變壓器的應(yīng)用教案

1、課題：變壓器的應(yīng)用課型：講授教學(xué)目的要求：1、掌握變壓器在電壓變換方面的應(yīng)用：自耦變壓器、電壓互感器。2、掌握變壓器在電流變換方面的應(yīng)用：電流互感器、鉗形電流表。3、了解變壓器阻抗變換方面的應(yīng)用。教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)：教學(xué)重點(diǎn)：變壓器的電壓變換和電流變化及其應(yīng)用。教學(xué)難點(diǎn)：變壓器空載運(yùn)行和電壓變換，負(fù)載運(yùn)行與電流變換。教學(xué)分析： 本次課通過(guò)對(duì)變壓器空載運(yùn)行時(shí)，原副線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的分析得出變壓器的變壓比概念，然后具體分析利用電壓變換原理的兩種常用電器元件自耦變壓器及電壓互感器的工作原理，最后通過(guò)例題鞏固其知識(shí)點(diǎn)。電流變化及阻抗變換也基本采用這一模式來(lái)講解相關(guān)內(nèi)容。復(fù)習(xí)、提問(wèn)：1、變壓器工作原理是什么

2、？2、變壓器的額定值有哪些，其關(guān)系是怎樣的？教學(xué)過(guò)程：上節(jié)課講述了變壓器的工作原理和有關(guān)磁路方面的概念。今天我們來(lái)看看變壓器有哪些應(yīng)用。一、空載運(yùn)行和電壓變換圖1 變壓器空載運(yùn)行原理圖原線圈接上交流電壓，鐵心中產(chǎn)生的交變磁通同時(shí)通過(guò)原、副線圈，原、副線圈中交變的磁通可視為相同。設(shè)原線圈匝數(shù)為N1，副線圈匝數(shù)為N2，磁通為F ，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為由此得 忽略線圈內(nèi)阻得上式中K稱為變壓比。由此可見(jiàn)：變壓器原副線圈的端電壓之比等于匝數(shù)比。如果N1 N2，K N2，K 1，電壓下降，稱為降壓變壓器。應(yīng)用實(shí)例：1、自耦變壓器實(shí)驗(yàn)室中常用的調(diào)壓器就是一種可改變副繞組匝數(shù)的自耦變壓器(a)符號(hào) (b)外形 (c)

3、實(shí)際電路 圖2 自耦變壓器原副邊電壓之比是：2、電壓互感器(a) 構(gòu)造 (b)接線圖圖3 電壓互感器電壓互感器屬于儀用互感器的一種，它的優(yōu)點(diǎn)是：使測(cè)量?jī)x表與高壓電路分開(kāi)，以保證工作安全。擴(kuò)大測(cè)量?jī)x表的量程。注意點(diǎn)：（1） 為了工作安全，電壓互感器的鐵殼及副繞組的一端都必須接地，以防高、低壓線圈絕緣損壞時(shí)，低壓線圈和測(cè)量?jī)x表對(duì)地產(chǎn)生一個(gè)高電壓，危及工作人員的人身安全。（2） 副線圈不允許短路。如果電壓互感器的二次側(cè)運(yùn)行中短路，二次線圈的阻抗大大減小，就會(huì)出現(xiàn)很大的短路電流，使副線圈因嚴(yán)重發(fā)熱而燒毀。因此在運(yùn)行中互感器不允許短路。一般電壓互感器二次側(cè)要用熔斷器。只有35千伏及以下的互感器中，才在高

4、壓側(cè)有熔斷器其目的是當(dāng)互感器發(fā)生短路時(shí)把它從高壓電路中切斷。二、負(fù)載運(yùn)行和電流變換負(fù)載運(yùn)行：變壓器的原繞組接電壓U1，副繞組接負(fù)載ZL這種運(yùn)行狀態(tài)稱為負(fù)載運(yùn)行。根據(jù)能量守恒定律，變壓器輸出功率與從電網(wǎng)中獲得功率相等，即P1 = P2，由交流電功率的公式可得U1I1 cosj1= U2I2 cosj2式中cosj1原線圈電路的功率因數(shù)；cosj2副線圈電路的功率因數(shù)。j1，j2相差很小，可認(rèn)為相等，因此得到U1I1 = U2I2可見(jiàn)，變壓器工作時(shí)原、副線圈的電流跟線圈的匝數(shù)成反比。高壓線圈通過(guò)的電流小，用較細(xì)的導(dǎo)線繞制；低壓線圈通過(guò)的電流大，用較粗的導(dǎo)線繞制。這是在外觀上區(qū)別變壓器高、低壓繞組的

5、方法。1、電流互感器：（a）構(gòu)造 (b) 接線圖 圖4 電流互感器由于 （Ki稱為變流比）所以 I1=KiI2為了安全起見(jiàn)應(yīng)采?。海?）電流互感器副線圈的一端和鐵殼必須接地。（2）使用電流互感器時(shí)，副繞組電路是不允許斷開(kāi)的。 電流互感器二次側(cè)不許開(kāi)路運(yùn)行。接在電流互感器副線圈上的儀表線圈的阻抗很小，相當(dāng)于在副線圈短路狀態(tài)下運(yùn)行?；ジ衅鞲本€圈端子上電壓只有幾伏。因而鐵芯中的磁通量是很小的。原線圈磁動(dòng)勢(shì)雖然可達(dá)到幾百安或上千安或更大。但是大部分被短路副線圈所建立的去磁磁動(dòng)勢(shì)所抵消，只剩下很小一部分作為鐵芯的勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)以建立鐵芯中的磁通。如果在運(yùn)行中副線圈斷開(kāi)，副邊電流等于零，那么起去磁作用的磁動(dòng)勢(shì)

6、消失，而原邊的磁動(dòng)勢(shì)不變，原邊被測(cè)電流全部成為勵(lì)磁電流，這將使鐵芯中磁通量急劇，鐵芯嚴(yán)重發(fā)熱以致燒壞線圈絕緣，或使高壓側(cè)對(duì)地短路。另外副線圈開(kāi)路會(huì)感應(yīng)出很高的電壓，這對(duì)儀表和操作人員是很危險(xiǎn)的所以電流互感器二次側(cè)不許斷開(kāi)。2、鉗形電流表利用鉗形電流表可以隨時(shí)隨地測(cè)量線路中的電流，是電流互感器的一種變形。它的鐵心如同一鉗形，用彈簧壓緊。測(cè)量時(shí)將鉗口壓開(kāi)而引入被測(cè)導(dǎo)線。這時(shí)該導(dǎo)線就是原繞組，副繞組繞在鐵心上并與電流表接通。利用鉗表可以隨時(shí)隨地測(cè)量線路中的電流，不必像普通電流互感器那樣必須固定在一處，或則像普通電流表在測(cè)量時(shí)要斷開(kāi)電路而將原繞組串接進(jìn)去。 圖5 鉗表原理圖三阻抗變換設(shè)變壓器初級(jí)輸入阻

7、抗為|Z1|，次級(jí)負(fù)載阻抗為|Z2|，則將代入，得因?yàn)?所以 可見(jiàn)，次級(jí)接上負(fù)載|Z2|時(shí)，相當(dāng)于電源接上阻抗為K2|Z2|的負(fù)載。應(yīng)用：阻抗匹配在電子電路中，為了提高信號(hào)的傳輸功率和效率，常用變壓器將負(fù)載阻抗變換為適當(dāng)?shù)臄?shù)值，以取得最大的傳輸功率和效率，這種做法稱為阻抗匹配(a) 變壓器電路 (b) 等效電路圖6 變壓器的阻抗變換作用四、例題：【例1】有一電壓比為220/110 V的降壓變壓器，如果次級(jí)接上55 W 的電阻，求變壓器初級(jí)的輸入阻抗。解1：次級(jí)電流 初級(jí)電流 輸入阻抗 解2：變壓比 輸入阻抗 【例2】有一信號(hào)源的電動(dòng)勢(shì)為1V，內(nèi)阻為600 W，負(fù)載電阻為150 W。欲使負(fù)載獲得

8、最大功率，必須在信號(hào)源和負(fù)載之間接一匹配變壓器，使變壓器的輸入電阻等于信號(hào)源的內(nèi)阻，如圖7所示。問(wèn)：變壓器變壓比，初、次級(jí)電流各為多少?圖7解:負(fù)載電阻 R2 = 150 W，變壓器的輸入電阻R1 = R0 = 600 W，則變比應(yīng)為初、次級(jí)電流分別為例3 已知一變壓器N1=800，N2=200，U1=220V，I2=8A，負(fù)載為純電阻，忽略變壓器的漏磁和損耗，求變壓器的副邊電壓U2，原邊電流I1，輸入、輸出功率。解： 變壓比 K=N1/N2=800/200=4 副邊電壓 U2=U1/K=220/4=55V 原邊電流 I1=I2/K=8/4=2A 輸入功率 S1=U1I1=440VA 輸出功率

9、 S2=U2I2=440VA 可見(jiàn)當(dāng)變壓器的功率損耗忽略不計(jì)時(shí)，它的輸入功率與輸出功率相等，這是符合能量守恒定律的。例4 圖8所示電路中，某交流信號(hào)源的電動(dòng)勢(shì)E=120V，內(nèi)阻R0=800W，負(fù)載電阻RL=8W。試求：（1）如圖8(a)所示，信號(hào)源輸出多大功率？負(fù)載電阻RL吸收多大功率？信號(hào)源的效率多大？（2）若要信號(hào)源輸給負(fù)載的功率達(dá)到最大，負(fù)載電阻應(yīng)等于信號(hào)源內(nèi)阻。今用變壓器進(jìn)行阻抗變換，則變壓器的匝數(shù)比應(yīng)選多少？阻抗變換后信號(hào)源的輸出功率多大？負(fù)載吸收的功率多大？此時(shí)信號(hào)源的效率又為多少？(a) 負(fù)載與信號(hào)源直接相連 (b) 變壓器進(jìn)行阻抗變換圖8 例4的電路解：（1）由圖8可得信號(hào)源的輸出功率為 負(fù)載吸收的功率 效率h= 9% （2）如圖8所示，變壓器把負(fù)載RL變換為等效電阻變壓器的匝數(shù)比應(yīng)為 這時(shí)信號(hào)源輸出功率為：負(fù)載吸收的功率為：效率為：h= 50%經(jīng)過(guò)（1）（2）兩題的計(jì)算和比較后我們發(fā)現(xiàn)，利用變壓器進(jìn)行阻抗變換后，電源效率由9%增加到50%。如果在電源輸出同一信號(hào)