专题十四 交流弧焊变压器（课件）-河南省对口招生《电压与变压器》（第5版）(高教社）专题复习讲练测

专题十四 交流弧焊变压器 《电压与变压器》（第5版） 高教社 考纲解读 知识点梳理和重点概念复习 真题或常考题讲解 内容归纳小结 考纲解读--常见考点 1.电路基本定律：掌握欧姆定律（U=IR）和基尔霍夫定律（KCL、KVL）的应用，能分析简单串联、并联电路的电压、电流及功率分配。 2.变压器工作原理与参数计算：理解电磁感应原理在变压器中的应用，掌握变压比（K=N₁/N₂=U₁/U₂）的计算方法，区分升压与降压变压器的结构差异。 3.安全用电规范：明确安全用电的基本原则（如避免带电操作、正确接地），掌握漏电保护器、空气开关等防护装置的作用及使用场景。 01 02 03 考纲解读--考试要求 变压器原理应用：能根据变压器的匝数比或电压比公式（K=N₁/N₂=U₁/U₂），计算输入输出电压或匝数，并解释负载变化对输出功率的影响。 安全操作规范：能识别并纠正不安全用电行为（如湿手操作、过载使用插座），说明接地保护、漏电保护的必要性及操作步骤。 电路分析能力：能运用欧姆定律和基尔霍夫定律，结合分压、分流公式，计算复杂电路中的电压、电流及功率分布，分析故障原因（如短路、断路）。 如“变压器的主要作用是（ ）A.改变电流频率B.变换交流电压C.储存电能D.产生磁场”，需结合电磁感应原理选择正确答案。 选择题 简答题 如“简述变压器的工作原理”，需结合电磁感应、互感现象及能量守恒定律分步骤解释。 实操分析题 如“变压器的变压比等于______与______之比”，需填写“初级匝数”“次级匝数”或“输入电压”“输出电压”。 考纲解读--易考题型 知识点梳理和重点概念复习--知识点思维导图 知识点梳理和重点概念复习 一、交流弧焊变压器概述 1.交流弧焊变压器的优越性 交流弧焊变压器又称交流弧焊机，以结构简单、成本较低、制造容易、维修方便、经久耐用著称，在生产实际中应用很广泛。交流弧焊机的主要部分是弧焊变压器，它实际上是一台特殊的降压变压器。 2.电弧焊所用焊条对弧焊变压器的要求 电弧焊是靠电弧放电的热量来熔化金属的，电焊条就是用来被熔化的金属。焊接时的起弧电压为60~75 V,起弧后电压降至30~35 V,当焊条碰在工件上时，即短路，短路电流不应过大，也不应过小。为了适应不同的焊接要求，焊接电流应能够在较大的范围内进行调节。 知识点梳理和重点概念复习 如果使一台变压器的特性符合上述电焊条的要求，它就可以作为一台弧焊变压器。为此，对弧焊变压器的要求归纳如下： (1)变压器空载时具有足够的引弧电压60~80 V,即空载电压。 (2)有负载时要求电压急剧下降到30～35 V,即工作电压。 (3)当焊条与工件短接时，二次绕组电流不应过大。 (4)负载持续率(也称暂载率)符合实际要求。 知识点梳理和重点概念复习 弧焊电源大多是非连续工作的，一个工作周期是指负载运行持续时间加空载休止时间，因此将负载运行持续时间与工作周期之比值的百分率称为负载持续率。它的大小表示在额定负载持续率情况下使用的额定电流。焊接电流与负载持续率的关系为 遵守负载持续率的目的是防止变压器过热造成损失。第一个要求是起弧电压必须足够，否则难以起弧。 第二个要求也就是弧焊变压器必须具有陡降的外特性，如图3-14所示。 为了使弧焊变压器具有陡降的外特性，必须使它工作时具有电感性负载，使二次回路具有相当大的电抗以限制短路电流和使电弧稳定。也要求弧焊变压器具有较大且可以调节的漏磁通，以限制短路电流和得到使电弧稳定的电压。 知识点梳理和重点概念复习 遵守负载持续率的目的是防止变压器过热造成损失。第一个要求是起弧电压必须足够，否则难以起弧。 第二个要求也就是弧焊变压器必须具有陡降的外特性，如图3-14所示。 为了使弧焊变压器具有陡降的外特性，必须使它工作时具有电感性负载，使二次回路具有相当大的电抗以限制短路电流和使电弧稳定。也要求弧焊变压器具有较大且可以调节的漏磁通，以限制短路电流和得到使电弧稳定的电压。 弧焊变压器的结构特点是铁心的气隙较大，一次、二次绕组不是同心地固定套在一起装在一个铁心柱上，而是分两部分装在两个铁心柱上。再利用磁分路法或串联可变电抗器法来调节漏抗的大小，以获得不同的外特性。 知识点梳理和重点概念复习 二、磁分路动铁式弧焊变压器 1.磁分路动铁式弧焊变压器的结构及原理 图3-15(a)是磁分路动铁式弧焊变压器的原理图，BX1-330型(BS-330型)是这类交流弧焊机的典型结构。这类变压器有三只铁心柱，两边是主铁心，中间是动铁心。变压器的一次绕组绕在一个铁心柱上，二次绕组分为两部分，一部分绕在一次绕组的外层，主要起建立电压作用。另一部分绕在另一铁心柱上，主要起降压作用。由于动铁心上下有两个空气隙，并且可以推进和拉出，这样就可以方便地改变变压器的漏磁通。当动铁心在全部推进位置时，漏磁通增多，空载电压与二次绕组有效匝数有关。输出电压随输出电流的增加而下降较快；当动铁心在全部拉出位置时，漏磁通减少，空载电压增加，输出电压随输出电流的增大而下降较慢。调节动铁心的位置可以获得较满意的外特性曲线。 知识点梳理和重点概念复习 2.焊接电流的调节 焊接电流可以粗调，也可以细调。一般情况下是先粗调，后细调。 电流粗调靠改变二次绕组匝数(在二次绕组粗调接线板上改变接线片)来实现。二次绕组输出端接线板上有五个接线柱，如图3-15(b)所示。1、5接线柱分别接焊接钳和工件；2、3、4接线柱用铜板作不同连接来实现电流的粗调节。2-3连接时，绕组总匝数多，空载电压高，降压绕组匝数多，电流小；3-4连接时，绕组总匝数少，空载电压低，降压绕组匝数少，输出电流大。判断的原则是总有效匝数减少时电流小，总有效匝数增多时电流大。BX,-330型动铁式交流弧焊机的输出特性曲线如图3-15(d)所示。 知识点梳理和重点概念复习 电流的细调节，是靠移动动铁心以改变弧焊变压器的漏磁通来实现的。向外移动动铁心，磁阻增大，漏磁通减小，则电流增大。反之，向内移动动铁心，磁阻减小，漏磁通增大，则输出电流减小。细调是通过手柄移动动铁心的位置来调节漏抗，从而使电流得到均匀调节。 知识点梳理和重点概念复习 这类弧焊机的优点是不用单独的电抗器，所以它体积较小，重量较轻。它的活动铁心有上下两个气隙，焊接时，在动铁心的上下两个气隙处都产生对活动铁心的吸力，因此，它受电磁力的作用得以平衡，振动较小。小电流焊接时，振动也较轻微，而且电流波动小，电弧较稳定。 近年来，不少弧焊机使用部门和维修电工，从实践中不断总结经验，设计出多种磁分路动铁式弧焊机。与老结构相比，它们重量轻、材料省、电流调节范围广，而且二次绕组没有抽头，大幅度调节电流也不用换铜板。有的工厂已投入批量生产制造这种弧焊机。二次绕组无倒板动铁式弧焊变压器的结构如图3-16所示。只调节动铁心，即可使电流由50 A调到300 A。具体制造请参见有关资料。 知识点梳理和重点概念复习 三、动圈式弧焊变压器 BX₃-300(BK-300)型属动圈漏磁式交流弧焊机。 动圈式弧焊变压器的结构如图3-17所示。这种弧焊机的特点是：一次绕组和二次绕组是上下分别地叠放在铁心柱上。它的磁耦合很不紧密，漏磁较大，借螺旋手柄1的转动来上下移动一次绕组2,改变它与二次绕组3的距离L₀,通过改变一次、二次绕组磁耦合紧密程度来达到调节焊接电流的目的。如果转动手柄1,使L。增大时，漏磁通增加，漏抗也增加，输出焊接电流减小；反之，如果转动手柄1,使L。减小，二次绕组输出焊接电流则增大。 知识点梳理和重点概念复习 动圈式弧焊变压器同磁分路动铁式变压器一样，都是属于改变漏磁类的弧焊变压器，但二者改变漏磁的方法却不同。动铁式用活动铁心改变漏磁通，动圈式则是通过改变一次、二次绕组的相对位置的靠近(或远离)来减少(或增大)漏磁的，从而改变了一次、二次绕组的耦合程度。它的一次绕组是可动的，二次绕组是固定的，两绕组之间距离不同，漏磁通不同。绕组间的距离最大时，空间漏磁通达到最大值，漏抗最大，这时空载输出电压最低，焊接电流最小；当两绕组接近时，漏磁通减少，漏抗减小，空载输出电压就升高，这时焊接电流就增大。 这种电焊变压器的优点是没有动铁心，磁路中无空气隙。因此，避免了焊接时动铁心的振动产生的噪声和由此而带来的电流不够稳定的弊端。 知识点梳理和重点概念复习 四、带电抗的弧焊变压器 1.同体组合带电抗的弧焊变压器 BX₂-500(BC-500)型属于同体组合电抗式交流弧焊机。它的结构特点是：整个弧焊机由变压器和电抗器两部分组合而成。变压器的铁心是日形。上部分为电抗器，其作用是获得下降的外特性，下部分为变压器，它将电网220 V或380V的电压降到60～80 V。铁心上部装有活动铁心，中部有一个公共磁轭，是电抗器和变压器的公用磁路。变压器的一次、二次绕组分绕在两侧铁心柱上，BX₂-500型弧焊机的结构如图3-18所示。电抗线圈3在铁心上部，与二次绕组2顺向串联或反向串联。 知识点梳理和重点概念复习 2.异体组合电抗器弧焊变压器 异体组合电抗器弧焊变压器的结构如图3-19所示。它由两部分组成，一部分是变压器，它与普通变压器相同，为了调节输出的空载电压，在一次绕组中备有分接头，以改变一次绕组的匝数；另一部分是可变电抗器，它是由具有可调气隙的电感线圈组成的，调节电感线圈铁心气隙的大小，以改变电抗值。电抗器的绕组串联在变压器的二次绕组中。应用时，起弧电压由一次绕组的分接头位置决定，短路电流的大小由电抗器决定。当需要小电流时，将电抗器的空气隙调小，其电抗将增加，二次绕组的电抗虽然不变，但由于电抗器的作用，总电抗增大了，电流也就随之减小了；当需要增大电流时，使电抗器的空气隙增大，其电抗将减小，焊接电流就增大了。 知识点梳理和重点概念复习 焊接时，由于电感线圈的电压降使焊机获得陡降的外特性。电流调节靠转动手柄，改变电抗器动铁心与定铁心的相对位置来实现。动铁心上移，间隙增大，电抗减小，则电流增大；动铁心下移，间隙减小，电抗增大，则电流减小。BX₂-500型弧焊机的输出特性曲线如图3-20所示。 知识点梳理和重点概念复习 这类弧焊机因为有电抗器，消耗材料较多，体积和重量均较大。同时由于活动铁心的存在，焊接时有振动。小电流焊接时，动、静铁心间隙小，磁力大，振动更厉害，容易使电流波动，电弧不稳。因此，这类电焊机不适合做小电流焊接。 另外，还有BX₆-120型手提抽头式，BP-3X500型多站式等类型的交流弧焊机，在此不一一介绍。它们的基本原理是相同的，读者可自行分析。 常考习题练习与讲解--选择题 1.变压器的铁芯采用硅钢片叠压而成，主要目的是（ ） A.减少涡流损耗 B.增强机械强度 C.提高导磁率 D.降低制造成本 答案：A 解析：硅钢片表面绝缘，可限制铁芯内涡流路径，从而减少涡流发热导致的能量损耗。 常考习题练习与讲解--选择题 2.某变压器初级匝数为1000匝，次级匝数为200匝，若初级输入电压为220V，则次级输出电压为（ ） A.11V B.44V C.110V D.440V 答案：B 解析：根据变压比公式K=N₁/N₂=U₁/U₂，代入数据得U₂=U₁×N₂/N₁=220×200/1000=44V。 常考习题练习与讲解--选择题 3.下列行为中符合安全用电要求的是（ ） A.用湿毛巾擦拭通电的灯具 B.将多个大功率电器接在同一插座上 C.检修电路前先切断电源 D.用铜丝代替保险丝 答案：C 解析：湿手操作易触电，过载使用插座会引发火灾，铜丝熔点高无法起到短路保护作用，均属违规操作。 常考习题练习与讲解--选择题 4.在串联电路中，各电阻的电压分配与阻值（ ） A.成正比 B.成反比 C.无关 D.不确定 答案：A 解析：串联电路电流相等，根据U=IR，电压与电阻成正比。 常考习题练习与讲解--选择题 5.变压器空载运行时，其损耗主要是（ ） A.铜耗 B.铁耗 C.机械损耗 D.介质损耗 答案：B 解析：空载时初级电流很小，铜耗可忽略，主要损耗为铁芯中的磁滞损耗和涡流损耗（铁耗）。 常考习题练习与讲解--选择题 6.下列元件中，不能储存电能的是（ ） A.电阻 B.电容 C.电感 D.电池 答案：A 解析：电阻是耗能元件，电容储存电场能，电感储存磁场能，电池储存化学能。 常考习题练习与讲解--选择题 7.基尔霍夫电流定律（KCL）的本质是（ ） A.能量守恒 B.电荷守恒 C.动量守恒 D.质量守恒 答案：B 解析：KCL指出节点流入电流等于流出电流，体现电荷在节点处的守恒。 常考习题练习与讲解--选择题 8.安全用电中，“两关一开”指的是（ ） A.关闭电源、关闭燃气、开启通风 B.关闭电器、关闭门窗、开启照明 C.关闭总闸、关闭设备、开启报警 D.关闭手机、关闭火源、开启疏散通道 答案：A 解析：“两关一开”是燃气安全操作规范，即关闭燃气阀门、关闭厨房门、开启窗户通风。 常考习题练习与讲解--填空题 1.变压器的变压比等于________与________之比。 答案：初级匝数、次级匝数（或输入电压、输出电压） 解析：根据K=N₁/N₂=U₁/U₂，变压比由匝数或电压决定。 常考习题练习与讲解--填空题 2.欧姆定律的数学表达式为________。 答案：U=IR 解析：欧姆定律描述电压、电流、电阻的关系，适用于线性电路。 常考习题练习与讲解--填空题 3.安全用电中，漏电保护器的作用是________。 答案：检测到漏电时自动切断电源 解析：漏电保护器通过检测零序电流，在漏电时快速跳闸，防止触电。 常考习题练习与讲解--填空题 4.基尔霍夫电压定律（KVL）指出，任一闭合回路中________的代数和等于零。 答案：各元件电压降 解析：KVL体现回路中能量守恒，电压升等于电压降。 常考习题练习与讲解--判断题 1.变压器只能变换交流电压，不能变换直流电压。（ ） 答案：正确 解析：变压器依赖电磁感应原理，直流电无法产生交变磁场，故无法工作。 常考习题练习与讲解--判断题 2.用湿布擦拭通电的插座属于安全操作。（ ） 答案：错误 解析：湿布导电，可能导致触电，应先断电再清洁。 常考习题练习与讲解--判断题 3.并联电路中，总电阻小于任一并联电阻的阻值。（ ） 答案：正确 解析：并联电阻的等效电阻公式为1/R=1/R₁+1/R₂，总电阻必小于任一电阻。 常考习题练习与讲解--判断题 4.变压器的效率等于输出功率与输入功率之比。（ ） 答案：正确 解析：效率公式为η=P₂/P₁×100%，反映能量转换的有效性。 常考习题练习与讲解--简答题 1.简述变压器的工作原理。 答案：变压器由铁芯和绕在其上的初级、次级绕组组成。当初级绕组通入交流电时，产生交变磁场，通过铁芯耦合到次级绕组，根据电磁感应定律，次级绕组中会感应出电动势，从而实现电压变换。变压比K=N₁/N₂=U₁/U₂，匝数多的一侧电压高（升压），匝数少的一侧电压低（降压）。 常考习题练习与讲解--简答题 2.如何安全使用电气设备？ 答案：①避免湿手操作，保持设备干燥；②不超负荷使用插座，避免电线过载；③定期检查线路绝缘层，及时更换老化部件；④检修前切断电源并挂牌警示；⑤使用合格的漏电保护器和接地装置。 常考习题练习与讲解--简答题 3.计算：某电路中，电阻R=10Ω，两端电压U=220V，求通过电阻的电流I及消耗的功率P。 答案：根据欧姆定律，I=U/R=220V/10Ω=22A；功率P=UI=220V×22A=4840W。 常考习题练习与讲解--简答题 4.说明基尔霍夫电流定律（KCL）的应用场景。 答案：KCL适用于分析电路中节点的电流关系。例如，在复杂并联电路中，通过KCL可确定各支路电流的分配，或验证电路计算的正确性。如某节点流入电流为5A和3A，流出电流为2A和6A，则5+3=2+6，符合KCL。 课堂小结 重点复习知识点： 1.熟练掌握欧姆定律（U=IR）和基尔霍夫定律（KCL、KVL），能运用分压、分流公式解决串联、并联电路问题，分析电压、电流、功率的分配关系。 2.理解电磁感应在变压器中的应用，掌握变压比公式，区分升压与降压变压器的结构特点，明确空载与负载运行时的损耗差异（铁耗与铜耗）。 3.牢记“人身安全优先”原则，掌握漏电保护器、空气开关等防护装置的作用，规范操作，识别并纠正不安全行为。 阅读相关教材和课堂笔记，梳理重点知识点和关键概念。制作复习提纲或思维导图，以帮助理清知识框架和内部逻辑。进行练习题和例题的练习，加深对知识的理解和应用。 感谢 观看 $$