《电工技术基础》项目6认识变压器

电工技术基础项目一分析简单直流电路项目二分析复杂直流电路项目三认识磁场与电磁感应项目四分析单相正弦交流电路项目五分析三相正弦交流电路项目六认识变压器项目七认识异步电动机项目八认识低压电器与用电保护项目六认识变压器6.1变压器概述6.2变压器的结构6.4变压器的工作原理6.5变压器的功率和效率6.3变压器的铭牌数据项目导读变压器是根据电磁感应原理制成的用于传输交流电能的静止电气设备。点击跳过案例项目导读它可将某一数值的交流电压、交流电流转换成同频率的另一数值的交流电压、交流电流，也可变换阻抗或改变相位，以满足不同负载的需要，保证电能传输、分配、使用的安全性和经济性。点击跳过案例目标知识目标了解变压器的分类和作用。熟悉变压器的结构和铭牌数据。掌握变压器电压变换原理、电流变换原理、阻抗变换原理。掌握变压器功率、效率的定义和计算方法。技能目标能解决简单的变压器电流变换及阻抗变换问题。能测量变压器的主要参数。素质目标弘扬乐于助人、大公无私的奉献精神。养成恪尽职守、开拓进取的工作作风。1．项目描述项目工单——测量变压器的主要参数变压器作为电力系统中的重要设备之一，承担着电能的传输和分配任务。变压器的主要参数反映了变压器的基本性能。根据变压器的主要参数正确使用变压器，才能保证变压器在实际运行中的效能和安全。请学习变压器的主要参数，并掌握其测量方法。2．项目准备项目工单——测量变压器的主要参数1）知识准备在测量变压器的主要参数前，需要了解变压器的基本知识，如变压器的结构、工作原理等。同时，还要掌握变压器空载试验和短路试验的试验原理。2．项目准备项目工单——测量变压器的主要参数1）知识准备空载试验是将变压器一侧变成断路，另一侧加额定电压的试验。变压器在进行空载试验时的工作状态称为空载状态。变压器在空载状态时的电流称为空载电流，此时的功率称为空载损耗。一般情况下，变压器的空载电流很小。2．项目准备项目工单——测量变压器的主要参数1）知识准备短路试验是将变压器一侧短路，另一侧从加低电压开始，逐步增大电压，直至电流达到额定值的试验。在短路试验中，电流达到额定值时所加的电压称为短路电压。此时变压器的功率损耗称为短路损耗。为防止变压器因绕组发热而使绕组电阻增大、试验结果出现偏差，短路试验要尽快进行。将实施过程中所需的工具和器材填入表中。2．项目准备项目工单——测量变压器的主要参数2）工具和器材准备实施过程中所需的工具和器材名称规格与型号单位数量备注单相变压器

台1

调压器

台1

电流表

台1

电压表

台1

功率表

台1

万用表台13．项目实施项目工单——测量变压器的主要参数学生以4～5人为一组，各小组成员合作对变压器的主要参数进行测量，并做好记录。（详情请见教材）6.1变压器概述6.1.1变压器的分类变压器的分类：变压器按用途分按结构分按相数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双绕组变压器三绕组变压器多绕组变压器自耦变压器单相变压器三相变压器多相变压器课堂互动变压器在电机分类中扮演什么角色？知识库变压器是电机的一种，而电机是依据电磁感应定律来实现电能转换或传递的一种电磁装置。电机功能不同旋转电机发电机电动机静止电机（变压器）6.1.2变压器的作用在交流电路中，不同的负载所用的交流电压不同。例如，工厂动力设备所用的电压为380V，照明电路和家用电器所用的电压为220V，机床上照明灯所用的电压为不大于36V的安全电压。因此，需要使用变压器来获得不同的交流电压。变压器改变交流电压改变交流电流变换阻抗产生脉冲用于课堂训练变压器根据不同的分类方式，可分为几类？变压器的作用有哪些？课堂小结变压器概述变压器的分类变压器的作用6.2变压器的结构6.2变压器的结构虽然变压器的种类很多，但是它们的结构大致相同，都包括：变压器的结构铁芯绕组6.2.1铁芯是变压器的磁路通道也是安放绕组的骨架铁芯铁柱套有绕组铁轭主要用于将整个磁路闭合，其上不套绕组6.2.1铁芯（a）E字形

（b）下字形

（c）C字形

（d）日字形常用变压器的铁芯如图所示。为了减小涡流和磁滞损耗，提高导磁性能，铁芯通常由磁导率较高且相互绝缘的硅钢片通过叠压而成。每片硅钢片的厚度为0.35～0.50mm，表面涂有绝缘漆或氧化膜。通信用变压器的铁芯通常采用铁氧体或其他磁性材料。6.2.2绕组绕组是用于共同工作的线匝或线圈的组合，也是变压器的电路部分。其中，线圈常用具有良好绝缘性能的漆包线、纱包线或丝包线绕制而成。变压器工作时，与电源相连的绕组称为一次绕组，与负载相连的绕组称为二次绕组。6.2.2绕组变压器的绕组主要有如图所示两种。大多数电力变压器采用同芯式绕组，即一次绕组与二次绕组套装在一个铁柱上。为了便于绝缘处理，一般将低压绕组套在里面，高压绕组套在外面。但对于容量较大、电流也很大的变压器，往往将低压绕组套在高压绕组的外面。交叠式绕组的高、低压绕组是互相交叠放置的，为了便于绝缘处理，一般最上面和最下面的两组绕组都是低压绕组。（a）同芯式（b）交叠式6.2.2绕组为提高变压器的绝缘性能，在制造变压器时需要进行去潮（浸漆、烘烤、灌蜡、密封等）处理。此外，为起到电磁屏蔽作用，往往要用铁壳或铝壳将变压器罩起来，并在一次绕组和二次绕组之间加一层金属静电屏蔽层。课堂训练变压器由那几部分组成？常用变压器的铁芯有哪几种？课堂小结变压器的结构铁芯绕组6.3变压器的铭牌数据6.3变压器的铭牌数据变压器的铭牌是固定在变压器上的标牌，用于说明有关标准要求的额定数据和其他信息，如图所示。变压器的铭牌上一般标注有以下各类技术参数，这些技术参数称为变压器的铭牌数据。变压器的铭牌型号额定容量额定电压额定频率相数联结组标号6.3变压器的铭牌数据变压器的铭牌型号：变压器的型号一般反映了其相数、冷却方式、额定容量、系统标称电压等内容。表示该变压器为三相损耗水平代号额定容量为250kV•A系统标称电压为10kV6.3变压器的铭牌数据变压器的铭牌额定容量：变压器在额定工作条件下能长期持续工作的容量，其大小为额定电压与额定电流的乘积，单位为kV•A。6.3变压器的铭牌数据变压器的铭牌额定电压：变压器在长时间运行时所能承受的工作电压，单位为kV。6.3变压器的铭牌数据变压器的铭牌额定频率：变压器在正常工作时的频率，一般情况下额定频率为50Hz。6.3变压器的铭牌数据变压器的铭牌相数：三相变压器用S表示，单相变压器用D表示。6.3变压器的铭牌数据变压器的铭牌联结组标号：绕组的连接方式及相位关系的符号，由字符和数字两部分组成。课堂训练变压器的铭牌上一般标注哪些数据？所标注数据的单位分别用什么表示？课堂小结变压器的铭牌数据型号额定容量额定电压额定频率相数联结组标号6.4变压器的工作原理6.4变压器的工作原理（b）变压器的图形符号变压器是根据电磁感应原理工作的。若在变压器的一次绕组中接入交流电，则交流电流将在铁芯中产生交变磁通，称为主磁通。当主磁通同时通过一次绕组和二次绕组时，由电磁感应定律可得，一次绕组和二次绕组中都将产生感应电动势。（a）变压器的原理6.4变压器的工作原理此时，若在二次绕组上接上负载，则电能将通过负载转换成其他形式的能量。如图所示。一般情况下，变压器的损耗和漏磁通都很小。若将变压器的各种损耗忽略不计，则变压器可视为理想变压器。（b）变压器的图形符号（a）变压器的原理课堂互动什么是漏磁通？知识库在变压器中，磁路中的磁通不通过预定路径的部分称为漏磁通。6.4.1电压变换原理若将变压器视为理想变压器，则可认为穿过一次绕组和二次绕组的主磁通相同，因此这两个绕组中的每匝线圈所产生的感应电动势也相等。设一次绕组和二次绕组的匝数分别为、，则一次绕组和二次绕组中产生的感应电动势分别为（6-1）（6-2）其中，负号表示感应电动势的方向与实际电压的方向相反。6.4.1电压变换原理在理想情况下（一次绕组和二次绕组的电阻忽略不计），一次绕组和二次绕组上的电压近似等于对应的感应电动势，即（6-3）式中：

——一次绕组的电压，单位为V；

——二次绕组的电压，单位为V；

——一次绕组与二次绕组的变压比。6.4.1电压变换原理式表明变压器一次绕组与二次绕组的变压比等于这两个绕组的匝数比。当时，若，则，这种使电压降低的变压器称为降压变压器；当时，若，则，这种使电压升高的变压器称为升压变压器。因此，只要选择合适的一次绕组和二次绕组的匝数比，就可达到降压、升压的目的。6.4.1电压变换原理例6-1有一台降压变压器，其一次绕组的电压，二次绕组的电压。若一次绕组的匝数，试求：二次绕组的匝数。解：二次绕组的匝数。6.4.2电流变换原理（6-4）变压器在变压过程中只起能量传递的作用，无论变换后的电压是升高还是降低，电能都不会增加。由能量守恒定律可得，若将变压器视为理想变压器，则变压器的输出功率应与变压器从电源中获得的功率相等，即。因此，当变压器只有一个二次绕组时，应满足（6-5）式中：

——变压器的变流比。可见变压器绕组的电流有效值与绕组的匝数成反比。课堂互动变压器绕组的导线选择有哪些考虑因素？点拨变压器的高压绕组匝数多而通过的电流小，可选用较细的导线；低压绕组匝数少而通过的电流大，应选用较粗的导线。6.4.2电流变换原理例6-2已知某电焊变压器的变压比，其二次绕组的电流，试求：一次绕组的电流。解：一次绕组的电流。课堂互动如何肩负起传递爱心与文化的重任，成为它们的“变压器”？思想启迪变压器作为电能的传递者，默默地在电力系统中履行着它的使命。它不生产电能，却能让电能得以传递，如同桥梁般连接着电源与负载。同样，爱心与文化的传递也需要我们这样的“变压器”。我们不仅是爱心与文化的接收者，更是爱心与文化的传递者。思想启迪将爱心传递给他人，让温暖如电流般流淌；将文化传承给后代，让智慧如阳光般闪耀。这是我们的责任，也是我们的使命。让我们肩负起这份重任，成为爱心与文化的“变压器”，为这个世界注入更多的正能量，让爱与智慧永远流传。6.4.3阻抗变换原理（6-6）变压器不但能变换电压和电流，还能变换阻抗。当变压器带负载运行时，设变压器一次绕组的阻抗为，二次绕组的阻抗为，则有6.4.3阻抗变换原理（6-7）式中表明变压器的二次绕组连接阻抗为的负载后，相当于一次绕组接上阻抗为的负载。因此，当一定时，改变变压器一次绕组和二次绕组的匝数，可获得所需要的阻抗。将式带入式可得课堂互动什么是变压器的抗阻变换？知识库变压器的阻抗变换常用于电子电路中，以使负载获得最大功率。例如，教室里广播扬声器负载的阻抗只有几欧、十几欧，而广播室的放大器负载的阻抗为几千欧，这就必须通过变压器来连接负载，以获得所需要的等效阻抗值，从而达到理想的播音效果。6.4.3阻抗变换原理例6-3已知某变压器一次绕组的电压，变压比，当二次绕组的电流时，试求：（1）二次绕组的电压。（2）一次绕组的电流。解：（1）二次绕组的电压。（2）一次绕组的电流。头脑风暴变压器应用广泛。请查找身边的变压器应用实例，查阅有关资料，分析其工作原理和技术数据。拓展视频变压器变压器在生活中得到了怎样的应用？课堂训练变压器的工作原理是怎样的？变压器中的电压、电流、阻抗是怎样变换的？课堂小结变压器的工作原理电压变换原理电流变换原理阻抗变换原理6.5变压器的功率和效率6.5.1变压器的功率（6-8）变压器主要有输入功率和输出功率两种。其中，输入功率为变压器一次绕组从电源获取的功率；输出功率为变压器二次绕组向负载输出的功率。变压器的输入功率计算表达式为式中：

——变压器的输入功率，单位为W；

——一次绕组电压和电流的相位差，单位为rad。6.5.1变压器的功率（6-9）变压器的输出功率计算表达式为式中：

——变压器的输出功率，单位为W；

——二次绕组电压和电流的相位差，单位为rad。变压器在工作时必然有功率损耗。输入功率和输出功率的差就是功率损耗的大小，用表示。功率损耗主要有铜损

和铁损

两部分，即（6-10）6.5.1变压器的功率铜损是指由于一次绕组和二次绕组自身存在电阻，电流通过绕组时由电阻所消耗的功率。当负载变化时，通过绕组的电流会随之