变压器基础教案

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第七章变压器

7.1变压器的构造&

7.2变压器的工作原理

一、教学目标

1、了解变压器的构造、分类、额定值及使用注意事项。

2、理解变压器的工作原理，了解变压器的用途。

二、教学重点、难点分析

重点：

1、理解变压器的工作原理。

2、知识点：电压变换、电流变换、阻抗变换、电压平衡方程。

难点：

1、理解变压器的工作原理。

三、教具

可拆变压器、学生电源、演示电流表等。

电化教学设备。

四、教学方法

讲授法(以启示讲解为主)，多媒体课件。

五、教学过程

Ⅰ.知识回顾

1、产生电磁感应现象的条件。

2、法拉第电磁感应定律。

II.新课

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一、变压器的构造

1、变压器的分类

1）按用途分：电力变压器、专用电源变压器、调压变压器、测量变压器、隔离

变压器。

2）按结构分：双绕组变压器、三绕组变压器、多绕组变压器已经自耦变压器。

3）按相数分：单相变压器、三相变压器和多相变压器。

2、变压器的构造

基本构造：由铁心和绕组构成。

铁心是变压器的磁路通道，是用磁导率较高且相互绝缘的硅钢片制成，以便

减少涡流和磁滞损耗。按其构造形式可分为心式和壳式两种，如图1(a)、(b)所示。

图1心式和壳式变压器

线圈是变压器的电路部分，是用漆色线、沙包线或丝包线绕成。其中和电源

相连的线圈叫原线圈(初级绕组)，和负载相连的线圈叫副线圈(次级绕组)。

3、额定值及使用注意事项

1）额定值

①额定容量——变压器二次绕组输出的最大视在功率。其大小为副边额定电流

的乘积，一般以千伏安表示。

②原边额定电压——接到变压器一次绕组上的最大正常工作电压。

③二次绕组额定电压——当变压器的一次绕组接上额定电压时，二次绕组接上

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额定负载时的输出电压。

2）使用注意事项

①分清一次绕组、二次绕组，按额定电压正确安装，防止损坏绝缘或过载。

②防止变压器绕组短路，烧毁变压器。

③工作温度不能过高，电力变压器要有良好的绝缘。

二、变压器的工作原理

变压器是按电磁感应原理工作的，原线圈接在交流电源上，在铁心中产生交

变磁通，从而在原、副线圈产生感应电动势，如图2所示。

1、变压器的空载运行和变压比

如图2所示，设原线圈匝数为N，端电压为U；副线圈匝数为N，端电压为

112

U。则，原、副线圈（一次、二次绕组）电压之比等于匝数比，即

2

UN

11n（式7－1）

UN

22

n叫做变压器的变压比或变化。

注意：上式在推导过程中，忽略了变

压器原、副线圈的内阻，所以上式为理

图2变压器空载运行原理图

想变压器的电压变换关系。

2、变压器的负载运行和变流比

在图2的副线圈端加上负载|Z|，流过负载的电流为I,分析理想变压器原线圈、

22

副线圈的电流关系。

将变压器视为理想变压器，其内部不消耗功率，输入变压器的功率全部消耗

在负载上，即UIUI

1122

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将上式变形带入（式7－1），可得理想变压器电流变换关系

IUN1

122（式7－2）

IUNn

211

3、变压器得阻抗变换作用

设变压器初级输入阻抗为|Z|，次级负载阻抗为|Z|，则

12

U

Z1

1I

1

NN

将U1U，I2I代入，得

1N21N2

21

N2U

Z12

1NI

22

因为U

2Z

I2

2

N2

所以Z1Zn2Z

1N22

2

Z

即1n2（式7－3）

Z

2

可见，次级接上负载|Z|时，相当于电源接上阻抗为n2|Z|的负载。变压器的

22

这种阻抗变换特性，在电子线路中常用来实现阻抗匹配和信号源内阻相等，使负

载上获得最大功率。

III.例题讲解，巩固练习

【例题1】,【例题2】略(见教材§7-2例题1,例题2)。

【例题3】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U110

I22Α

2Z55

2

NU220

初级电流n112Α

NU110

22

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I2

I21Α

1n2

U220

输入阻抗Z1220

1I1

1

NU220

解2：变压比n112

NU110

22

N2

输入阻抗Z1Zn2Z455220

1N22

2

IV.小结

1、变压器的基本构造：由铁心和绕组构成。

2、理想变压器的电压、电流、阻抗变换关系。

电压变换关系电压变换关系阻抗变换关系

UNIUN1Z

11n1221n2

UNIUNnZ

222112

V.作业

略。

7.3变压器的功率和效率&

7.4几种常用变压器

一、教学目标

1、了解变压器的功率和效率并能进行简单计算。

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2、了解铜损、铁损的概念。

3、了解几种常用变压器的构造、用途及使用注意事项。

二、教学重点、难点分析

重点：

1、变压器功率和效率的计算。

难点：

同重点。

三、教具

电化教学设备。

四、教学方法

讲授法(以启示讲解为主)，多媒体课件。

五、教学过程

Ⅰ.知识回顾

1、理想变压器的电压、电流、阻抗变换关系。

电压变换关系电压变换关系阻抗变换关系

UNIUN1Z

11n1221n2

UNIUNnZ

222112

2、交流电路功率计算公式：PUIcos

II.新课

一、变压器的功率和效率

1、变压器的功率

实际变压器在工作时，必然存在功率损失。变压器的功率消耗等于原边输入

功率PUIcos和副边输出功率PUIcos之差，及

11112222

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PPP

12

变压器的功率损耗包括铜损和铁损两部分，它们可以通过计算或这使用的方

法求出。

①铜损是由于原、副边有电阻，电流在电阻上要消耗一定的功率。

②铁损是由于交变的主磁通在铁心中产生的磁滞损耗和涡流损耗。

2、变压器的效率

变压器的效率为变压器输出功率与输入功率的百分比，即

P

2100%(式7-4)

P

1

大容量变压的效率可达98%~99%，小型电源变压器效率约为70%~80%。

二、几种常用变压器

1、自耦变压器

自耦变压器原、副线圈共用一部分绕组，它

们之间不仅有磁耦合，还有电的关系，如图3所

示。

图3自耦变压器符号及原理

原、副线圈电压之比和电流之比的关系为

UIN

121n

UIN

212

注意：

①自耦变压器在使用时，一定要注意正确接线，否则易于发生触电事故。

②接通电压前，要将手柄转到零位。接通电源后，渐渐转动手柄，调节出

所需要的电压。

2、小型电源变压器

小型电源变压器广泛应用与电子仪器中。它一般有一至二个一次绕组和几个

不同的二次绕组，可以根据实际需要联结组合，以获得不同的输出电压。

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指导学生自己分析教材图(7-7)(a)、(b)，指出各有哪几种工作方式，可以获得

哪几种输出电压。

3、互感器

互感器是一种专供测量仪表，控制设备和保护设备中高电压或大电流时使用

的变压器。可分为电压互感器和电流互感器两种。

1）电压互感器

使用时，电压互感器的高压绕组跨接在需要测量的供电线路上，低压绕组则

与电压表相连，如图4所示。

可见，高压线路的电压U等于所测量电压U和变压比n的乘积，即U=nU

1212

注意：

(1)次级绕组不能短路，防止烧坏次级绕组。

(2)铁心和次级绕组一端必须可靠的接地，防止高压绕组绝缘被破坏时而造

图5电流互感器

图4电压互感器

成设备的破坏和人身伤亡。

2）电流互感器

使用时，电流互感器的初级绕组与待测电流的负载相串连，次级绕组则与电

流表串联成闭和回路，如图5所示。

通过负载的电流就等于所测电流和变压比倒数的乘积。

注意：

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图6钳形电流表

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(1)绝对不能让电流互感器的次级开路，否则易造成危险；

(2)铁心和次级绕组一端均应可靠接地。

常用的钳形电流表也是一种电流互感器。它是由一个电流表接成闭合回路的

次级绕组和一个铁心构成，其铁心可开、可合。测量时，把待测电流的一根导线

放入钳口中，电流表上可直接读出被测电流的大小，如图6所示。

4、三相变压器

三相变压器就是三个相同的单相变压器的组合，

如图7所示。三相变压器用于供电系统中。根据三相

电源和负载的不同，三相变压器初级和次级线圈可接图7三相变压器

成星形或三角形。

三相变压器的每一相，就相当于一个独立的单相变压器。单相变压器的基本

公式和分析方法，使用与三相变压器中的任意一相。

5、变压器铭牌数据

在变压器外壳上均有一块铭牌，要安全正确的使用变压器，必须掌握铭牌各

个数据的含义。

①型号

用以表明变压器的主要结构、冷却方式、电压和容量等级等等。

如SJL-560/10中：S表示三相，单相变压器用D表示；J表示油浸自冷式冷

却方式，风冷式用F表示；L表示装有避雷装置；560表示容量为560kV·A；10

表示高压绕组额定电压为10kV。

②额定电压

变压器空载时的电压，三相变压器指线电压。

③额定电流

变压器正常运行时允许通过的最大电流，三相变压器指线电流。

④额定容量

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额定容量指变压器的额定输出视在功率S。在单相变压器中S＝UI；在三相