2.1 单相变压器的运行原理（课件）-《电机与变压器》同步精品课堂（航空工业出版社）

2.1 单相变压器的运行原理 电机与变压器 同步精品课堂（中职专业课） 1 知识目标 了解变压器的运行原理，掌握变压器的空载运行和负载运行过程。 能力目标 了解变压器的外特性和电压调整率。 情感目标 以基础知识、基本概念、基本定律为主 要编写原则，以“必需、够用”为准则来选择和安排知识点，并合理地更新了教学内容。 三维目标 情境引入 问：单相变压器的运行原理 变压器是根据电磁感应原理改变交流电能的一种电磁装置，它的一、 二次绕组通过磁路传递能量。根据二次绕组是否连接负载，变压器的运行方式可分为空载运行和负载运行。 新知学习 一 、变压器的空载运行 1.空载运行的定义 将变压器的一次绕组接交流电源，二次绕组 开路，这种运行方式称为变压器的空载运行，其 运行原理如图所示。 新知学习 一 、变压器的空载运行 2. 各电磁量参考方向的规定 由于变压器接在交流电源上，电压、电流、 磁通、电动势等的大小和方向均随时间作周期性 变化。为了能正确表明各量之间的关系，首先要规定它们的参考方向。 新知学习 一 、变压器的空载运行 2. 各电磁量参考方向的规定 (1)在一次绕组中，电压的参考方间与电流的参考方向一致。 (2)磁通的参考方向与电流的参考方向之间符合右手螺旋定则。 (3)绕组感应电动势的参考方向与产生该电动势的磁通参考方向一致，符合右手螺旋定则和楞次定律。 (4)在二次绕组中，电动势的参考方向与电流的参考方向一致；电压的参考方向与 电流的参考方向一致。 新知学习 一 、变压器的空载运行 按照参考方向可列出电磁感应定律方程： e—— 线圈的感应电动势。 N—— 线圈的匝数。 一磁通变化率。 新知学习 一 、变压器的空载运行 2. 各电磁量参考方向的规定 变压器空载运行时，当一次绕组接上交流电源 u₁ 后， 一次侧线圈中有电流 i₀ 通过。 在电流₀作用下，线圈中产生交变磁通φ(主磁通),该磁通通过一、二次绕组，在两绕组中分别产生感应电动势e₁、e₂, 如图2-1 所示。 新知学习 一 、变压器的空载运行 2. 各电磁量参考方向的规定 空载电流是指变压器空载运行时通过一次绕组的电流。 (1)空载电流i 新知学习 一 、变压器的空载运行 2. 各电磁量参考方向的规定 根据正弦交流电知识可推导出感应电动势的有效值计算公式： (2)感应电动势的大小 新知学习 一 、变压器的空载运行 2. 各电磁量参考方向的规定 在理想变压器中，由于不计绕组阻抗， 一次绕组感应电动势的大小与外加电压的大小近似相等，则有 U₁≈E₁=4.44fNm 变压器空载运行时，二次绕组开路，产生的感应电动势E₂ 与端电压 U₂ 近似相等，即 U₂≈E₂=4.44fN₂m (3)变压比 新知学习 一 、变压器的空载运行 2. 各电磁量参考方向的规定 由式(2-5)可见，对某变压器而言，当加在一次绕组两边的电压 U₁ 不变时，由于N₁ 、f 为常量，故磁通 基本保持不变，此时 称为恒磁通。 由式(2-5)及式(2-6)可得 (3)变压比 新知学习 一 、变压器的空载运行 2. 各电磁量参考方向的规定 K 称为变压比，简称变比，它是一次绕组与二次绕组之间的电压比。由式(2-7) 可知，当接入的电源电压U₁ 恒定时，若想改变负载端得到的电压U₂, 只需调整变压比K 即可。 (3)变压比 新知学习 一 、变压器的空载运行 小提示 实际变压器在空载运行时存在漏磁通，它是通过一次绕组周围的空间形成闭合回 路而产生的，仅占主磁通的0.25%。 新知学习 一 、变压器的空载运行 小提示 同时，变压器运行时铁心会有损耗，由于绕组内 阻还会产生压降，由于这些量很小，故可以忽略不计。本节讲述的变压器运行相关内 容均指理想变压器，即不计漏磁通的影响，不计绕组的电阻和铁心的损耗。 新知学习 二、变压器的负载运行 1. 负载运行的定义 变压器的负载运行是指变压器的一次绕组接交流电源，二次绕组接负载时的工作状 态，其运行原理如图2-3所示。 新知学习 二、变压器的负载运行 2. 负载运行变流比 变压器负载运行时，由于二次绕组与负载 Z₁相连形成闭合回路，二次侧有感应电流 i₂ 流过。由楞次定律可知，负载电流i 会产生新的磁通来削弱一次绕组产生的磁通①,从 而使感应电动势e₁ 减小。当 u₁不变时，e₁ 的减小会导致一次绕组电流的增大，以使磁通 尽量保持原来的大小， 一次绕组电流由空载电流i₀增大到i, 如图2-3所示。 新知学习 二、变压器的负载运行 2. 负载运行变流比 由于变压器的效率很高，输出功率与输入功率近似相等。即 新知学习 二、变压器的负载运行 3. 阻抗变换 变压器除了可以变换电压、电流外，还可以变换阻抗。 将变压器的一次绕组与电源相连，此时对于电源来讲，变压器相当于它的负载，其阻抗为 新知学习 二、变压器的负载运行 3. 阻抗变换 变压器负载运行时，负载阻抗为 新知学习 二、变压器的负载运行 3. 阻抗变换 新知学习 二、变压器的负载运行 3. 阻抗变换 对电源来讲，接在变压器二次绕组上的负载 Z 经过变压器后，阻抗扩 大到原来的K²倍，实现了变压器的阻抗变换作用，其原理如图2-4所示。 新知学习 二、变压器的负载运行 3. 阻抗变换 在电子系统中，负载要获得最大的输出功率，负载阻抗与电源内阻抗必须相等，这称 为阻抗匹配。但负载阻抗一般是固定的，不能随意改变，因此很难得到满意的阻抗匹配。 这时可以选择适当的变压器，将它接在负载与电源之间，通过调整变压器线圈的匝数比实 现阻抗匹配，从而使负载获得最大的输出功率。变压器的阻抗变换作用在电子技术中经常 用到。 课堂练习 【例2 - 1】 某晶体管收音机的输出阻抗为288 Ω,接入的扬声器的阻抗为8Ω,要 使扬声器获得最大输出功率，在扬声器和收音机之间接入变压器以实现阻抗匹配，试求该 变压器的变压比。若该变压器的一次绕组匝数为528匝，试求二次绕组的匝数。 课堂练习 解：由式(2- 11)得 此时 课堂小结 变压器的空载运行 变压器的负载运行 1 2 负载运行变流比 3 课堂小结 1. 简述空载运行的定义？ 2. 简述各电磁量参考方向的规定？ 3. 简述变压比？ 作业布置 感谢观看 $$