《电工电子技术及应用》课件 3-2-1 单相变压器原理及使用

电工电子技术及应用2025/2/18情境1直流电路的等效变换及测试1任务3-2-1单相变压器原理及使用学习内容及目标：任务3-2-1单相变压器原理及应用能力目标1、能正确判断变压器的绕组极性并正确连接；

2、能根据需要正确选择、使用变压器。知识目标1、能说出变压器的基本结构及工作原理；2、能说出常用的几种特殊变压器的原理及使用注意事项。

变压器（Transformer）是利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置，主要构件是初级线圈、次级线圈和铁芯。在电器设备和无线电路中，变压器常用作升降电压、匹配阻抗、安全隔离等，在生产和日常生活中应用广泛，如图3-2-1所示。本任务主要学习变压器的结构、工作原理、特性及使用。3情境3三相异步电动机的使用及维护

图3-2-1常用变压器任务3-2-1单相变压器原理及应用4情境3三相异步电动机的使用及维护一、变压器的用途、构造和分类变压器是根据互感原理而制成的一种静止的电气设备，基本作用是变换交流电压。

在输电方面，为了节省有色金属和减少线路的电压降及线路的功率损耗，通常利用变压器升高电压。

在用电方面，为了安全，可利用变压器降低电压。

此外，变压器还可用于变换电流(例如电流互感器)和变换阻抗(例如电子线路中的输入变压器、输出变压器等)。

一、变压器的用途、构造和分类机床控制用的控制变压器电子设备、仪器用的电源变压器焊接用的焊接变压器平滑调压用的自耦变压器仪表用互感器信号耦合变压器变压器种类：一、变压器的用途、构造和分类7情境3三相异步电动机的使用及维护

变压器由铁磁材料构成的铁芯和绕在铁芯上的线圈(亦称绕组)两部分构成。变压器常见的结构型式有两类：芯式变压器和壳式变压器。芯式变压器的特点是绕组包围铁芯，它的用铁量较少，构造简单，绕组的安装和绝缘处理比较容易，因此多用于容量较大的变压器中。壳式变压器特点是铁芯包围绕组，这种变压器用铜量较少，多用于小容量的变压器。

图3-2-3芯式变压器图3-2-4壳式变压器

一、变压器的用途、构造和分类8情境3三相异步电动机的使用及维护

一、变压器的用途、构造和分类9情境3三相异步电动机的使用及维护

铁芯是变压器的磁路部分，一般用0.3～0.5mm后的冷轧硅钢片两面涂绝缘漆交叉叠成，主要是为了减少铁芯中的涡流损耗，如图3-2-5所示。

绕组是变压器的电路部分，用绝缘铜导线或铝导线绕制而成。

3-2-5涡流损耗一、变压器的用途、构造和分类10情境3三相异步电动机的使用及维护

二、变压器的基本工作原理电路组成及原理11情境3三相异步电动机的使用及维护1、变压器空载运行变压器的原绕组（也叫一次绕组、初级绕组、原边等）两端加上交流电压u1，副绕组（也叫二次绕组、次级绕组、副边等）不接负载，这种情况称为变压器空载运行,此时：其中，N1、N2

分别为原绕组和副绕组的匝数，K为变比，U20

为副绕组空载电压。

二、变压器的基本工作原理12情境3三相异步电动机的使用及维护2、变压器负载运行如图所示，变压器的原绕组接电源，副绕组接负载，这种情况即为变压器负载运行，此时：

思考：变压器绕组能否接直流电源？

二、变压器的基本工作原理13情境3三相异步电动机的使用及维护1、变压器的额定值变压器正常运行的状态和条件，称为变压器的额定工作情况，表征变压器额定工作情况的电压、电流和功率等数值，称为变压器的额定值，标在变压器的铭牌上，称为铭牌值。变压器的主要额定值如下：（1）额定容量SN变压器的额定容量指它的额定视在功率，以伏安(V·A)或千伏安(kV·A)为单位。在单相变压器中，SN＝U2N·I2N，在三相变压器中，SN=U2N·I2N

。

三、变压器的特性参数14情境3三相异步电动机的使用及维护（2）额定电压U1N和U2N

U1N是指原绕组上应加的电源电压或输入电压；U2N是指原绕组加上额定电压时副绕组的空载电压U20。不特别说明时，三相变压器铭牌上给出的额定电压U1N和U2N均为线电压。（3）额定电流I1N和I2N变压器的额定电流I1N

和I2N是根据绝缘材料所允许的温度而规定的原、副绕组中允许长期通过的最大平均电流值，在三相变压器中，I1N和I2N

均指线电流。

三、变压器的特性参数15情境3三相异步电动机的使用及维护（4）额定频率

我国规定标准工业频率为50Hz。

变压器的额定值决定于变压器的构造和所用的材料，使用变压器时一般不能超过其额定值，除此之外，还必须注意：工作温度不能过高；原、副绕组必须分清；防止变压器绕组短路，以免烧毁变压器。

三、变压器的特性参数16情境3三相异步电动机的使用及维护2、变压器的外特性变压器的外特性是指电源电压U1为额定电压，额定频率，负载功率因数COSφ2一定时，U2随I2变化的关系曲线，即U2=f(I2)，如图3-2-7所示。

图3-2-7变压器的外特性曲线三、变压器的特性参数17情境3三相异步电动机的使用及维护3、变压器的输入、输出平均功率

，4、变压器的效率与机械效率的意义相似，变压器的效率也就是变压器输出功率与输入功率之比的百分值，即：

三、变压器的特性参数18情境3三相异步电动机的使用及维护1、同名端的概念

绕在同一铁芯柱上的两个线圈绕向相同，当铁芯中的磁通变化时，1端和3端的极性总是相同，叫同名端，用一个黑色圆点表示。2、绕组的串、并联变压器在使用中有时需要把绕组串联以提高电压，或把绕组并联以增大电流，但必须注意绕组的正确连接，见图3-2-8(b)、(c)。（a）同名端的表示（b）绕组串联（c）绕组并联图3-2-8变压器绕组的正确连接四、变压器绕组的极性

方法一：交流法AXax若说明A

与a

或X

与

x

为同极性端。把两个线圈的任意两端(X-x)连接,然后在AX

上加一小电压u

。测量：

若说明A

与x或X

与a是同极性端；结论：3、同名端的测试方法方法二：直流法mA表+_AXaxK+-**AXax+_K设K闭合时

增加。感应电动势的方向，阻止

的增加。如果当

K

闭合时，mA表正偏，则A－a

为同极性端;如果当K

闭合时，mA表反偏，则A－x

为同极性端结论：3、同名端的测试方法21情境3三相异步电动机的使用及维护如图（a）所示电路，要想在负载上获得最大的不失真功率，必须满足条件RL=Rs，否则就要在信号源和负载之间连接一变压器来实现，如图3-2-10（b）。

(a)

（b）图3-2-10负载与信号源连接电路五、变压器的阻抗变换22情境3三相异步电动机的使用及维护对于二次绕组：，对于一次绕组：所以：，可见，接入变压器后，对信号源来说，负载阻抗发生了变化，变压器有变换阻抗的功能。

(a)

（b）图3-2-10负载与信号源连接电路

五、变压器的阻抗变换23情境3三相异步电动机的使用及维护【例题3-1】如图a所示，已知扩音机的U=50V，内阻Rs=100

，负载为扬声器，其等效电阻RL=8

，求：（1）负载上得到的功率；（2）如通过阻抗变压器（变比K=3.5）连接，如图(b)所示，试求负载上得到的功率。

(a)

（b）图3-2-10负载与信号源连接电路

五、变压器的阻抗变换24情境3三相异步电动机的使用及维护【例题3-1】[解]：（1）将负载直接接到信号源上，得到的输出功率为：

扩音机输出总功率：

五、变压器的阻抗变换25情境3三相异步电动机的使用及维护[解]：（2）通过阻抗变压器连接时：因为变比K=3.5，

所以

结论：接入变压器，输出功率提高了很多，因为满足了电路获得最大输出功率的条件。五、变压器的阻抗变换26情境3三相异步电动机的使用及维护六、变压器的测试1、什么叫软磁材料和硬磁材料？各用于何处？2、有一台电压为220V/