4.2 变压器（课件）-《电工电子技术与技能》同步精品课堂（高教版）

《电子电工技术与技能》（高教版） 高等教育出版社 同步精品课程——中职专业课 第4章 常用电器 4.2 变压器 知识目标 1.理解变压器的基本原理和工作机制。 2.掌握变压器的结构组成，包括铁芯、初级线圈和次级线圈。 3.能够解释变压器的变压比概念及其计算方法。 能力目标 1.分析能力：学生能够分析变压器的结构和工作原理，理解其中的关键因素和相互作用。 2.计算能力：学生能够运用变压器的相关公式计算输出电压、输入电流、功率等参数，加深对变压器原理的理解。 情感目标 1.激发学生对科学技术的兴趣和热爱，培养对电气领域的探索精神和求知欲。 2.提升学生的自信心和学习动力，让他们在学习变压器知识时勇于尝试、勤于思考。 3.培养学生的观察力和耐心，让他们能够细心观察电路中涉及的变压器部件和运作情况。 三维目标 导入情景 01 “在课堂上展示一个未连接电源的变压器实物模型，并准备了一张填空表格让学生观察并推测变压器的工作原理。给学生一张填空表格，请学生观察这个变压器实物模型，根据观察结果填写表格中的空白。” 单相变压器实物图和图形符号如图2.4.9所示。 新知学习 02 一、变压器的结构 变压器的铁心是变压器的磁路部分。为了减少铁心内部的涡流损耗和磁滞损耗，铁心一般用0.35 mm厚的冷轧硅钢片叠成。铁心一般分为心式和壳式两大类，心式变压器在两侧铁心柱上安置绕组，壳式变压器在中间铁心柱上安置绕组。 绕组是变压器的电路部分。它由漆包线或绝缘的扁铜线绕制而成，套在铁心上。变压器一般有两个或两个以上的绕组，接电源的绕组称为一次绕组(或原绕组)，接负载的绕组称为二次绕组(或副绕组 )。 新知学习 02 电子线路中，总希望负载获得最大功率，而负载获得最大功率的条件是负载阻抗等于信号源的内阻，此时称为阻抗匹配。但在实际工作中，负载的阻抗与信号源内阻一般不相等，这就需要利用变压器进行阻抗匹配，使负载获得最大功率。设|Z1|为变压器一次绕组输入阻抗|Z2|为二次绕组负载阻抗，则有|Z1|=K²|Z2|。 通过上式可知，负载阻抗通过变压器接电源时，相当于该阻抗增加为K²倍。 二、变压器变阻抗的原理 新知学习 02 在任何瞬间，两个或两个以上的绕组中感应电动势极性相同的两个端点，称为同名端，同名端也称为同极性端。绕组的同名端取决于绕组的绕向。在电路图中，变压器绕组的同名端常用点“·”或星号“*”表示，如图2.4.12所示，U1端与u1端为同名端。 三、变压器的同名端 新知学习 02 变压器对电网来说相当于用电设备，因此希望损耗小、效率高;但对负载来说，它又相当于一个电源，要求其供电电压稳定。因此表示变压器运行特性的主要指标有两个:一是效率;二是输出电压的稳定性。从图2.4.14中可以看出，变压器的外特性与负载的大小和性质有关。随着负载的增大，对于纯电阻负载，端电压下降较少;对于电感性负载， 端电压下降较多;对于电容性负载，端电压却上升。当负载的 功率因数过低、输出电流过大时，若是电感性负载，将引起 输出电压过低;若是电容性负载，将引起输出电压过高;两者都 会给负载的运行带来不良影响。 四、变压器的运行特性 新知学习 02 电流互感器的外形及测量电路如图2.4.18所示。电流互感器的一次绕组的导线较粗，匝数很少，它串联在被测电路中，流过被测电流工。二次绕组的导线较细，匝数较多，与电流表串联，电流为其工作原理为变压器的变流原理。电流互感器M<N，可将线路上的大电流变为小电流进行测量被测电流的大小等于二次侧电流表的读数与变流比的乘积。通常其二次绕组的额定电流为5A。 五、电流互感器 新知学习 02 电压互感器的外形及测量电路如图2.4.19所示。电压互感器的-次绕组匝数较多，与被测线路并联;二次绕组匝数较少，与电压表并联。其工作原理为变压器的变压原理电压互感器M<N，可将线路上的高电压变为低电压来测量，被测电压的大小等于二次侧电压表的读数与变压比的乘积。通常规定其二次绕组的额定电压为 100 V。 六、电压互感器 新知学习 02 普通变压器的一次、二次绕组在电路上是相互分开的，无直接的电联系。而自耦变压器二次绕组电路是从一次绕组抽头而来。因此自耦变压器的一次、二次绕组之间不仅有磁耦合，电路还互相连通，如图2.4.20所示。改变抽头位置，即可在二次绕组获得所需电压。与同容量的自耦变压器相比，抽头做成滑动触点即可构成自耦调压器，如图2.4.21所示。 七、自耦变压器 新知学习 02 20世纪70年代以前生产的电力变压器铁心采用热轧硅钢片，其主要缺点是变压器体积大、损耗大、效率低，主要型号为S系列。80年代起生产的新型电力变压器的铁心均采用高磁导率、低损耗的冷轧晶粒取向硅钢片，以降低损耗，提高变压器的效率，这类变压器以 S7及S9为代表产品。 我国最新一代的油浸式变压器为S11、S13系列，现已开始批量生产，其损耗更小。SH11系列非晶合金油浸式变压器的铁心不再采用传统的硅钢片制作，而是采用铁基、铁镍基、钴基等非晶带材料制作，具有体积小、效率高、节能等优点。我国已开始生产10 kV、500 kV·A以下的非晶合金变压器。 八、节能低耗三相电力变压器 新知学习 02 采用Multisim10仿真软件(也可采用实际变压器)连接变压器的变电流实验电路，如图2.4.11所示，分别设定变压器一次绕组:二次绕组匝数及交流电源电压数值(频率是50Hz)，二次侧接入20Ω负载电阻，用交流电流表分别测出一次、二次电流数值，填于表2.4.2中。变换一次绕组、二次绕组匝数，再多测几组数据。计算匝数比与电流比，根据一次、二次电流数值与其匝数关系，总结变压器的变电流规律，见表2.4.2. 九、变压器的变电流实验 小试牛刀 题目 1： 变压器在工作时，如果一次绕组接通交流电源，而二次绕组未接负载电器，变压器的铁芯会？ A. 发热 B. 不发热 C. 发出嗡嗡声 D. 短路 答案：B 解析：在二次未接负载的情况下，变压器的铁芯不会发热，因为二次没有电流流过，不会导致铁芯损耗。 尝试解答下面习题 小试牛刀 题目 2： 当变压器负载变化引起温升过高时，应该？ A. 增大输入电压 B. 减小输入电压 C. 升级变压器容量 D. 降级变压器容量 答案：C 解析：当变压器负载变化引起温升过高时，应该升级变压器容量，以确保变压器在安全温度范围内工作。 尝试解答下面习题 单相变压器的基本结构包括以下哪些部分？ A. 铁芯、初级绕组、次级绕组、绝缘材料 B. 铁芯、次级绕组、初级绕组、绝缘材料 C. 铁芯、绝缘材料、初级绕组、次级绕组 D. 初级绕组、次级绕组、铁芯、绝缘材料 解析：正确答案是A。单相变压器的基本结构包括铁芯、初级绕组、次级绕组和绝缘材料等组成部分，它们共同实现电能的变压和传输。 小试牛刀 题目 3： 在变压器中，铁损主要是由什么引起的？ A. 感应电流 B. 滞后磁化 C. 铁芯本身电阻 D. 交变磁场 答案：B 解析：铁损是由于铁芯在交变磁场中发生磁化以及消磁的过程中产生的磁滞现象所引起的。 尝试解答下面习题 小试牛刀 题目 4： 变压器的额定电压是指？ A. 变压器在额定容量时的输出电压 B. 变压器在额定容量时的输入电压 C. 变压器正常工作时的电压 D. 变压器的额定容量 答案：C 解析：变压器的额定电压是指变压器正常工作时设计所应承受的电压。 尝试解答下面习题 题目 5： 变压器工作时，如果一次绕组和二次绕组短路会引起什么结果？ A. 变压器过载 B. 变压器损坏 C. 变压器不升压 D. 变压器铁心饱和 答案：B 解析：一次绕组和二次绕组短路会导致变压器损坏，因为会导致大电流流过绕组，造成过热损坏。 小试牛刀 尝试解答下面习题 题目 6： 在变压器中，为什么需要加入油作为绝缘和冷却介质？ A. 提高效率 B. 提高绝缘强度 C. 减小铁损 D. 提高载流能力 答案：B 解析：油在变压器中既可以提高绝缘强度，又可以起到冷却的作用，保证变压器正常运行。 小试牛刀 尝试解答下面习题 题目 7： 变压器的温升主要是由哪些因素决定的？ A. 电压 B. 电流 C. 铁损 D. 耦合系数 答案：B 解析：变压器的温升主要由流过绕组的电流大小决定，电流越大，温升越高。 小试牛刀 尝试解答下面习题 题目 8： 在变压器中，为什么铁芯要采用硅钢片制成？ A. 提高导磁率 B. 降低电阻 C. 减小剩磁 D. 提高机械强度 答案：A 解析：铁芯采用硅钢片制成是为了提高导磁率，降低铁损。 小试牛刀 尝试解答下面习题 题目 9： 一个变压器的变压比为4：1，即初级线圈匝数为200，次级线圈匝数为50。如果在初级线圈中通入10A的电流，求次级线圈中的电流是多少？ 答案：根据变压器的匝数比公式：I1/I2=N1/N2。 其中，(I1) 和 (I2) 分别为初级线圈和次级线圈中的电流，(N1) 和 (N2) 分别为初级线圈和次级线圈的匝数。 代入已知数据进行计算：10/I2=50/200; 10/I2=1/4 解得：(I2 = 10/4= 2.5A) 因此，次级线圈中的电流为2.5A。 小试牛刀 尝试解答下面习题 题目 10： 一个变压器的变压比为1：3，即初级线圈匝数为100，次级线圈匝数为300。如果在变压器的次级线圈接入一个电阻为6欧姆的负载，求这个负载在初级线圈中看到的阻抗是多少？ 答案：次级线圈中负载的阻抗，即(Z2 = 6 欧姆)。根据变压器的变压比关系，次级线圈上的电压是初级线圈电压的三分之一，所以次级线圈中的电流将是初级线圈中的三倍。 根据阻抗的定义，(Z = V/I)，我们知道阻抗与电压 成正比、与电流成反比。因此，次级线圈上的阻抗 会变为初级线圈上阻抗的三倍。初级线圈中看到的 阻抗为(Z1 = 3×Z2 = 3×6 = 18欧姆)。 小试牛刀 尝试解答下面习题 课堂小结 03 本节课我们学习了变压器的基本原理和工作机制。在课堂上，我们深入探讨了以下内容：变压器的结构：我们了解了变压器由铁芯和线圈组成，分为初级线圈和次级线圈。铁芯能够产生磁场，线圈则通过电流产生磁场，从而实现电压的变换。变压器的工作原理：我们学习了变压器的工作原理，即根据电磁感应定律，当初级线圈通电时，产生的磁场会感应出次级线圈中的电动势，从而实现电压的升降。变压器的变压比：我们了解了变压器的变压比概念，即初级线圈与次级线圈的匝数比例，可以决定电压的升降比率。变压器的应用：我们探讨了变压器在电力传输、电子设备和家用电器中的应用，以及它在现代社会中的重要性。 通过本节课的学习，我们深入了解了变压器的原理和应用，为我们进一步学习电气相关知识打下了基础。 作业布置 04 根据所学的变压器原理，设计一个简单的变压器实验，并记录实验步骤和结果。 研究一种实际应用中常见的变压器，并分析其工作原理和作用。写出一份200字左右的报告。 计算一个变压器的变压比，已知初级线圈匝数为200，次级线圈匝数为800。 描述变压器的核心材料对变压器性能的影响，并举例说明。 感谢观看 $$