专题十五 自耦变压器（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 专题十五 自耦变压器 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 给出自耦变压器实物图或结构图，要求指出其等关键部件，或区分自耦变压器与普通双绕组变压器在结构上的核心差异 给出自耦变压器使用场景，要求选出正确的操作规范，或指出错误操作可能引发的触电风险。 已知自耦变压器原边电压、原副绕组匝数比，计算副边输出电压或结合场景，判断改变绕组匝数比时副边电压的变化趋势 考纲解读—考试要求 强调 “安全使用” 是职高技能考核的重点，要求学生牢记自耦变压器原副边有电的联系，确保操作规范与安全意识达标。 需掌握变压比公式在自耦变压器中的应用，能根据实际需求初步选择或计算绕组匝数比；同时能区分不同类型自耦变压器的适用场景，解决简单的实际应用问题。 要求学生能准确描述自耦变压器的结构特点，明确其与普通变压器的结构区别，能结合变压原理说明 “为何共用绕组可实现电压变换”。 4 考纲解读—易考题型 简述自耦变压器的结构和原理。 简答题 结合当前智能家居、汽车电子等领域，谈谈自耦变压器的发展趋势及对这些领域的影响 论述题 下列变压器中，属于自耦变压器的是（ ） 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 普通变压器一次、二次绕组之间由磁通相互联系起来,依据法拉第电磁感应定律称之为互感现象,也称互耦现象。根据法拉第电磁感应定律所讲的自感现象制成的变压器,称为自感变压器,也称自耦变压器,其应用范围很广泛。自耦变压器的特点在于:其一次、二次绕组之间不仅有磁的联系,而且也有电的直接联系。 一、自耦变压器的结构 知识点梳理和重点概念复习 自耦变压器与普通变压器相似,也是主要由铁心和一次、二次绕组两部分组成。所不同的是,一次、二次绕组共用一个线圈绕组,如图3-8所示。 一、自耦变压器的结构 知识点梳理和重点概念复习 如果绕组中间的抽头做成可滑动接触的就可构成一个电压可调的自耦变压器。通常将这类可调的自耦变压器称为自耦调压器,如图 3-9 所示。 一、自耦变压器的结构 知识点梳理和重点概念复习 1.自耦变压器的原理接线图 自耦变压器可以看作是由一台双绕组变压器改接而成的。设双绕组变压器一次、二次绕组的总匝数为 N1,二次绕组匝数为N2,额定电压分别为 U1N、U2N,额定电流分别为I1N、I1N,根据变压器原理,变比 K= 二、自耦变压器的原理 知识点梳理和重点概念复习 若将这台双绕组变压器一次、二次绕组按图 3-10 所示串联起来,便成为一台自耦变压器。N2既属于一次绕组的一部分,同时也是二次绕组的组成部分,称为公共绕组，N1称为一次绕组。 自耦变压器可用于升压,也可用于降压。图3-10所示为降压自耦变压器原理接线图。若将电源和负载对调,就成为升压自耦变压器。 二、自耦变压器的原理 知识点梳理和重点概念复习 2.自耦变压器的工作原理 如果在自耦变压器一次绕组上加上电压U,若不考虑绕组的电阻压降和漏抗压降,绕组内有电流通过,铁心内就产生交变的磁通 ,在一次绕组 N1，中产生感应电动势E1,这个电动势与外加电压U1相平衡,即 N1 二、自耦变压器的原理 知识点梳理和重点概念复习 二次绕组 N2中产生的感应电动势 E2与其匝数 N2成正比,即 N2 这个二次绕组 E2与N2匝线圈空载时的输出电压 U20相等,即E2= U20。 当自耦变压器接上负载,二次绕组有电流I2输出时,铁心中磁通 由一次、二次绕组电流的合成磁通势产生,根据法拉第电磁感应定律与楞次定律,1的方向同1的方向相反。2的方向与1的方向相同,1对于1 来说是反电动势。2对于2来说是电源电动势。 二、自耦变压器的原理 知识点梳理和重点概念复习 因此,合成磁通势为 因为空载电流很小,可以忽略,即0,所以上式可变为 + = 在数值上,= =K为变比。 二、自耦变压器的原理 知识点梳理和重点概念复习 3.自耦变压器的容量 自耦变压器的容量为 与一般双绕组变压器容量计算式相同。但对于自耦变压器一次、二次绕组不重合部分的容量 S1与公共绕组的容量S2有其自身的特点。 二、自耦变压器的原理 知识点梳理和重点概念复习 二、自耦变压器的原理 知识点梳理和重点概念复习 从上式可以看出,自耦变压器的容量由两部分组成,其中S2=是借助电磁感应从一次绕组传递到二次绕组的视在功率,即为绕组容量,也称电磁容量。而S=UL则是通过电路的直接联系从一次绕组传递到二次绕组的视在功率,称为传导容量。传递这一部分功率不需要增加绕组的容量。这就是自耦变压器绕组容量小于其额定容量,即小于一般双绕组变压器绕组容量的根本原因。变比越接近于1,传导容量越大,绕组容量越小。这是自耦变压器独有而一般双绕组变压器所没有的特点。 二、自耦变压器的原理 知识点梳理和重点概念复习 4.自耦变压器的简单计算 自耦变压器的计算容量Sj 是自耦变压器额定容量SN、的Kj倍,即 当一次绕组电压 U1大于二次绕组电压 U2(降压变压器)时 当二次绕组电压 U2大于一次绕组电压 U1(升压变压器)时 二、自耦变压器的原理 知识点梳理和重点概念复习 自耦变压器既可降压又可升压,还可调相位。实训室中广泛使用的是单相自耦调压器,输人电压为 220 V,输出电压可在 0~250V之间调整。型号常见的有 TDG 系列自耦调压变压器,其规格数据见表 3-3。 三、自耦变压器的类型、用途及使用时的注意事项 知识点梳理和重点概念复习 自耦变压器常用的几种接线形式如图 3-12 所示。 三、自耦变压器的类型、用途及使用时的注意事项 知识点梳理和重点概念复习 自耦变压器可接成固定升压形式,如图 3-12(a)所示。可接成固定降压形式,如图 3-12(b)所示。可接成可升可降的一般调压形式,如图3-12(c)所示。这几种形式与双绕组变压器没有本质区别。但变相调压和串联调压则不同,特作如下说明。 三、自耦变压器的类型、用途及使用时的注意事项 知识点梳理和重点概念复习 (1)变相调压 将一台单相自耦变压器的输出公共端切断,将输出端焊在中心 110 V抽头处作输出端子,如图 3-12(d)所示。调压器的功能就发生了变化,动触头调到中心点的上端或下端虽然都能进行调压,但电压相位相反,彼此相差 180°。 三、自耦变压器的类型、用途及使用时的注意事项 用这种调压器作伺服机的控制电压调节,非常方便。调压器动触头由中心点向上调节时,测试电机正转数据;动触头由中心点向下调节时,测试电机反转数据。不用倒向开关或交换控制绕组接头,电机就可以正反转。经过这种变换后,调压器一次绕组输人110 V 工频电压，二次绕组输出-110~110V工频电压。缺点是输出端有 110V或相应更高的对地交流电压。为了保证设备及人身安全,要加强绝缘。 知识点梳理和重点概念复习 （2)串联调压 串联调压接线如图3-12(e)所示。这里将负载与调压器线圈串联,把调压器作为具有可调匝数的降压电感线圈使用。它的作用是,可以稳定负载电压,减少损耗,增大调压器容量。另一个特点是,只需要两根线就可以进行调压。很适合夜间(或电压高峰时)作降压调节用,但缺点是不能升压。 三、自耦变压器的类型、用途及使用时的注意事项 常考习题练习与讲解—选择题 答案：B 解析：“变压器”决定其输出电能类型为交流电，“弧焊”需求决定其输出电压为低压，因此核心作用是转换为低压交流电。 1.交流弧焊变压器的主要作用是将电网的高压交流电转换为（ ） A. 高压直流电 B. 低压交流电 C. 低压直流电 D. 高压交流电 24 常考习题练习与讲解—选择题 答案：A 解析：外特性是电源的固有特性，描述的是电源输出端的电压随输出电流变化的规律，与输入参数无关。 2.焊接电源的外特性是指（ ）之间的关系 A. 输出电压与输出电流 B. 输入电压与输入电流 C. 输出电压与输入电流 D. 输入电压与输出电流 25 常考习题练习与讲解—选择题 答案：C 解析：下降外特性可使电弧长度变化时，输出电流波动小，避免电弧熄灭或过热，是保证焊接过程稳定的必要特性。 3.电弧焊接时，要求电源具有（ ）外特性 A. 平 B. 上升 C. 下降 D. 水平 26 常考习题练习与讲解—选择题 答案：B 解析：磁分路为磁通提供额外路径，可分流主磁路中的部分磁通，通过调节分流比例实现焊接电流的改变。 4.磁分路动铁式弧焊变压器中，磁分路的主要作用是（ ） A. 增加主磁路磁通 B. 分流主磁路磁通 C. 固定铁心位置 D. 保护绕组 27 常考习题练习与讲解—选择题 答案：A 解析：可动铁心向外抽出，磁分路磁阻增大，分流的磁通减少，主磁路磁通增加，副绕组感应电动势升高，焊接电流随之增大。 5.调节磁分路动铁式弧焊变压器的电流时，若将可动铁心向外抽出，焊接电流会（ ） A. 增大 B. 减小 C. 不变 D. 先增后减 28 常考习题练习与讲解—选择题 答案：A 解析：同心排列可使绕组结构紧凑，便于通过改变内外绕组的相对距离调节漏磁，符合动圈式变压器的电流调节原理。 6.动圈式弧焊变压器的原、副绕组通常采用（ ）排列方式 A. 同心 B. 交错 C. 平行 D. 重叠 29 常考习题练习与讲解—选择题 答案：B 解析：绕组间距离越大，彼此的磁耦合越弱，漏磁量越大，漏磁产生的感抗阻碍电流，导致焊接电流越。 7.动圈式弧焊变压器中，绕组间距离越大，漏磁越（ ），焊接电流越（ ） A. 大；大 B. 大；小 C. 小；大 D. 小；小 30 常考习题练习与讲解—选择题 答案：C 解析：动圈式弧焊变压器的原、副绕组之间没有专门的磁分路结构，其电流调节主要依靠改变绕组间距离来控制漏磁实现。 8.下列关于动圈式弧焊变压器的说法，错误的是（ ） A. 结构简单 B. 电流调节范围大 C. 磁分路作用明显 D. 依靠漏磁调节电流 31 常考习题练习与讲解—填空题 答案：下降外特性 解析：下降外特性是弧焊电源的核心特征，可保证电弧长度波动时电流变化小，实现稳定焊接，是交流弧焊变压器满足焊接需求的关键。 1.交流弧焊变压器是一种具有______的特殊降压变压器，能满足电弧焊接对电源的要求。 32 常考习题练习与讲解—填空题 答案：可动铁心 解析：可动铁心位置改变会影响磁分路的磁阻，进而改变主磁路磁通和副绕组感应电动势，最终实现焊接电流的调节。 2.磁分路动铁式弧焊变压器通过改变______的位置来调节焊接电流。 33 常考习题练习与讲解—填空题 答案：绕组间距离 解析：绕组间距离决定漏磁大小，距离越大漏磁越强，副绕组输出电流越小，通过改变该距离可实现电流调节并获得下降外特性。 3.动圈式弧焊变压器的原、副绕组之间没有磁分路，主要依靠改变______来调节电流和获得下降外特性。 34 常考习题练习与讲解—填空题 答案：串联电抗器 解析：串联电抗器通过产生感抗来限制电流，其电感量变化会直接影响输出电流大小，同时帮助电源形成下降外特性。 4.带电抗的弧焊变压器中，______是获得下降外特性和调节焊接电流的关键部件。 35 常考习题练习与讲解—判断题 答案：√ 解析：下降外特性的定义即电源输出电压与输出电流呈反向变化关系，这一特性可确保电弧焊接过程稳定。 1.交流弧焊变压器的输出电压随输出电流增大而显著下降，这就是下降外特性。（ ） 36 常考习题练习与讲解—判断题 答案：× 解析：可动铁心插入越深，磁分路磁阻越小，分流的磁通越多，主磁路磁通减少，副绕组输出电压降低，焊接电流随之减小。 2.磁分路动铁式弧焊变压器中，可动铁心插入越深，焊接电流越大。（ ） 37 常考习题练习与讲解—判断题 答案：× 解析：动圈式弧焊变压器可通过移动原绕组、副绕组中的一个或同时移动两者来改变绕组间距离，并非仅需移动副绕组。 3.动圈式弧焊变压器调节电流时，只需移动副绕组位置即可，原绕组无需变动。（ ） 38 常考习题练习与讲解—判断题 答案：√ 解析：电感量越大，电抗器对交流电的阻碍作用（感抗）越强，电路中电流流动阻力越大，因此输出的焊接电流越小。 4.带电抗的弧焊变压器中，电抗器的电感量越大，焊接电流越小。（ ） 39 常考习题练习与讲解—简答题 答案：动圈式弧焊变压器通过改变原、副绕组之间的相对距离来调节电流，绕组移动改变漏磁大小，进而改变输出电流，铁心位置固定；磁分路动铁式弧焊变压器通过改变磁分路中可动铁心的位置来调节电流，可动铁心移动改变磁分路的磁通分流比例，进而改变输出电流，绕组位置固定。 1.动圈式弧焊变压器与磁分路动铁式弧焊变压器在电流调节方式上有何区别？ 40 常考习题练习与讲解—简答题 答案：串联电抗器的主要作用有两点：一是与变压器配合形成下降外特性，满足电弧焊接对电源的要求；二是通过调节电抗器的电感量来改变电路中的感抗，从而实现焊接电流的调节。 2.带电抗的弧焊变压器中，串联电抗器的作用是什么？ 41 常考习题练习与讲解—简答题 答案：普通电力变压器需保证输出电压稳定（平外特性），以满足负载对电压的要求；而电弧焊接时，电弧长度易波动，若电源为平外特性，电弧长度微小变化会导致电流剧烈波动，易使电弧熄灭或烧穿工件。下降外特性可使电弧长度变化时电流变化小，维持电弧稳定，因此交流弧焊变压器需具备该特性。 3.交流弧焊变压器与普通电力变压器相比，为什么需要具有下降外特性？ 42 常考习题练习与讲解—简答题 答案：优点：结构简单，制造方便；电流调节范围大，调节平滑；无磁分路铁心损耗，效率较高。缺点：体积和重量相对较大；绕组移动部分易磨损，维护需求稍高；调节时需移动较重的绕组，操作力度较大。 4.简述动圈式弧焊变压器的优缺点。 43 重点复习知识点： 1、结构：自耦变压器只有一个绕组，兼具原绕组和副绕组功能，绕组中存在 “公共端”，通过引出不同匝数的接线端实现电压变换，与普通双绕组变压器相比，结构更简洁、材料更节省。​ 2、原理：基于电磁感应的互感原理，原边接入交流电源后，绕组产生交变磁通，使绕组自身感应出电动势，通过改变副边引出的绕组匝数（即改变原副边匝数比），从而改变副边输出电压，满足不同用电需求。​ 3、类型、用途及注意事项：常见类型有自耦调压器（用于调节输出电压）、启动自耦变压器（辅助电机启动）；使用时需注意原副边不能接反，必须可靠接地，禁止作为安全隔离变压器使用，避免因原副边有电的联系引发触电事故。 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 44 $