新建筑电工第三章 第四节 变压器.docx

新建筑电工第三章 第四节 变压器第四节 变压器 一、教学目标 1、知道变压器的用途，了解它的工作原理 2、知道变压器的选型与安全使用 3、掌握特殊变压器的安装与使用 二、过程与方法 1、通过观察生活中的用电，结合书本知识了解变压器的用途 2、通过观察建筑工地的实际配电线路的，掌握仪用互感器的安装与使用。 三、情感态度与价值观 1、通过对建筑工地施工现场用电的观察与学习，激发学生用所学知识解决建筑施工现场用电的能力。 2、通过对仪用互感器的学习，增强学生的安装应变能力的意识。 四、教学重点及难点 1、仪用互感器的安装与使用 2、自耦变压器的使用 五、教学方法 使用多媒体展示生活中的用电、实物讲解相结合 教学内容： 一、变压器的用途和工作原理 1、变压器的用途与种类 定义：变压器是一种变换交流电压、电流和阻抗的，并保持其频率不变的静止的电气设备。 作用：改变电压的高低、改变电流、变换阻抗以及改变相位。 分类： 根据用途的不同可分为：输配电用的电力变压器，冶炼用的电炉变压器，电解用的整流变压器，焊接用的电焊变压器，实验用的调压器，用于测量高电压、大电流的仪用变压器。 1 根据变压器输入端电源相数分类：单相变压器、三相变压器。 根据变压器输入端、输出端电压高低的不同分为：升压变压器、降压变压器。 2、变压器的构造 变压器主要由铁心、绕组、变压器器身以及置放在变压器器身内的变压器油四部分组成。另外还有绝缘套管、储油柜、瓦斯气体继电器、防爆管、放油阀等电器部件。 3、变压器的工作原理 在一个闭合的铁心上，绕上两个匝数不等的线圈，就形成了一个最简单的变压器。同电源相连的原绕组匝数为 N1，同负载相连的副绕组匝数为N2，它们在电路上是分开的。变压器是利用两个绕组之间的电磁感应来变换电压和传递能量的。 变压器的运行方式有两种：一种是空载运行，一种是有载运行。 当变压器的副边绕组开路时，变压器没有能量输出，这种状态称为变压器的空载运行。 当变压器的副边绕组接上负载时，变压器有能量输出，这种状态称为变压器的有载运行。 原绕组、副绕组感生电动势的有效值为： E1=4.44fN1m E2=4.44fN2m 原绕组、副绕组的感生电动势的有效值E1、E2的比值称为变压器的变比K。 K=E1/E2=N1/N2 如果K1，变压器将低电压变为高电压，这样的变压器叫做升压变压器。 如果K1，变压器将高电压变为低电压，这样的变压器叫做降压变压器。 例：某单相变压器的电压为220/36V，副边接有两个36V、100W的白炽灯。如果变压器原绕组的匝数为950匝，求副绕组匝数；如果两个灯泡点亮时，变压器原边绕组、副边绕组的电流各为多少？ 解：U1/U2=N1/N2知：副绕组匝数: 2 N2=N1×U2/U1=950×36/220=155匝 灯泡点亮时，变压器副边绕组的电流为: I2=P/U2=200/36=5.6A 变压器原边绕组的电流为: I1=I2×U2/U1=5.6×36/220=0.91A 4、变压器的外特性 在电源电压1和负载的功率因数不变的情况下，U2和I2的变化关系，称为变压器的外特性。如图所示。 从空载到额定负载，副绕组电压变化的程度用电压调整率U来表示： 电压调整率 DU=5、变压器的技术指标 额定电压 原绕组的额定电压U1N是指变压器在正常运行时加在变压器原绕组上的电压；副绕组的额定电压U2N是指变压器在空载运行时，原绕组加上额定电压后副绕组两端的空载电压。 额定电流 原绕组、副绕组的额定电流I1N、I2N是指根据允许发热条件，变压器长时间工作允许通过的电流。在三相变压器中，额定电流指的都是线电流，单位用安。额定容量 额定容量是指在额定使用条件下变压器的输出能力，用视在功率表示，单位用千伏安。对于三相变压器，是指三相容量之和。 SN=3U2NI2N»3U1NI1N 额定温升 额定温升是变压器在额定状态下运行，允许超过周围环境温度的温度值。它取决于变压器所用绝缘材料的等级。 6、变压器的选型和安全使用 变压器的选型原则 3 U20-U2 U20 优先选用节能型产品 满足防火防爆的特殊要求 适当选取变压器的容量 变压器的安全使用 变压器的安装要符合有关规范的规定。 严禁变压器长时间超载运行，以免损坏变压器。 认真作好对变压器的日常巡视和检查 二、特殊变压器 仪用互感器 电流互感器和电压互感器又称为仪用互感器，是电力系统中使用的测量设备，其工作原理与变压器基本相同。 使用仪用互感器的目的：与小量程的标准化电表配合测量高电压、大电流。 使测量回路与被测回路隔离，以保障人员和设备的安全。 为各类机电保护和控制系统提供控制信号。 1、电压互感器 作用及特点： 电压互感器是一种专用的降压变压器，它可以将高电压转换为低电压，接入低量程的电压表进行测量；也可以接入继电器进行继电保护。 电压互感器的原边绕组匝数多，副边绕组匝数少。原绕组与被测的高压电网相连，副绕组与电压表或电度表的电压线圈相连。 实物图与工作原理图： 使用事项： 4 原绕组匝数多、并联于待测电路两端，副绕组匝数少，与电压表及电度表、功率表、继电器的电压线圈并联。 使用时：1电压互感器的副边不允许短路，因为一旦发生短路，副边将产生一个很大的电流，导致原边电流激增，由此将烧坏互感器绕组。 2电压互感器的副边应当可靠接地。 3电压互感器的副边阻抗不得小于规定值，以减小误差。 2、电流互感器 作用及特点： 电流互感器是把大电流转换为小电流的一种升压变压器。电流互感器的原边绕组导线粗、匝数少，串联在被测的大电流电路中；电流互感器的副边绕组导线细、匝数多，与电流表、电度表的电流线圈连接。 实物图与工作原理图 常用规格 常用的电流互感器的电流比有10/5、20/5、30/5、40/5、50/5、75/5、100/5等几种。 使用注意事项： 1使用时副边不允许开路，否则会感应出危险的高电压，危及操作人员和测量设备的安全。 2电流互感器的副边应当可靠地接地。 3、钳形电流表 作用与特点： 是一种便携式仪表，主要能在 5 不停电的情况下测量交流电流。 结构与分类 常用的互感器式钳形电流表，由电流互感器和整流系仪表组成。根据结构及用途分为互感器式和电磁系两类。 实物图与示意图 原理与使用 握紧钳形电流表的把手时，铁心张开，将通有被测电流的导线放入钳口中。松开把手后，铁心闭合，被测载流导线相当于电流互感器的一次绕组，绕在钳形表铁心上的线圈相当于电流互感器的二次绕组。于是二次绕组便感应出电流，送入整流系电流表，使指针偏转，指示出被测电流值。 自耦变压器 1、结构及组成 把普通双绕组变压器的高压侧绕组和低压侧绕组相串联，即可构成一台自耦变压器。如图： 2、工作原理 自耦变压器没有独立的副绕组，而是把原绕组的一部分作为副绕组，如图所示。原、副绕组之间既有磁的联系，又有电的联系，这是自耦变压器的结构特点。与普通双绕组变压器的关系一样，可得 U1N1IN=K,1=2=1 KU2N2I2N13、自耦变压器的特点 优点：额定容量相同时，自耦变压器与双绕组变压器相比，其单位容量所消耗的材料少，变压器的体积小，造价低，而且铜耗和鉄耗都小，因而效率高。 缺点：由于原副边共用一个绕组，因此当高压侧遭受过电压时，会波及低压侧，为避免危险，需在自耦变压器的原副边都装设避雷器。 6 4、实物图 例：在一台容量为15kVA的自耦变压器中，已知U1=220V，N1=500匝。如要想使输出电压U2=209V，应该在线圈什么地方抽出线头？满载时额定电流等于多少？ 解： (1) 由公式U1/U2=N1/N2，可知抽头处的匝数应为： N2=U2N1/U1209×500/220475匝 即：在线圈475匝处抽出一个线头，可以得到输出电压 U2=209V (2) 自耦变压器的效率很高，可以认为： U1NI1NU2NI2N15×103VA 所以满载电流为： I1N15×103/22068.2A I2N15×103/20971.8A 7