高教版《电工基础》 第十一章 变压器和交流电动机教案

《电工基础》 电子教案 第十一章 变压器和交流电动机 序号 内 容 学时 1 第一节 变压器的构造 1 2 第二节 变压器的工作原理 2 3 第三节 变压器的功率和效率 1 4 第四节 常用变压器 1 5 第五节 变压器的额定值和检验 1 6 实验 单相变压器 2 7 第六节 三相异步电动机 2 8 第七节 三相异步电动机的控制 1 9 第八节 单相异步电动机 1 10 本章小结与习题 2 11 本章总学时 14 第一节 变压器的构造 一、变压器的用途和种类 变压器是利用互感原理工作的电磁装置，它的符号如图11-1 所示，T是它的文字符号。 1．变压器的用途：变压器除可变换电压外，还可变换电流、变换阻抗、改变相位。 2．变压器的种类：按照使用的场合，变压器有电力变压器、整流变压器、调压变压器输入、输出变压器等。 二、变压器的基本构造 变压器主要由铁心和线圈两部分构成。 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11-2(a)、(b)所示。 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)。 变压器的工作原理 一、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11-3所示。 1．变换交流电压 原线圈接上交流电压，铁心中产生的交变磁通同时通过原、副线圈，原、副线圈中交变的磁通可视为相同。 设原线圈匝数为N1，副线圈匝数为N2，磁通为 ，感应电动势为 由此得 忽略线圈内阻得 上式中K称为变压比。由此可见：变压器原副线圈的端电压之比等于匝数比。 如果N1 < N2，K < 1，电压上升，称为升压变压器。 如果N1 > N2，K >1，电压下降，称为降压变压器。 2．变换交流电流 根据能量守恒定律，变压器输出功率与从电网中获得功率相等，即P1 = P2，由交流电功率的公式可得 U1I1 cos1= U2I2 cos2 式中cos1———原线圈电路的功率因数； cos2———副线圈电路的功率因数。 1，2相差很小，可认为相等，因此得到 U1I1 = U2I2 可见，变压器工作时原、副线圈的电流跟线圈的匝数成反比。高压线圈通过的电流小，用较细的导线绕制；低压线圈通过的电流大，用较粗的导线绕制。这是在外观上区别变压器高、低压饶组的方法。 3．变换交流阻抗 设变压器初级输入阻抗为|Z1|，次级负载阻抗为|Z2|，则 将代入，得 因为 所以 可见，次级接上负载|Z2|时，相当于电源接上阻抗为K2|Z2|的负载。变压器的这种阻抗变换特性，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。 解1：次级电流 初级电流 输入阻抗 解2：变压比 输入阻抗 解:负载电阻 R2 = 150 ，变压器的输入电阻R1 = R0 = 600 ，则变比应为 初、次级电流分别为 二、 变压器的外特性和电压变化率 1．变压器的外特性 变压器外特性就是当变压器的初级电压U1和负载的功率因数都一定时，次级电压U2 随次级电流I2变化的关系，如图11-5所示。 由变压器外特性曲线图可见： I2 = 0时，U2 = U2N。 (2) 当负载为电阻性和电感性时，随着I2的增大，U2逐渐下降。在相同的负载电流情况下，U2的下降程度与功率因数cos 有关。 (3) 当负载为电容性负载时，随着功率因数cos 的降低，曲线上升。所以，在供电系统中，常常在电感性负载两端并联一定容量的电容器，以提高负载的功率因数cos。 2．电压的变化率 电压变化率是指变压器空载时次级端电压U2N和有载时次级端电压U2之差与U2N的百分比。即： 电压变化率越小，为负载供电的电压越稳定。 第三节 变压器的功率和效率 一、变压器的功率 变压器的功率消耗等于输入功率P1 = U1I1 cos1和P2 = U2I2 cos2输出功率 ... ...