专题十八 小功率电源变压器（课件）-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

《电机与变压器》（第5版） 高教社 专题十八 小功率电源变压器 目录 01 考纲解读 04 内容归纳小结 02 知识点梳理和重点概念复习 03 真题或常考题讲解 2 考纲解读—常见考点 03 02 01 给出具体变压器（如电子设备中的小型变压器、工频配电变压器），判断其属于哪种工作频率类型（工频、中频、高频）。 列举变压器的应用场景（如电压变换、电流变换、隔离），要求对应其核心工作原理（电磁感应、互感现象）。 根据“铁芯是否有闭合磁路”“绕组绕制方式”等描述，区分变压器的铁芯结构类型（壳式、芯式）。 考纲解读—考试要求 要掌握小功率电源变压器基于电磁感应的工作本质，理解“原线圈通交流电产生交变磁场，副线圈感应产生电压”的过程，并能对应其电压变换、隔离等实际功能。 需能对比芯式、壳式铁芯的结构特点（芯式：铁芯包绕组；壳式：绕组包铁芯），并说明不同结构在散热、机械强度、漏磁控制上的区别及适用场景。 要求能明确工频、中频、高频变压器的频率范围，并结合实际应用（如工频用于家电、高频用于开关电源）理解分类依据。 4 考纲解读—易考题型 描述工程场景，要求结合小功率电源变压器，分析原因，并提出 2 种解决措施，考察知识点在实际场景中的应用与问题解决能力。 实际分析题 给出表格，其中部分数据空缺，要求根据已知小功率电源变压器，计算并填写空缺数据，考察对数据计算与规律应用的结合能力。 填空题 给出关于小功率电源变压器，要求选出表述正确的选项，重点考察对基础概念的精准辨析能力。 选择题 5 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 小功率电源变压器是专门用作某些小功率负载的供电电源。按工作频率不同可分为工频中频和高频电源变压器;按铁心结构不同可分为口形及E形、形、R形、0形(环形)变压器;按工作原理分还有线性和非线性变压器。 一、小功率电源变压器 知识点梳理和重点概念复习 (一)按工作频率分类 1.工频电源变压器 工频电源变压器是指工作在 50~60 Hz 频率下的电源变压器。常用的有控制用变压器、行灯变压器、灯丝变压器、各种专用仪器及设备的电源变压器等。主要由铁心及绕组两部分组成,铁心用 0.35 mm 冷轧硅钢片构成,绕组套在铁心上。 一、小功率电源变压器 知识点梳理和重点概念复习 2.中频电源变压器 中频电源变压器是指工作在 400~1 000 Hz频率下的电源变压器。由于工作频率的上升,为减小涡流损耗,铁心用 0.2 mm 冷轧硅钢片构成,且铁心中的磁感应强度 B一般取得较低。它既可工作在正弦波电压下,有时也可能工作在方波(或矩形波)电压下。其他结构与工频电源变压器相同。 一、小功率电源变压器 知识点梳理和重点概念复习 3.高频电源变压器 高频电源变压器是指工作在 10~20 kHz 频率下的电源变压器。它主要用于开关稳压电源的变换器中,它的结构特点是: (1)不能用普通硅钢片制作铁心,一般用铁氧体磁心。它的电阻率高,涡流损耗小。 (2)由于绕组中通过的是高频电流,趋肤效应使导线中心部分电流密度变小,从而减小了导线的有效面积,引起发热,通常使用多股高频铜导线或薄铜箔绕制绕组。 一、小功率电源变压器 知识点梳理和重点概念复习 (二)按铁心结构分类 1.C 形变压器 C形铁心是采用 0.35 mm 晶粒取向冷轧硅钢片裁成一定规格的硅钢带后卷制固定,再分割成两个“U”形,用其制成的变压器通常称为C形变压器。由于该类型变压器制作工艺简单,正在小容量的单相变压器中逐渐普及。随着制造技术的不断成熟,用卷制铁心的三相电力变压器(500 kV·A 以下)将逐步代替传统的叠片式变压器,其主要优点是重量轻、空载损耗小、生产效率高、质量稳定。 一、小功率电源变压器 知识点梳理和重点概念复习 3.R 形变压器 R形变压器是在C形变压器的基础上形成的。其主要结构特点是铁心为整体结构,即铁心由一根在下料机上切割而成的由窄到宽,再由宽到窄连续均匀过渡的晶粒取向冷轧硅钢带卷绕而成。铁心卷绕好后绑扎紧并浸漆处理成形。由于铁心不切割,成闭合形状,因此磁路无空气隙,磁组小,使变压器的空载损耗小,温升低。 一、小功率电源变压器 另外,由于变压器铁心截面为圆形，故称R形。因而绕组骨架也是圆形,一般用 PBT 阻燃工程塑料压制成形,制成拼装式圆形骨架,线圈绕制前先将骨架拼装在R形铁心上,用专用绕线机转动骨架实现线圈的绕制。这样可减少用铜量,变压器体积小、重量轻、噪声低、常采用卧式结构,特别适合于高密度安装的设备中。 知识点梳理和重点概念复习 4.O 形变压器 O形变压器又称环形变压器。工作在工频电源下的O形变压器其铁心用品粒取向冷轧硅钢带或合金钢带绕制而成,再经过扎紧及绝缘处理等过程,形成0形铁心因此 0形变压器也具有R形变压器的优点,且铁心制作简单。其主要不足之处是由于铁心截面呈矩形,因此线圈绕制困难,一般需用专门的绕线机绕制。随着电子技术的飞速发展,高频变压器、脉冲变压器,开关电源及逆变器等大多采用环形铁心结构,其铁心材料为非晶态合金或铁氧体,其工作频率可达数百千赫。 一、小功率电源变压器 知识点梳理和重点概念复习 (三)按工作原理分类 变压器可分为线性变压器和非线性变压器,前面所讲的都是线性变压器,铁心磁通工作在非饱和状态。即铁心磁化曲线的直线段,一、二次绕组的电压与其匝数成正比关系。如果铁心嗞通工作在饱和段,这种变压器称为磁饱和变压器。稳压变压器就是这种磁饱和铁磁谐振式交流稳压器。磁饱和稳压器铁心结构如图3-22 所示。 一、小功率电源变压器 知识点梳理和重点概念复习 铁心柱截面积与一般变压器不同,次绕组放在截面积较大的铁心柱上,一次绕组铁心工作在磁不饱和状态,即远离磁饱和状态二次绕组放在截面积小的铁心柱上,二次绕组铁心工作在近磁饱和状态,即接近即将饱和状态。当输人电压 U1比额定电压低时,输出电压 U2由 N1、N2匝数比决定;当输入电压升高至某一数值时,使二次绕组的铁心中磁通达到饱和状态,若再升高电压,二次绕组铁心中磁通不再增加,二次绕组的感应电动势不再按匝数比上升,使输出电压近似稳定。 一、小功率电源变压器 知识点梳理和重点概念复习 其原理是利用铁心材料磁饱和特性来实现稳定输出电压,如图3-23 所示。其稳压范围:在电源电压变化+10%时,输出电压不超过额定电压+1.5%,甚至更少。 一、小功率电源变压器 知识点梳理和重点概念复习 实用中,以并联铁磁谐振稳压器应用最广它是由一个带磁分路的磁饱和变压器和一个电容并联组成,如图3-24 所示。 一、小功率电源变压器 知识点梳理和重点概念复习 国产有 WCD 和WED 系列产品,WCD 形是在 C形铁心窗口中加人磁分路,使整个铁心成为日字形,如图 3-25所示。 一、小功率电源变压器 知识点梳理和重点概念复习 其稳定范围:当电网电压在+10%~-20%范围变化时,满载输出电压变化不超过±1.5%。WED 形,使用两副 CD 形铁心并在一起使用,如图3-26 所示。稳压变压器应用于对电压稳定性要求较高的设备中,在结构上无转动部分,工作可靠,使用简单,过载能力强,短路时能自动保护,功率因数高,多用于输出功率1 000 W以下的场合。 一、小功率电源变压器 常考习题练习与讲解—选择题 答案：C 解析：壳式铁芯包裹绕组，漏磁小、抗干扰强；但制造工艺复杂、散热性能差。 1.下列关于壳式铁芯小功率变压器的说法，正确的是？（ ） A. 绕组暴露在外 B. 制造工艺简单 C. 漏磁小 D. 散热好 20 常考习题练习与讲解—选择题 答案：C 解析：变压器依赖交变磁场产生互感，直流电产生恒定磁场，无法在副线圈感应电压，这是不能使用直流电的根本原因。 2.小功率电源变压器不能使用直流电的原因是？（ ） A. 直流电电压过低 B. 直流电电流过小 C. 无法产生交变磁场 D. 会烧毁绕组 21 常考习题练习与讲解—选择题 答案：A 解析：工频变压器频率为50/60Hz，低于中频（400Hz~10kHz）和高频（10kHz以上），是频率最低的类型。 3.按工作频率分类，频率最低的小功率变压器是？（ ） A. 工频变压器 B. 中频变压器 C. 高频变压器 D. 超高频变压器 22 常考习题练习与讲解—选择题 答案：B 解析：两者的核心区别是绕组与铁芯的位置关系——芯式是绕组套铁芯，壳式是铁芯包绕组。 4.芯式和壳式铁芯结构的主要区别在于？（ ） A. 铁芯材质 B. 绕组与铁芯的相对位置 C. 绕组数量 D. 功率大小 23 常考习题练习与讲解—选择题 答案：C 解析：隔离变压器的核心功能是电气隔离，原副线圈匝数可相同（电压不变）或不同（同时变压），但本质是不依赖变压仅实现隔离。 5.小功率隔离变压器的特点是？（ ） A. 原副线圈匝数不同 B. 原副线圈匝数相同 C. 仅实现隔离，不改变电压 D. 只能实现电压变换 24 常考习题练习与讲解—选择题 答案：B 解析：频率越高，铁芯的磁密设计值越高，相同容量下所需铁芯和绕组尺寸更小，体积更紧凑。 6.高频小功率变压器的体积优势源于？（ ） A. 功率小 B. 频率高 C. 铁芯薄 D. 绕组细 25 常考习题练习与讲解—选择题 答案：A 解析：舰载设备与航空设备类似，常采用中频电源，对应的变压器为中频类型；其余选项多为工频或高频。 7.下列设备中，使用中频小功率变压器的是？（ ） A. 舰载雷达电源 B. 家用冰箱电源 C. 手机充电宝 D. LED灯电源 26 常考习题练习与讲解—选择题 答案：C 解析：铁芯由高磁导率材料制成，可增强原线圈产生的磁场，并将磁能高效传递到副线圈，减少磁损耗。 8.小功率电源变压器的工作原理中，铁芯的作用是？（ ） A. 导电 B. 储能 C. 增强磁场、传递磁能 D. 散热 27 常考习题练习与讲解—填空题 答案：漏磁 解析：壳式铁芯将绕组完全包裹，磁场泄漏少，电磁干扰小，对信号精度要求高的精密电子设备（如仪器仪表）更适用。 1.壳式铁芯结构的小功率变压器，因其______小的特点，常用于精密电子设备中。 28 常考习题练习与讲解—填空题 答案：匝数 解析：根据电磁感应原理，（U为电压，N为匝数），即电压比与匝数比成正比，这是实现电压变换的核心规律。 2.小功率电源变压器实现电压变换时，原副线圈电压比等于其______比。 29 常考习题练习与讲解—填空题 答案：芯式 解析：铁芯结构是小功率电源变压器的重要分类依据，实际应用中最常见的就是芯式和壳式两种基本结构。 3.按铁芯结构分类，小功率电源变压器主要分为______和壳式两大类。 30 常考习题练习与讲解—填空题 答案：高频 解析：开关电源的工作频率远高于市电，通常在几十kHz到几百kHz，因此其内部的小功率变压器为高频变压器。 4.用于开关电源中的小功率变压器，按工作频率分类属于______变压器。 31 常考习题练习与讲解—判断题 答案：× 解析：直流电产生恒定磁场，无法在副线圈中产生感应电压；其工作原理基于交流电产生的交变磁场，即电磁感应现象。 1.小功率电源变压器的工作原理基于直流电产生的磁场耦合。（ ） 32 常考习题练习与讲解—判断题 答案：× 解析：壳式铁芯需要将绕组包裹，铁芯装配更复杂；芯式铁芯只需将绕组套在铁芯柱上，制造工艺更简单。 2. 按铁芯结构分类，壳式铁芯的制造工艺比芯式更简单。（ ） 33 常考习题练习与讲解—判断题 答案：√ 解析：普通家电使用市电（工频50/60Hz），其电源适配器中的小功率变压器多为工频类型，用于将市电降压。 3.工频小功率变压器常用于普通家电的电源适配器中。（ ） 34 常考习题练习与讲解—判断题 答案：× 解析：电气隔离与电压变换可同时实现，例如家电电源适配器中的变压器，既能将220V市电降压为低压，又能实现原副边电气隔离。 4.小功率电源变压器实现电气隔离时，无法同时实现电压变换。（ ） 35 常考习题练习与讲解—简答题 答案：核心工作原理是电磁感应（互感）现象。过程：原线圈接入交流电，产生交变磁场；磁场通过铁芯耦合到副线圈；副线圈中的导体切割交变磁场的磁力线，产生感应电动势（电压），从而实现能量从原边到副边的传递。 1.小功率电源变压器的核心工作原理是什么？请简要说明其过程。 36 常考习题练习与讲解—简答题 答案：因为不同频率下铁芯损耗特性不同。高频时，硅钢片的涡流损耗和磁滞损耗大，效率低；铁氧体具有高磁导率、低高频损耗的特点，适合高频场景。工频时，铁氧体磁导率在低频下优势不明显，硅钢片的涡流和磁滞损耗小，更适合工频环境。 2.为什么高频小功率变压器多采用铁氧体铁芯，而工频变压器多采用硅钢片铁芯？ 37 常考习题练习与讲解—简答题 答案：可实现电压变换、电流变换、电气隔离三大功能。举例：电气隔离功能应用于手机充电器，充电器内的小功率变压器使220V市电侧（原边）与手机充电侧（副边）无直接电气连接，避免手机漏电时危及人身安全。 3.小功率电源变压器按工作原理可实现哪些功能？请举例说明其中一种功能的应用。 38 常考习题练习与讲解—简答题 答案：介于工频（50/60Hz）和高频（10kHz以上）之间，频率范围400Hz~10kHz。典型应用于航空、航海设备，因为中频比工频体积更小、重量更轻，便于设备轻量化；比高频技术更成熟、成本更低，适合移动设备的电源需求。 4.中频小功率变压器的频率范围介于哪两类变压器之间？其典型应用场景为什么选择中频？ 39 重点复习知识点： 1.按工作频率分类：分为工频、中频、高频。频率决定其铁芯材质和绕组设计，高频变压器多采用铁氧体铁芯以减少损耗。 2.按铁芯结构分类：主要有芯式和壳式。芯式铁芯由铁芯柱和上下铁轭组成，绕组套在铁芯柱上，散热性好，常用于功率较大的设备；壳式铁芯将绕组包裹在铁芯中，漏磁小、机械强度高，适合小功率电子设备。 3.按工作原理分类：核心基于电磁感应中的互感现象。通过原副线圈的匝数比实现电压变换、电流变换，利用铁芯隔离原副边电路实现电气隔离，广泛应用于小功率设备的电源供电与信号传输。 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。 课堂小结 40 $