变压器的应用教案

1、课题：变压器的应用课型：讲授教学目的要求：1、掌握变压器在电压变换方面的应用：自耦变压器、电压互感器。2 、 掌握变压器在 电 流 变换方面的应用：电流互感器、钳形电流表。3 、 了解变压器阻抗变换方面的应用。教学重点、难点：教学重点：变压器的电压变换和电流变化及其应用。教学难点：变压器空载运行和电压变换，负载运行与电流变换。教学分析：本次课通过对变压器空载运行时，原副线圈中感应电动势的分析得出变压器的变压比概念，然后具体分析利用电压变换原理的两种常用电器元件自耦变压器及电压互感器的工作原理， 最后通过例题巩固其知识点。电流变化及阻抗变换也基本采用这一模式来讲解相关内容。复习、提问：1、变压器

2、工作原理是什么？2、变压器的额定值有哪些，其关系是怎样的？教学过程：上节课讲述了变压器的工作原理和有关磁路方面的概念。今天我们来看看变压器有哪些应用。一、空载运行和电压变换精选文库原线圈接上交流电压，铁心中产生的交变磁通同时通过原、副线圈，原、副线圈中交变的磁通可视为相同。设原线圈匝数为N1，副线圈匝数为N2，磁通为，感应电动势为E1N1N 2t，E2t由此得E1N1E2N 2图 1 变压器空载运行原理图忽略线圈内阻得U 1N1KU 2N2上式中 K 称为 变压比 。由此可见：变压器原副线圈的端电压之比等于匝数比。如果 N1< N2， K < 1，电压上升，称为升压 变压器。如果

3、N1> N2， K > 1，电压下降，称为降压 变压器。应用实例：1、自耦变压器实验室中常用的调压器就是一种可改变副绕组匝数的自耦变压器(a) 符号(b) 外形(c)实际电路图 2 自耦变压器原副边电压之比是：2、电压互感器(a) 构造(b) 接线图-图 3电压互感器2精选文库电压互感器属于仪用互感器的一种，它的优点是：使测量仪表与高压电路分开，以保证工作安全。扩大测量仪表的量程。注意点：（ 1） 为了工作安全，电压互感器的铁壳及副绕组的一端都必须接地，以防高、低压线圈绝缘损坏时，低压线圈和测量仪表对地产生一个高电压，危及工作人员的人身安全。（ 2） 副线圈不允许短路。如果电压互感

4、器的二次侧运行中短路，二次线圈的阻抗大大减小，就会出现很大的短路电流，使副线圈因严重发热而烧毁。因此在运行中互感器不允许短路。一般电压互感器二次侧要用熔断器。只有 35 千伏及以下的互感器中，才在高压侧有熔断器其目的是当互感器发生短路时把它从高压电路中切断。二、负载运行和电流变换负载运行：变压器的原绕组接电压U1 ，副绕组接负载Z L 这种运行状态称为负载运行。根据能量守恒定律，变压器输出功率与从电网中获得功率相等，即P1 = P2，由交流电功率的公式可得U 1I 1 cos 1= U 2I 2 cos 2式中 cos 1原线圈电路的功率因数；cos 2副线圈电路的功率因数。1，2 相差很小，

5、可认为相等，因此得到U1I 1= U2I2I 1N 21I 2N1K可见，变压器工作时原、副线圈的电流跟线圈的匝数成反比。高压线圈通过的电流小，用较细的导线绕制； 低压线圈通过的电流大， 用较粗的导线绕制。 这是在外观上区别变压器高、低压绕组的方法。1、电流互感器：-3精选文库由于I1N21K i（ a）构造(b) 接线图（ Ki 称为变I 2N1K流比）图 4电流互感器所以I1=K iI2为了安全起见应采取：（ 1）电流互感器副线圈的一端和铁壳必须接地。（ 2）使用电流互感器时，副绕组电路是不允许断开的。电流互感器二次侧不许开路运行。接在电流互感器副线圈上的仪表线圈的阻抗很小，相当于在副线圈

6、短路状态下运行。互感器副线圈端子上电压只有几伏。因而铁芯中的磁通量是很小的。 原线圈磁动势虽然可达到几百安或上千安或更大。 但是大部分被短路副线圈所建立的去磁磁动势所抵消， 只剩下很小一部分作为铁芯的励磁磁动势以建立铁芯中的磁通。 如果在运行中副线圈断开， 副边电流等于零， 那么起去磁作用的磁动势消失，而原边的磁动势不变， 原边被测电流全部成为励磁电流， 这将使铁芯中磁通量急剧，铁芯严重发热以致烧坏线圈绝缘， 或使高压侧对地短路。 另外副线圈开路会感应出很高的电压，这对仪表和操作人员是很危险的所以电流互感器二次侧不许断开。2、钳形电流表利用钳形电流表可以随时随地测量线路中的电流，是电流互感器的

7、一种变形。它的铁心如同一钳形，用弹簧压紧。测量时将钳口压开而引入被测导线。这时该导线就是原绕组，副绕组绕在铁心上并与电流表接通。利用钳表可以随时随地测量线路中的电流，不必像普通电流互感器那样必须固定在一处，或则像普通电流表在测量时要断开电路而将原绕组串接进去。图 5钳表原理图-4精选文库三阻抗变换U1设变压器初级输入阻抗为 | Z1| ，次级负载阻抗为 | Z2| ，则 Z1I1将 U1N1 U2，I1N 2I 2 代入，得N2N12U 2Z1N1N 2I 2因为U 2Z 2I 2N12所以Z1Z 2K2Z2N 2可见，次级接上负载| Z2| 时，相当于电源接上阻抗为K 2| Z2| 的负载。

8、应用：阻抗匹配在电子电路中，为了提高信号的传输功率和效率，常用变压器将负载阻抗变换为适当的数值，以取得最大的传输功率和效率，这种做法称为阻抗匹配(a) 变压器电路(b) 等效电路图 6 变压器的阻抗变换作用-5精选文库四、例题：【例 1】有一电压比为220/110V 的降压变压器，如果次级接上55的电阻，求变压器初级的输入阻抗。解 1：次级电流I 2U 2110Z 2255初级电流KN1U 12202N 2U 2110I 221I 12K输入阻抗Z1U 1220220I 11解 2：变压比KN1U 12202N 2U 2110N12输入阻抗Z1Z 2K 2Z2 455220N2【例 2】有一信

9、号源的电动势为1V ，内阻为600，负载电阻为 150。欲使负载获得最大功率，必须在信号源和负载之间接一匹配变压器，使变压器的输入电阻等于信号源的内阻，如图 7 所示。问：变压器变压比，初、次级电流各为多少?图 7解:负载电阻R2 = 150，变压器的输入电阻R1 = R0 = 600 ，则变比应为KN1R1600N2R22150初、次级电流分别为I 1R0E10.83 10 3 A0.83 mAR1 600600I 2N1I 12 0.831.66 mAN2例 3已知一变压器N1=800， N2=200， U1=220V， I 2=8A，负载为纯电阻，忽略变压器的漏磁和损耗，求变压器的副边电

10、压U，原边电流 I ，输入、输出功率。21解：变压比K=N/N=800/200=412副边电压U2=U1/K=220/4=55V原边电流I1=I 2/K=8/4=2A-6精选文库输入功率S1=U1I 1=440V·A输出功率S2=U2I 2=440V·A可见当变压器的功率损耗忽略不计时，它的输入功率与输出功率相等，这是符合能量守恒定律的。 例 4图 8 所示电路中，某交流信号源的电动势E=120V，内阻 R0=800，负载电阻RL=8。试求：（1）如图8(a) 所示，信号源输出多大功率？负载电阻RL 吸收多大功率？信号源的效率多大？（ 2）若要信号源输给负载的功率达到最大，

11、负载电阻应等于信号源内阻。今用变压器进行阻抗变换，则变压器的匝数比应选多少？阻抗变换后信号源的输出功率多大？负载吸收的功率多大？此时信号源的效率又为多少？(a) 负载与信号源直接相连(b) 变压器进行阻抗变换图8 例4的电路解：（ 1）由图 8 可得信号源的输出功率为Pi IEEE 21202R0RLERL17.8WR0800 8负载吸收的功率2PI2RL21200.176WERL8008R0RL8P0.1769效率=17.8Pi（2）如图 8 所示，变压器把负载RL 变换为等效电阻RLR0800变压器的匝数比应为N1RL80010N2RL8-7精选文库这时信号源输出功率为：PiROE 212029WRL '160022E120PI 2RLRL800 4.5W负载吸收的功率为：R0RL800 800效率为：P4.5=50Pi9经过（ 1）（ 2）两题的计算和比较后我们发现，利用变压器进行