7.2 变压器 教学讲义 -2023-2024学年高一下学期（中职）物理（高教版·第3版）《电工电子技术与技能》

【课题】 7.2变压器 【教学目标】 解释变压器的用途、基本结构、变压比和变流比。 【教学重点】 1.变压器的基本结构。 2.变压器的外特性。 【教学难点】 变压器的外特性 【教学过程】 【一、复习】 交流铁心线圈的概念，电压与磁通之间的关系。 【二、引入新课】 变压器作为电气工程技术中重要的部件之一，在生产和生活中有着不可替代的作用。本 节变压器工作原理和变压器外特性的分析很重要。 【三、讲授新课】 7.2.1变压器的基本结构 1.变压器：可将某一交变电压转换成同频的另一电压，它主要由铁心和线圈（又称绕 组)组成。 2,铁心：变压器铁心的作用是构成磁路。为了减小涡流和磁滞损耗，铁心用具有绝缘 层的硅钢片叠成。变压器的铁心一般分为心式和壳式两大类。其结构和符号如图7.8所示。 铁心 一铁心 绕组 绕组 高压绕组 高压绕组 低压绕组 低压绕组 (a)心式 (b)壳式 (c)图形符号 图7.8变压器的结构和图形符号 3.线圈（绕组）：接电源的绕组称为一次绕组，接负载的绕组称为二次绕组。 4.变压器冷却方式： (1)小容量变压器采用自冷式，即将其放置在空气中自然冷却。 (2)中容量电力变压器采用油冷式，即将其放置在有散热管（片）的油箱中。 (3)大容量变压器还要用油泵使冷却液在油箱与散热管（片）中作强制循环。 7.2.2变压器的工作原理 1.空载运行：变压器一次绕组接电源，绕组开路的状态。 2.空载电流（励磁电流）：在外加电压作用下，绕组中通过的电流1。 3.在理想状态下，变压器的电压变换关系为 U N =k U2 N2 变压器绕组电压的有效值与一次、二次绕组的匝数成正比。比值k称为变压比。 4.有载运行：二次绕组接入负载Z。 在理想情况下有 4=N-1 I N k 变压器一次、二次绕组电流的有效值与一次、二次绕组匝数成反比。 [例7.1】有一台降压变压器，一次绕组电压为220V,二次绕组电压为110V,一次绕 组为2200匝，若二次绕组接入阻抗值为102的阻抗，问变压器的变比、二次绕组匝数、 一次二次绕组中电流各为多少？ [解] U_220=2 k= U,110 N-NU._ 200×110 匝=1100匝 U 220 02110 h-Z10 A=11A h=. 1 1100 -×1IA=5.5A N 220 7.2.3变压器的外特性 1.变压器外特性：变压器电压随负载电流2增大而降低，如图7.11(U20为空载时 二次绕组电压，为额定运行时二次绕组电流)所示。 U, U (3%-5%)U20 1N互 7.11变压器外特性曲线 2.电压调整率：当五从零增加到额定值I2w时，若输出电压从U2如降到U2,则电压调 率△U%为 4U%= U0-U2y×100% Ux 一般希望△U%越小越好。常用的电力变压器，电压整率约为3%一5% 7.2.4变压器的损耗及效率 1.变压器功率损耗： (1)铁损耗：变压器铁心中的磁滞损耗和涡流损耗。当外加电压一定时，工作磁通一定， 铁损耗是不变的，也称为固定损耗。 (2)铜损耗：电流通过绕组时，在电阻上产生的功率损耗。铜损耗的大小随通过绕组的 电流变化而变化，也称铜损耗为可变损耗。 2,变压器的输出功率与输入功率之比称为变压器的效率。 效案=输出功率 输出功率 厂输入功率输出功率+铁损耗+铜损牦 ×100% 3.变压器的效率： (1)一般供电变压器的效率都在95%左右； (2)大型变压器的效率可达98%以上。 7.2.5三相电力变压器 1.三相变压器：高压绕组U1U2、V1V2、WIW2;低压绕组uu2、v1v2、wIw2。图 7.12为三相变压器的结构图。 gggV好g1w3 u2 w2 图712三相变压器结构 2,油浸式电力变压器：将三相变压器放入钢板制成的油箱中，箱壁上装有散热用的油 管或散热片。油枕为油的热胀冷缩提供了一个空间，油箱中如有过高的压力时可将其从安全 气道排出，以防爆炸。高低压引线通过绝缘套管从油箱引出。 7.2.6特殊变压器 1.自耦变压器 (1)自耦变压器：一次、二次绕组共用一部分绕组，它们之间不仅有磁耦合，还有电 的联系。 (2)自耦变压器工作原理如图7.14所示 9 图714自耦变压器工作原理 U._1;_N =k U.I.N. (3)优点：结构简单，节省材料、体积小、成本低。 (4)缺点：因一次、二次绕组之间有电联系，接线不正确时安全隐患大。例如图7.15 所示为自耦变压器给携带式安全照明灯提供12V的工作电压，因为U,点接地，此时连接灯 泡的每根导线对地的电压都是200V以上，这对特灯人极不安全。 U10 ⑧ 图7.15自耦变压器使用时不安全状况 (5)自耦变压器也可以用于升压，接法如图7.16所示。 图7.16可用于升压的自耦变压器原理图 (6)自耦调节压器：如图7.1