閥。2021/6/2753油箱、氣體繼電器等。示意圖如下：2021/6/27544.變壓器的額定值(1).額定容量S變壓器視在功率的慣用數(shù)值，以VA，KVA，MVA表示(2).額定電壓U變壓器各繞組在空載額定分接下端子間電壓的保證值，對于三相變壓器額定電壓系指線電壓，以V或KV表示(3).額定電流I變壓器的額定容量除以各繞組的額定電壓所計算出來的線電流值，以A表示單相變壓器的一次、二次繞組的額定電流為I1N=SN/U1N

I2N=SN/U2N三相變壓器的一次、二次繞組的額定電流為I1N=SN/U1N

I2N=SN/U2N(4).額定頻率我國工業(yè)用電頻率為50HZ2021/6/2755變壓器的型號

型號表示一臺變壓器的結(jié)構(gòu)、額定容量、電壓等級、冷卻方式等內(nèi)容。如：SFPL-6300/110分類類別代表符號繞組耦合方式自耦O相數(shù)單相D三相S冷卻方式油浸自冷—（表示缺?。┯徒L冷F油浸水冷S強迫油循環(huán)風冷FP強迫油循環(huán)水冷SP繞組數(shù)雙繞組—三繞組S繞組導線材質(zhì)銅—鋁L調(diào)壓方式無勵磁調(diào)壓—有載調(diào)壓Z2021/6/2756額定頻率：50Hz額定容量：910kVA額定電壓（一次側(cè)）：6300V額定電壓（二次側(cè)）：400/231V額定電流（一次側(cè)）：83.4A額定電流（二次側(cè)）：1313A2021/6/2757五、幾種常用變壓器1.自耦變壓器U2U1ABPU1U2n1n2升壓變壓器n1n2U1U2降壓變壓器問題：有沒有只用一組線圈來實現(xiàn)變壓的變壓器？

自耦變壓器的原副線圈共用一個線圈2021/6/2758可調(diào)式自耦變壓器（調(diào)壓器）手柄繞組接觸臂使用~220V電源時，輸入線接在1、3兩端；使用~110V電源時，輸入線接在1、2兩端；

旋轉(zhuǎn)手柄，改變耦合匝數(shù)，能在4、5之間得到0～250V的不同輸出電壓。接線柱2021/6/27592.互感器

A電流互感器電壓互感器V

使用時把原線圈與電路并聯(lián)，原線圈匝數(shù)多于副線圈匝數(shù)

使用時把原線圈與電路串聯(lián)，原線圈匝數(shù)少于副線圈匝數(shù)2021/6/2760（二）電流互感器

實現(xiàn)用低量程的電流表測量大電流。（被測電流）N1（匝數(shù)少）N2（匝數(shù)多）ARi1i2被測電流=電流表讀數(shù)

N2/N12021/6/2761注意：1）二次繞組絕不許開路，否則一次繞組中流過的大電流使鐵心過熱而燒壞繞組絕緣； 二次繞組中因匝數(shù)很多，將產(chǎn)生高電壓，可能將絕緣擊穿，危及安全。

2）在運行中若要拆下電流表，應先將二次繞組短路后再進行。

3）鐵心和二次繞組的一端必須可靠接地，以免絕緣損壞時，高壓側(cè)電壓傳到低壓側(cè)，危及儀表及人身安全。

4）電流表內(nèi)阻抗應很小，否則影響測量精度。2021/6/2762Ai1i23.7.3電流互感器

作用：把被測的大電流通入電流互感器的原邊，變換成副邊的小電流，送到電流表或控制回路。結(jié)構(gòu)特點：原邊繞組匝數(shù)少、截面大，串入被測回路；副邊匝數(shù)多、截面小，串接小阻抗儀表。2021/6/2763原理分析：正常運行時相當于變壓器副邊短路。被測的大電流計算：I1=kiI2I2--副邊額定電流，規(guī)定為5A或1Aki--電流互感器的電流比。注意事項：1、電流互感器副方不允許開路。開路后，原方電流全為勵磁作用，鐵芯過飽和，電壓較高，鐵芯嚴重發(fā)熱。2、電流互感器副繞組一端和鐵芯須可靠接地。3.7.3電流互感器2021/6/27643.7.4電壓互感器作用：把被測的大電壓通入電壓互感器的原邊，變換成副邊的小電壓，送到電壓表或控制回路。結(jié)構(gòu)特點：原邊繞組匝數(shù)多、截面小，并聯(lián)接入被測回路；副邊匝數(shù)少、截面大，串接線圈阻抗大的電壓儀表。VU1U22021/6/2765二、儀用互感器

實現(xiàn)用低量程的電壓表測量高電壓。VR

N1（匝數(shù)多）保險絲

N2（匝數(shù)少）~u（被測電壓）被測電壓=電壓表讀數(shù)

N1/N2（一）電壓互感器

2021/6/27662）鐵心和二次繞組的一端必須可靠接地，以防一次側(cè)高壓繞組絕緣損壞時，其上帶上高電壓而觸電；3）電壓互感器有一定的額定容量，使用時不宜接過多的儀表，否則將影響互感器的準確度。注意：1）二次繞組絕不允許短路，否則短路電流很大，將互感器燒壞。為此應串聯(lián)熔斷器作短路保護；2021/6/2767注意事項：

1、電壓互感器副邊絕不允許短路。因短路電流將使繞組發(fā)熱，破壞絕緣，危及人身和設備的安全。

2、電壓互感器鐵心和副繞組的一端必須可靠接地，保障人身安全。

原理分析：正常運行時相當于變壓器副邊開路。。被測的大電壓計算：U1=kvU2U2--副邊額定電壓，規(guī)定