高中物理选修课件变压器

变压器作用
在电力系统中，变压器主要用于 电压变换、电流变换、阻抗变换 以及电气隔离等。
工作原理与构造
工作原理
变压器的工作原理基于电磁感应现象，即变化的磁场会在导 体中产生感应电动势。当交流电流通过变压器的初级线圈时 ，会在铁芯中产生交变磁通，从而在次级线圈中感应出电动 势。
构造
变压器主要由铁芯、线圈、绝缘材料、油箱及冷却装置等组 成。其中，铁芯是变压器的磁路部分，线圈是电路部分，绝 缘材料用于保证线圈间及线圈与铁芯间的绝缘性能，油箱及 冷却装置则用于散热。
保护功能及安全操作规范
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过载保护
变压器具有过载保护功能，当负载超过一定范围时，可自动切断电源，
避免设备损坏。
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短路保护
当输出端发生短路时，变压器应立即切断电源，防止短路电流对电路造
成损害。
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安全操作规范
在操作变压器时，应遵循安全规范，如穿戴绝缘手套、使用绝缘工具等
，确保人身安全。同时，要定期检查变压器的绝缘性能、接线是否松动
隔离变压器
初级线圈和次级线圈完全独立，没有电气联系，适用于需要电气隔离的场合， 如医疗设备、音响设备等。
特种变压器简介
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整流变压器
用于将交流电转换为直流电， 具有较大的输出电流和较低的
输出电压。
电焊变压器
用于焊接工艺，具有较大的输 出电流和较低的输出电压，以
及较高的短路阻抗。
脉冲变压器
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磁通量与感应电动势关系
磁通量与感应电动势的关系
根据法拉第电磁感应定律，感应电动势的大小与穿过导体回路的磁通量的变化率成正比。因此，在变压器中，当 交流电流通过初级线圈时，会在铁芯中产生交变磁通，从而在次级线圈中感应出电动势。这个感应电动势的大小 与磁通量的变化率以及线圈的匝数有关。
磁通量的计算
磁通量可以通过安培环路定律或磁场的叠加原理进行计算。在变压器中，由于铁芯的磁导率远高于空气，因此大 部分磁通会集中在铁芯内，从而提高了变压器的效率。同时，为了减小漏磁和涡流损耗，变压器的铁芯通常采用 薄硅钢片叠压而成。
降压变压器
原线圈匝数多于副线圈匝 数的变压器，可将高电压 降低为所需的低电压。
阻抗匹配和滤波作用
阻抗匹配
变压器可通过调整线圈匝数比例，实现输入与输出电路之间的阻抗匹配，使信号传输效 率最大化。
滤波作用
变压器在交流电路中可起到滤波作用，通过电磁感应原理滤除电路中的高频噪声和干扰 信号，保证信号的纯净度。
等，确保设备安全运行。
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实验：测量变压器参数和 性能
实验目的和步骤
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实验目的：通过测量变压器的输入、输出电压和电流，计 算变压器的变比、效率和负载特性，了解变压器的工作原 理和性能。
02
实验步骤
03
1. 搭建实验电路，连接电源、变压器、负载和测量仪表 。
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2. 逐渐增加输入电压，记录输入、输出电压和电流值。
及时发现异常情况。
常见故障类型及原因
线圈短路
由于线圈绝缘损坏或老化，导致线圈 之间短路，造成变压器损坏。
铁芯饱和
当铁芯中的磁通密度达到饱和点时， 会导致变压器温度升高，损耗增加。
绝缘油变质
绝缘油在长期运行过程中会受到氧化 、水分、杂质等的影响而变质，降低 绝缘性能。
分接开关故障
分接开关接触不良或位置不当，会导 致输出电压不稳定或无法调节。
02
变压器类型及其特点
单相与三相变压器
单相变压器
只有一个初级线圈和一个次级线圈， 用于单相交流电的变换。
三相变压器Байду номын сангаас
具有三个初级线圈和三个次级线圈， 用于三相交流电的变换，具有更高的 效率和更广泛的应用。
自耦变压器与隔离变压器
自耦变压器
初级线圈和次级线圈共用一部分绕组，具有较小的体积和重量，但存在电气联 系，不适用于需要电气隔离的场合。
额定功率和效率
额定功率
指变压器在正常工作状态下，能够持续输出的最大功率。通常以视在功率（kVA）或有功功率（kW ）表示。
效率
指变压器在给定负载下，输出功率与输入功率之比。效率越高，表示变压器在能量转换过程中的损耗 越小。
空载损耗和负载损耗
空载损耗
指变压器在无负载状态下运行时所产 生的损耗，主要包括铁损和磁滞损耗 。空载损耗与变压器的容量和电压等 级有关。
负载损耗
指变压器在带负载状态下运行时所产 生的损耗，主要包括铜损和附加损耗 。负载损耗与变压器的负载大小和电 流密度有关。
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变压器在电路中应用
升降压功能实现方法
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变压器原理
利用电磁感应原理，通过 变换线圈匝数比例实现电 压的升降。
升压变压器
原线圈匝数少于副线圈匝 数的变压器，可将低电压 升高为所需的高电压。
故障排除方法和技巧
线圈短路的排除
铁芯饱和的解决
更换损坏的线圈，同时检查其他线圈的绝 缘情况，确保没有潜在隐患。
降低变压器的负载，或更换容量更大的变 压器，以避免铁芯饱和。
绝缘油变质的处理
分接开关故障的解决
对绝缘油进行过滤或更换，同时检查变压 器的密封性能，防止水分和杂质进入。
检查分接开关的接触情况和位置，进行必 要的调整和更换。同时，定期对分接开关 进行维护和保养，确保其正常运行。
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变压器维护与故障排除
日常维护注意事项
保持变压器干燥
避免变压器受潮，定期检查变 压器的密封性能，确保没有水
分渗入。
清洁变压器表面
定期清理变压器表面的灰尘和 污垢，防止引起短路或散热不 良。
检查紧固件
定期检查变压器的紧固件，如 螺栓、螺母等，确保它们紧固 可靠，防止松动引起事故。
监测运行状态
定期监测变压器的运行状态， 如电压、电流、温度等参数，
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3. 改变负载大小，重复步骤2，记录多组数据。
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4. 根据实验数据，计算变压器的变比、效率和负载特性 。
数据记录和处理方法
数据记录
使用表格记录实验数据，包括输入电压 、输出电压、输入电流、输出电流和负 载大小等。
VS
数据处理
根据实验数据，计算变压器的变比（输出 电压/输入电压）、效率（输出功率/输入 功率）和负载特性（输出电压或电流随负 载变化的情况）。
用于产生脉冲信号，具有较高 的脉冲电压和较小的脉冲宽度
。
互感器
用于测量和保护电路中的电流 和电压，具有较高的精度和稳
定性。
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变压器参数及性能指标
额定电压与额定电流
额定电压
指变压器在正常工作状态下，输入端和输出端所承受的电压值。通常分为高压侧 额定电压和低压侧额定电压。
额定电流
指变压器在正常工作状态下，输入端和输出端所承受的电流值。同样分为高压侧 额定电流和低压侧额定电流。
结果分析和讨论
结果分析：根据实验数据，绘制变压器 的输入输出特性曲线，分析变压器的变 比、效率和负载特性。
3. 根据实验结果，评价变压器的性能， 并提出改进意见。
2. 变压器的效率随负载变化的情况如何 ？为什么会出现这种情况？
结果讨论
1. 变压器的变比是否与设计值相符？如 果不符，可能的原因是什么？
高中物理选修课件变压器
汇报人：XX 20XX-01-17
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目录
• 变压器基本概念与原理 • 变压器类型及其特点 • 变压器参数及性能指标 • 变压器在电路中应用 • 实验：测量变压器参数和性能 • 变压器维护与故障排除
01
变压器基本概念与原理
变压器定义及作用
变压器定义
变压器是一种利用电磁感应原理 ，通过变换交流电压、电流和阻 抗的电气设备。