中职《变压器》讲课稿ppt课件.ppt

变压器 1 教学目标 一 知识与技能1 知道变压器的构造 了解变压器的工作原理 2 理解理想变压器原 副线圈中电压与匝数的关系 能应用它分析解决有关问题 二 过程与方法在探究变压比和匝数比的关系中培养学生运用物理理想化模型分析问题 解决问题的能力 三 情感 态度与价值观1 使学生体会到能量守恒定律是普遍适用的 2 培养学生实事求是的科学态度 教学重点 探究变压比和匝数比的关系 教学难点 探究变压比和匝数比的关系 教学方法 实验探究法 阅读法 讲解法 教学手段 学生电源 可拆变压器 交流电压表 交流电流表 灯泡 2 几万伏 220V 3 照明灯电压 220伏机床上照明灯 36伏半导体收音机电源电压不超过10伏大型发电机交流电压 几万伏远距离输电 几十万伏电视机显像管却需要10000V以上电压需要一种改变电压的设备 以适应各种不同的需要 变压器就是改变交流电压的设备 4 常见变压器 电力变压器 接触调压器 三相干式变压器 5 常见变压器 电源变压器 环形变压器 控制变压器 6 变压器的分类 按用途 电力变压器 互感器 特殊用途变压器 按绕组数目 双绕组变压器 三绕组变压器 自耦变压器 按相数 单相变压器和三相变压器 按冷却介质和冷却方式 油浸式变压器和干式变压器 按铁芯结构 芯式变压器和壳式变压器 按调压方式 无励磁调压变压器 有载调压变压器 按容量大小 小型变压器 中型变压器 大型变压器和特大型变压器 7 课本分类 单相变压器 三相变压器和特殊变压器 8 变压器用途 电力系统中实现电能的远距离高效输送 合理配电 安全用电 如 电力变压器 配电变压器 供给特殊电源用的专用变压器 如 炼钢炉供电的电炉变压器 大型电解电镀 直流电力机车供电的整流变压器 测量用的仪用变压器 控制系统实现信号的传输 控制变压器 直到仅传输信号的非常小的无线电变压器 9 一 变压器的构造 1 示意图 原线圈 副线圈 铁芯 2 构造 1 闭合铁芯 绝缘硅钢片叠合而成 2 原绕组 一次或初级绕组 其匝数用n1表示 3 副绕组 二次或次级绕组 其匝数用n2表示 4 输入电压 U1 输出电压 U2 单相变压器 10 变压器文字符号 T 11 3 电路图中符号 问题 变压器副线圈和原线圈电路是否相通 变压器原副线圈不相通 那么在给原线圈接交变电压U1后 副线圈电压U2是怎样产生的 铁芯与线圈互相绝缘 12 若给原线圈接直流电压U1 变压器有哪些部件 其功能是什么 答 1副线圈电压U2为零 2变压器的主要部件是器身 即铁芯和绕组铁芯构成变压器的主磁路 也是绕组的机械骨架 绕组构成变压器的电路 用来输入和输出电能 这里面的绕组就是我们所说的原副线圈 习题 13 二 变压器的工作原理 互感现象 变压器通过闭合铁芯 利用互感现象实现了电能 U1 I1 到磁场能 变化的磁场 再到电能 U2 I2 转化 原线圈 副线圈 铁芯 互感现象 在原副线圈中由于有交变电流而发生的互相感应现象 若给原线圈接直流电压 U副线圈电压U2 14 变压器的工作原理 原线圈接交流电 在铁芯中产生变化的磁通量 在铁芯中产生变化的磁通量 副线圈有交流电 原线圈产生感应电动势 副线圈产生感应电动势 15 变压器通过闭合铁芯 利用互感现象实现了 电能 磁场能 电能 U1 I1 变化的磁场 U2 I2 若给原线圈接直流电压U1 副线圈电压U2 探究1 使用可拆变压器有不闭合到闭合 观察接在副线圈两端的小灯泡的亮度变化 试分析原因 探究2 做过实验的变压器铁芯用手触摸有什么感觉 说明了什么 触摸变压器的原副线圈有什么感觉 说明什么 16 闭合铁芯实现了电能 磁场能 电能的转换 由于原副线圈中的电流共同产生的磁通量绝大部分通过铁芯 使能量在转换过程中损失很小 为了便于研究 物理学中引入了一种理想化模型 理想变压器 下面我们定量分析理想变压器的变压规律 无磁损 无铜损 无铁损 理想变压器 17 研究原副线圈两端电压关系的实验 18 三 理想变压器的变压规律 原 副线圈中产生的感应电动势分别是 E1 n1 t E2 n2 t E1 n1 E2 n2 原线圈回路有 U1 E1 I1r1 0 则U1 E1 副线圈回路有 E2 U2 I2r2 U2 则U2 E2 若不考虑原副线圈的内阻 则U1 E1 U2 E2则 U1 U2 n1 n2 KK是变压比 19 理想变压器原副线圈的端电压之比等于这两个线圈的匝数之比 n2 n1U2 U1 升压变压器 n2 n1U2 U1 降压变压器 U1 U2 n1 n2 20 四 理想变压器的变流规律 问题 原副线圈的电流可能满足何规律 1 理想变压器输出功率应等于输入功率 即 U1I1 U2I2 I1 I2 U2 U1 n2 n1 P出 P入 21 2 理想变压器原副线圈的电流跟它们的匝数成反比 I1 I2 n2 n1 1 K 变压器工作时 高压线圈匝数多而通过的电流小 可用较细的导线绕制 低压线圈匝数少而通过的电流大 应当用较粗的导线绕制 这也是判定高压线圈和低压线圈的一种方法 此公式只适用于一个副线圈的变压器 22 理想变压器工作时的几个关系 即 U1I1 U2I2 P入 P出 此公式只适用于一个副线圈的变压器 23 U1 输入输出电压 电流 功率大小之间的因果关系 1 输入功率P1由输出功率P2决定 P1 P2 2 U1由电源决定 3 U2由U1和匝数比决定 U2 n2 n1 U1 4 I2由U2和负载决定 I2 U2 R 5 I1由I2和匝数比决定 I1 n2 n1 I2 24 例1 理想变压器原 副线圈的匝数比n1 n2 4 1 当导体棒在匀强磁场中向左做匀速直线运动切割磁感线时 图中电流表A1的示数12mA 则电流表A2的示数为 A 3mAB 0C 48mAD 与负载R的值有关 解析 变压器只能工作于交流电路 不能工作在恒定电流和恒定电压的电路 导体棒向左匀速切割磁感线时 在线圈n1中通过的是恒定电流 不能引起穿过线圈n2的磁通量变化 在副线圈n2上无感应电动势出现 所以A2中无电流通过 25 例2 一理想变压器 其原线圈2200匝 副线圈440匝 并接一个100 的负载电阻 如图所示 1 当原线圈接在44V直流电源电源上时 电压表示数为 V 电流表示数为 A 2 当原线圈接在220V交变电源上时 电压表示数为 V 电流表示数为 A 此时输入功率为 W 0 0 44 0 44 19 36 26 n2 180 180 3A 解 所以 3A 练习1 一理想变压器 原线圈匝数n1 1100 接在电压220V的交流电源上 当它对11只并联的 36V 60w 的灯泡供电时 灯泡正常发光 由此可知副线圈的匝数n2 通过原线圈的电流I1 27 练习2 如图所示 一理想变压器原 副线圈的匝数比为n1 n2 3 1 有四只相同的灯泡连入电路中 若灯泡L2 L3 L4均能正常发光 则灯泡L1 A 也能正常发光B 较另三个灯暗些C 将会烧坏D 不能确定 L3 L4 L1 U1 L2 28 例3 钳形电流表的外形和结构如图 a 所示 图 a 中电流表的读数为1 2A 图 b 中用同一电缆线绕了3匝 则A 这种电流表能测直流电流 图 b 的读数为2 4AB 这种电流表能测交流电流 图 b 的读数为0 4AC 这种电流表能测交流电流 图 b 的读数为3 6AD 这种电流表既能测直流电流 又能测交流电流 图 b 的读数为3 6A C 29 A U增大 I增大 P1增大 C U减小 I减小 P1减小 D U不变 I减小 P1不变 B U不变 I减小 P1增大 例4 如图所示 理想变压器的原线圈接高电压 变压后接用电器 线路电阻不计 S原来闭合 且R1 R2 现将S断开 那么交流电压表的示数U 交流电流表的示数I和用电器上R1的功率P1将分别是 D 30 2020 4 2 五 变压器的运行特性 一 变压器的外特性和电压变化率 电压变化率 反映电压的稳定性变压器主要性能指标电力变压器 U 2 3 当U1 U1N cos 2不变时 U2 f I2 2 纯电阻负载 1 感性负载 3 容性负载 31 2020 4 2 例3某单相变压器的额定电压为10000 230V 接在10000V的交流电源上向一电感性负载供电 电压调整率为0 03 求变压器的电压比 空载和满载时的二次电压 解 变压器的电压比为 空载时的二次电压U20 U2N 230V满载时的二次电压U2 U2N 1 U 230 1 0 03 223V 32 2020 4 2 二 变压器的效率特性 输出功率 输入功率 cos 2不变时 效率 f I2 电力变压器 最大效率出现在I2 0 5 0 7 I2N 33 2020 4 2 小结 单相变压器的功率关系 1 一次绕组的视在功率S1 UN1IN12 二次绕组的视在功率S2 UN2IN23 输入功率P1 UN1IN1cos 14 输出功率P2 UN2IN2cos 25 变压器的损耗P PFe PCu 1 铜损耗PCu R1I12 R2I22 2 铁损耗PFe Ph Pe6 效率 34 2020 4 2 例4一铁心线圈 加上12V直流电压时 电流为1A 加上110V交流电压时 电流为2A 消耗的功率为88W 求后一种情况下线圈的铜损耗 铁损耗 解 由直流电压和电流求得线圈的电阻为 由交流电流求得线圈的铜损耗为PCu RI2 12 22 48W由有功功率和铜损耗求得线圈的铁损耗为PFe P PCu 88 48 W 40W 35 2020 4 2 任务4三相变压器 1 三相变压器组 三个独立单相变压器组成的变压器组 特点 三相之间只有电的联系 没有磁的联系 一 三相变压器的种类 36 2020 4 2 2 三相心式变压器 铁心为三相所共有的三相变压器 特点 三相之间既有电的联系 又有磁的联系 37 3 1 4变压器的基本结构 38 3 1 4变压器的基本结构 39 变压器的基本结构 一 铁芯作用 构成变压器的磁路系统 且固定绕组 构成 由0 27 0 3 0 35mm厚的冷轧硅钢片叠成 每片硅钢片的两面涂绝缘漆膜 且冲压成一定形状 铁芯分铁芯柱 铁轭两部分 制造工艺 采用交叠式 主要使叠缝相互交叠 以减少接缝间隙 从而减少磁路的磁阻 芯柱截面是内接于的多级矩形 40 变压器的基本结构 三相芯式变压器示意图 41 feifei45 2 铁心形式 铁心是变压器的主磁路 电力变压器的铁心主要采用心式结构 它是将A B C三相的绕组分别放在三个铁心柱上 三个铁心柱由上 下两个铁轭连接起来 构成闭合磁路 如图 42 2 绕组绕组是变压器的电路部分 它是用纸包的绝缘扁线或圆线绕成 右图为交叠式绕组3 其他结构部件以典型的油侵式电力变压器为例 其他结构部件有 油箱 储油柜 散热器 高压绝缘管套以及继电保护装置等 43 feifei45 绕组 绕组是变压器的电路部分 它是由铜或铝的绝缘导线绕制而成 为了便于绝缘 低压绕组靠近铁心柱 高压绕组套在低压绕组外面 44 45 feifei45 油箱 油浸式变压器均要有一个油箱 装入变压器油后 将组装好的器身装入其中 以保证变压器正常工作 变压器油用作加强变压器内部绝缘强度和散热作用 46 feifei45 储油柜 变压器在运行中 随着油温的变化 油的体积会膨胀和收缩 为了减少油与外界空气的接触面积 减小变压器受潮和氧化的概率 通常在变压器上部安装一个储油柜 俗称油枕 47 feifei45 呼吸器 变压器随着负荷和气温变化 各变压器油温不断变化 这样油枕内的油位随着整个变压器油的膨胀和收缩而发生变化 为了使潮气不能进入油枕使油劣化 将油枕用一个管子从上部连通到一个内装硅胶的干燥器 俗称呼吸器 硅胶对空气中水份具有很强的吸附作用 干燥状态状态为兰色 吸潮饱和后变为粉红色 吸潮的硅胶可以再生 48 feifei45 冷却器 直接装配在变压器油箱壁上 对于强迫油循环风冷变压器 电动泵从油箱顶部抽出热油送入散热器管簇中 这些管簇的外表受到来自风扇的冷空气吹拂 使热量散失到空气中去 经过冷却后的油从变压器油箱底部重新回到变压器油箱内 无论电动泵装在冷却器上部还是下部 其作用是一样的 49 feifei45 绝缘套管 变压器绕组的引出线从油箱内部引到箱外时必须经过绝缘套管 使引线与油箱绝缘 绝缘套管一般是陶瓷的 其结构取决于电压等级 1kV以下采用实心磁套管 10 35kV采用空心充气或充油式套管 110kV及以上采用电容式套管 为了增大外表面放电距离 套管外形做成多级伞形裙边 电压等级越高 级数越多 50 feifei45 分接开关 变压器常用改变绕组匝数的方法来调压 一般从变压器的高压绕组引出若干抽头 称为分接头 用以切换分接头的装置叫分接开关 分接开关分为无载调压和有载调压两种 前者必须在变压器停电的情况下切换 后者可以在变压器带负载情况下进行切换 分接开关安装在油箱内 其控制箱在油箱外 有载调压分接开关内的变压器油是完全独立的 它也有配套的油箱 瓦斯继电器 呼吸器 51 feifei45 气体继电器 气体继电器又称为瓦斯继电器 是变压器的一种保护装置 安装在油箱与储油柜的连接管道中 当变压器内部发生故障时 如绝缘击穿 匝间短路 铁芯事故 油箱漏油使油面下降较多等 产生的气体和油流 迫使气体继电器动作 轻者发出信号 以便运行人员及时处理 重者使断路器跳闸 以保护变压器 52 feifei45 压力释放阀 当变压器内部发生严重故障而产生大量气体时 油箱内压力迅速增加 为防止变压器发生爆炸 油箱上安装压力释放阀 53 油箱 气体继电器等 示意图如下 54 4 变压器的额定值 1 额定容量S变压器视在功率的惯用数值 以VA KVA MVA表示 2 额定电压U变压器各绕组在空载额定分接下端子间电压的保证值 对于三相变压器额定电压系指线电压 以V或KV表示 3 额定电流I变压器的额定容量除以各绕组的额定电压所计算出来的线电流值 以A表示单相变压器的一次 二次绕组的额定电流为I1N SN U1NI2N SN U2N三相变压器的一次 二次绕组的额定电流为I1N SN U1NI2N SN U2N 4 额定频率我国工业用电频率为50HZ 55 变压器的型号 型号表示一台变压器的结构 额定容量 电压等级 冷却方式等内容 如 SFPL 6300 110 56 额定频率 50Hz 额定容量 910kVA 额定电压 一次侧 6300V 额定电压 二次侧 400 231V 额定电流 一次侧 83 4A 额定电流 二次侧 1313A 57 五 几种常用变压器 1 自耦变压器 升压变压器 降压变压器 问题 有没有只用一组线圈来实现变压的变压器 自耦变压器的原副线圈共用一个线圈 58 2020 4 2 可调式自耦变压器 调压器 使用 220V电源时 输入线接在1 3两端 使用 110V电源时 输入线接在1 2两端 旋转手柄 改变耦合匝数 能在4 5之间得到0 250V的不同输出电压 接线柱 59 2 互感器 电流互感器 电压互感器 使用时把原线圈与电路并联 原线圈匝数多于副线圈匝数 使用时把原线圈与电路串联 原线圈匝数少于副线圈匝数 60 2020 4 2 二 电流互感器 实现用低量程的电流表测量大电流 被测电流 电流表读数 N2 N1 61 2020 4 2 注意 1 二次绕组绝不许开路 否则一次绕组中流过的大电流使铁心过热而烧坏绕组绝缘 二次绕组中因匝数很多 将产生高电压 可能将绝缘击穿 危及安全 2 在运行中若要拆下电流表 应先将二次绕组短路后再进行 3 铁心和二次绕组的一端必须可靠接地 以免绝缘损坏时 高压侧电压传到低压侧 危及仪表及人身安全 4 电流表内阻抗应很小 否则影响测量精度 62 3 7 3电流互感器 作用 把被测的大电流通入电流互感器的原边 变换成副边的小电流 送到电流表或控制回路 结构特点 原边绕组匝数少 截面大 串入被测回路 副边匝数多 截面小 串接小阻抗仪表 63 原理分析 正常运行时相当于变压器副边短路 被测的大电流计算 I1 kiI2I2 副边额定电流 规定为5A或1Aki 电流互感器的电流比 注意事项 1 电流互感器副方不允许开路 开路后 原方电流全为励磁作用 铁芯过饱和 电压较高 铁芯严重发热 2 电流互感器副绕组一端和铁芯须可靠接地 3 7 3电流互感器 64 3 7 4电压互感器 作用 把被测的大电压通入电压互感器的原边 变换成副边的小电压 送到电压表或控制回路 结构特点 原边绕组匝数多 截面小 并联接入被测回路 副边匝数少 截面大 串接线圈阻抗大的电压仪表 65 2020 4 2 二 仪用互感器 实现用低量程的电压表测量高电压 被测电压 电压表读数 N1 N2 一 电压互感器 66 2020 4 2 2 铁心和二次绕组的一端必须可靠接地 以防一次侧高压绕组绝缘损坏时 其上带上高电压而触电 3 电压互感器有一定的额定容量 使用时不宜接过多的仪表 否则将影响互感器的准确度 注意 1 二次绕组绝不允许短路 否则短路电流很大 将互感器烧坏 为此应串联熔断器作短路保护 67 注意事项 1 电压互感器副边绝不允许短路 因短路电流将使绕组发热 破坏绝缘 危及人身和设备的安全 2 电压互感器铁心和副绕组的一端必须可靠接地 保障人身安全 原理分析 正常运行时相当于变压器副边开路 被测的大电压计算 U1 kvU2U2 副边额定电压 规定为100V或100 30 5Vkv 电压互感器的电压比 3 7 4电压互感器 68 例4 为了保证用电安全 家庭居室的室内