变压器的应用教案

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课题：变压器的应用

课型：讲授

教学目的要求：

1、掌握变压器在电压变换方面的应用：自耦变压器、电压互感器。

2、掌握变压器在电流变换方面的应用：电流互感器、钳形电流表。

3、了解变压器阻抗变换方面的应用。

教学重点、难点：

教学重点：变压器的电压变换和电流变化及其应用。

教学难点：变压器空载运行和电压变换，负载运行与电流变换。

教学分析：

本次课通过对变压器空载运行时，原副线圈中感应电动势的分析得出变压器的变压比概念，然后具体分析利用电压变换原理的两种常用电器元件——自耦变压器及电压互感器的工作原理，最后通过例题巩固其知识点。电流变化及阻抗变换也基本采用这一模式来讲解相关内容。

复习、提问：

1、变压器工作原理是什么？

2、变压器的额定值有哪些，其关系是怎样的？

教学过程：

上节课讲述了变压器的工作原理和有关磁路方面的概念。今天我们来看看变压器有哪些应用。

一、空载运行和电压变换

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N 1，副线圈匝数为

N 2，磁通为 ，感应电动势为

t

N E t N E ∆∆=∆

∆=

Φ

Φ2

211 ， 由此得 2121N N E E = 忽略线圈内阻得

K N N U U ==2

1

21 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N 1 < N 2，K < 1，电压上升，称为升压变压器。 如果N 1 > N 2，K >1，电压下降，称为降压变压器。 应用实例： 1、自耦变压器

实验室中常用的调压器就是一种可改变副绕组匝数的自耦变压器

(a)符号 (b)外形 (c)实际电路 图2 自耦变压器 原副边电压之比是：

2、电压互感器

图1 变压器空载运行原理图

(a) 构造 (b)接线图

图3 电压互感器

电压互感器属于仪用互感器的一种，它的优点是：

⑴使测量仪表与高压电路分开，以保证工作安全。

⑵扩大测量仪表的量程。

注意点：

（1）为了工作安全，电压互感器的铁壳及副绕组的一端都必须接地，以防高、低压线圈绝缘损坏时，低压线圈和测量仪表对地产生一个高

电压，危及工作人员的人身安全。

（2）副线圈不允许短路。如果电压互感器的二次侧运行中短路，二次线圈的阻抗大大减小，就会出现很大的短路电流，使副线圈因严重发

热而烧毁。因此在运行中互感器不允许短路。一般电压互感器二次

侧要用熔断器。只有35千伏及以下的互感器中，才在高压侧有熔断

器其目的是当互感器发生短路时把它从高压电路中切断。

二、负载运行和电流变换

负载运行：变压器的原绕组接电压U1，副绕组接负载Z

L

这种运行状态称为负载运行。

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 =

P

2

，由交流电功率的公式可得

U 1I

1

cos

1

= U2I2 cos2

式中cos

1

——原线圈电路的功率因数；

cos

2

——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

U

1

I

1

= U2I2

K

N

N

I

I1

1

2

2

1=

=

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、低压绕组的方法。

1、电流互感器：

由于

（Ki 称为变

流比）

所以 I 1=K i I 2

为了安全起见应采取：

（1）电流互感器副线圈的一端和铁壳必须接地。 （2）使用电流互感器时，副绕组电路是不允许断开的。

电流互感器二次侧不许开路运行。接在电流互感器副线圈上的仪表线圈的阻抗很小，相当于在副线圈短路状态下运行。互感器副线圈端子上电压只有几伏。因而铁芯中的磁通量是很小的。原线圈磁动势虽然可达到几百安或上千安或更大。但是大部分被短路副线圈所建立的去磁磁动势所抵消，只剩下很小一部分作为铁芯的励磁磁动势以建立铁芯中的磁通。如果在运行中副线圈断开，副边电流等于零，那么起去磁作用的磁动势消失，而原边的磁动势不变，原边被测电流全部成为励磁电流，这将使铁芯中磁通量急剧，铁芯严重发热以致烧坏线圈绝缘，或使高压侧对地短路。另外副线圈开路会感应出很高的电压，这对仪表和操作人员是很危险的所以电流互感器二次侧不许断开。 2、钳形电流表

利用钳形电流表可以随时随地测量线路中的电流，是电流互感器的一种变形。它的铁心如同一钳形，用弹簧压紧。测量时将钳口压开而引入被测导线。这时该导线就是原绕组，副绕组绕在铁心上并与电流表接通。利用钳表可以随时随地测量线路中的电流，不必像普通电流互感器那样必须固定在一处，或则像普通电流表在测量时要断开电路而将原绕组串接进去。

图5 钳表原理图

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