专题三 变压器的基本原理（教案）-河北省对口升学《电机与变压器》（第5版）(高教社）专题复习讲练测

专题三 变压器的基本原理（教案）-河北省对口升学《电机与变压器》（第5版）(高教社）专题复习讲练测

一、考纲解读

1.考纲明确要求学生能准确识记变压器相关基础概念，清晰界定 “变压器” 的本质，熟记空载运行、负载运行的定义。

2.考纲强调对 “变压器基本工作原理” 的深度理解，而非单纯记忆，核心是让学生掌握 “电生磁、磁生电” 的能量传递逻辑。

3.要求学生能对比分析空载运行与负载运行的核心差异，把握两种状态下 “电流、电压、能量” 的变化规律，避免混淆。

4.考纲注重理论与实际结合，要求学生能将变压器的原理与作用应用到具体场景，体现 “学以致用”。

二、知识点梳理

一、变压器的基本工作原理

由变压器的结构可知,变压器主体是铁心及套在铁心上的绕组。把接交流电源的绕组设定为一次绕组,其匝数用字母N,表示。把接负载(如节能灯)的绕组设定为二次绕组,其匝数用字母N, 表示,如图 1-15 所示。当一次绕组接通交流电源时,二次绕组接的节能灯就会发光。

这是什么道理呢?这需要依据电磁感应原理来说明:穿过绕组的磁通量发生变化时,绕组中便有感应电动势产生,如果绕组电路闭合,便产生感应电流。说具体些,就是一次绕组接通交流电源时,在一次绕组中就有交变电流通过,这个电流将激励铁心产生交变的磁通。由于一次、二次绕组套在同一铁心柱上,铁心中的交变磁通同时交链一次、二次绕组,于是在两绕组中都产生感应电动势。显然,对于负载来说,二次绕组中的感应电动势相当于电源,在二次绕组接通的回路中,便有电流通过,使节能灯发光。

由此可见,当变压器一次绕组通以交流电流时,在其铁心中产生交变磁通,根据电磁感应原理,一次、二次绕组都产生感应电动势,二次绕组的感应电动势相当于新的电源,变压器是利用电磁感应原理进行电能传递的电磁转换装置。变压器将一次侧交流电压,电流通过电磁感应传递给二次侧的电压,电流,其大小与一次侧不同或相同,从而达到电能传递的目的,传递时电源率不变,这就是变压器的基本工作原理。

二、变压器的空载运行

将变压器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。

图1-16 所示为单相变压器空载运行原理。

1.变压器有关各量正方向的规定

由于变压器中电压、电流、磁通及电动势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,首先要规定它们的正方向。通常是这样规定的:

(1)在一次绕组内,电流的正方向与电压的正方向一致。

(2)磁通的正方向与电流的正方向之间关系符合右手螺旋定则。

(3)绕组感应电动势的正方向与产生该电动势的磁通正方向一致,符合右手螺旋定则。

(4)在二次绕组内,电流的正方向与电动势的正方向一致。

(5)在二次绕组端,电压的正方向与电流的正方向一致。

2.变压器中各有关量间的关系

根据电磁感应定律,主磁通将在一次绕组、二次绕组中产生感应电动势。如果将一次绕组看成一次侧电源的负载,将二次绕组看成变压器负载的电源,按照基尔霍夫电压定律(回路电压定律),在一次绕组中的电动势与外加电压大小相等,方向相反。

二次绕组的感应电动势与同相位。

因此可画出理想变压器空载运行的相量图,如图1-17 所示。

3.变压器一次、二次绕组感应电动势的大小

根据法拉第电磁感应定律,对于N匝线圈,其感应电动势大小为

式中    e——感应电动势瞬时值,单位是 V(伏); N——绕组匝数;

          ΔФ——磁通变化量,单位是 Wb(韦);

          Δt--时间变化量,单位是s(秒)

.变压器的变压比

由于一次、二次绕组匝数不同,主磁通在一次、二次绕组中感应电动势的大小也就不同。根据式(1-8)可以求得变压器的一次、二次绕组电动势的比值,称为变压器的变压比,简称变比,用符号K表示,则

式(1-9)表明,变压器的变比K等于一次、二次绕组匝数之比。当K>1时,是降压变压器;当K<1 时,是升压变压器;当K=1时,是隔离变压器。变比是变压器的一个重要运行参数。

5.实际变压器空载运行时的相量关系

实际运行的变压器空载时,绕组电阻、漏磁通、铁损都不能忽略,此时,空载电流I。既建立了主磁通、漏磁通,又提供了铁损和绕组铜损所需要的电流。

三、变压器的负载运行

变压器一次绕组接在电源上,二次绕组与负载连接时的运行情况,称为变压器的负载运行。

图 1-19 表示单相变压器负载运行原理图。