2015年全省技工教育和职业培训参评教案111
2015年全省技工教育和职业培训
参评教案参评组别：B
专业分类：电工类
课程名称：电机与变压器
变压器的原理
作者姓名：冯仓成
单位：济宁市技师学院
通讯地址：济宁市崇文大道3166号
联系电话：150********
2015年全省技工教育和职业培训参评教案
学科
电
机
与
变
压
器
第1章变压器的分类、结构和原理
第3节变压器的原理
审批签字
授课时数 2 授课方法讲授教具多媒体及板书授课时间2015年4月5日授课班机电1441C
教学目的1、了解变压器的构造及其工作原理；
2、掌握理想变压器的原、副线圈中电压、电流与匝数的关系
3、通过探究变压器电压与匝数的关系，培养学生善于观
察与分析的能力
教学重点和难点重点：变压器的工作原理和规律。
难点：理解副线圈两端电压是与原线圈频率相同的交变电流，推导变压器原、副线圈电流与匝数的关系
复习提问变压器的分类
教学内容、方法和过程
一、导入新课
各种用电设备所需的电压也各不相同。电灯、电饭煲、洗衣机等家用电器需要220V的电压，机床上的照明灯需要36V的安全电压。一般半导体收音机的电源电压不超过10V，手机电压4.2V—4.5V，而电视机显像管却需要10000V以上的高电压。你知道怎样改变电压吗？
附记
创设问题，激发学生求知欲望，培养思维、推理能力。
二、新课内容
1、变压器的主要用途
变压器是一种通过电磁感应作用将一定数值的电压、电流、阻抗的交流电转换成同频率的另一数值的电压、电流、阻抗的交流电的静止电器。在电力系统中，专门用于升高电
压和降低电压的变压器统称为电力变压器。电力变压器是使用最广泛的变压器。
变压器是利用电磁感应原理制成的静止电气设备。它能将某一电压值的交流电变换成同频率的所需电压值的交流电，以满足高压输电、低压供电及其他用途的需要。
2、变压器的基本工作原理
它的基本工作原理可以用图3-1说明。图3-1是单相变压器的工作原理图。这个单相变压器由一个闭合的铁心和套在其上的两个绕组构成。这两个绕组彼此绝缘，同心套在一个铁心柱上，但是为了分析问题的方便，我们将这两个绕组画在铁心柱两侧上，其中，与电源连接的绕组称为原绕组，也称为一次绕组或原边；与负载连接的绕组称为副绕组，也称为二次绕组或副边。我们在表示原绕组电磁量的符号右下角加标号“1”，在表示副绕组电磁量的符号右下角加标号“2”，以便于区别。例如，1U ,1I , 1E 分别表示原绕组的电压、感应电动势、电流相量；2U , 2I ，2E , 分别表示副绕组的电压、感应电动势、电流相量。激发学生探究意识，引导学生从不同角度去研究
激发学生的积极性和注意力
将原绕组的两个出线端与单相交流电源连接，原绕组中便流过交流电流，该电流在铁心中生成与电源频率相同的交变磁通，此交变磁通同时链过原、副绕组。据电磁感应原理，原、副绕组中将分别感应出交变电动势。将副绕组的两个出线端与负载连接，负载就有交流电流通过。对应某一瞬时，单相变压器中各物理量的方向标示于图3--2。
图3--1 单相变压器工作原理图
设 , 1e 分别为原绕组的电压、感应电动势瞬时值，2u 2e 分别为副绕组的电压、感应电动势瞬时值，1N , 2N 分别为原绕组、副绕组的匝数， 为铁心中同时链过原、副绕组的磁通。
如果单相变压器副绕组的两个出线端不与负载连接并忽略数
值很小的原绕组电阻、电抗，可以得出下面的瞬时值方程式
11e u -= 22e u =
其中，依据电磁感应定律有
引导分析 逐
层深入
1
u ）
—（）—2111(dt
d N
e t N e Φ-=-=2
211d d Φ）
—（）—（4131
将该式代入上式，得
有
由此可见，通过选用不同于原绕组匝数N 1的副绕组匝数N 2，便可使副绕组的电压u 2不等于原绕组的电压u 1，k 称为变压器的变压比，其大小是由变压器的结构参数N 1, N 2所决定的。
综上所述，变压器以原、副绕组能同时链过铁心中同一变化磁通的特有结构，利用电磁感应原理，将原绕组吸收电源的电能传送给副绕组所连接的负载——实现能量的传送，使匝数不同的原、副绕组中感应出大小不等的电动势——实现电压等级变换，这就是变压器的基本工作原理。 3、变压器的基本结构
图3-2为三相油浸式电力变压器的结构示意图。
三相油浸式电力变压器主要由铁心、绕组及其他部件组成。现简单叙述各部件的结构、作用。 1．铁心
dt
d N u t N u Φ
-==2
21
1d d Φ）
—（）—（6151k N N e e u u ==
=
2
1
2
12
1
铁心作为变压器的闭合磁路和固定绕组及其他部件的骨架。为了减小磁阻、减小交变磁通在铁心内产生的磁滞损耗和涡流损耗，变压器的铁心大多采用薄硅钢片叠装而成。变压器的铁心有心式和壳式两种基本形式。
图3-2 三相油浸式电力变压器
1—油箱 2—铁心及绕组 3—储油柜 4—散热筋 5—高、低压绕组 6—分接开关 7—气体继电器 8—信号温度计心式变压器的铁心由铁心柱、铁轭和夹紧器件组成，绕组套在铁心柱上，如图3-3所示。心式变压器的结构简单，绕组的装配工艺、绝缘工艺相对于壳式变压器简单，国产三相油浸式电力变压器大多采用心式结构。
壳式变压器的铁心包围了绕组的四面，就像是绕组的外壳，通过图示让学生更直观了解变压器的结构
如图3-4所示。壳式变压器的机械强度相对较高，但制造工艺复杂，所用材料较多，一般的电力变压器很少采用。
图3-3 三相心式变压器
1—铁心柱 2—铁轭 3—高压绕组 4—低压绕组
图3-4 单相壳式变压器
1—铁心柱 2—铁轭 3—绕组
2．绕组
绕组是变压器的电路部分，原绕组吸取供电电源的能量，副绕组向负载提供电能。变压器的绕组由包有绝缘材料的扁导线或圆导线绕成，有铜导线和铝导线两种。按照高、低压绕组之间的安排方式，变压器的绕组有同心式和交叠式两种基本形式。
3．其他部件
（1）油箱通过图示让学生更直观了解变压器的结构
变压器的器身放置在灌有高绝缘强度、高燃点变压器油的油箱内。
变压器运行时，铁心和绕组都要发出热量，使变压器油发热。发热的变压器油在油箱内发生对流，将热量传送至油箱壁及其上的散热器，再向周围空气或冷却水辐射，达到散热的目的，从而使变压器内的温度保持在合理的水平上。（2）储油柜（也称为油枕）
储油柜装置在油箱上方，通过连通管与油箱连通，起到保护变压器油的作用。
变压器油在较高温度下长期与空气接触容易吸收空气中的水分和杂质，使变压器油的绝缘强度和散热能力相应降低。装置储油柜的目的是为了减小油面与空气的接触面积、降低与空气接触的油面温度并使储油柜上部的空气通过吸湿剂与外界空气交换，从而减慢变压器油的受潮和老化的速度。（3）气体继电器（也称为瓦斯继电器）
气体继电器装置在油箱与储油柜的连通管道中，对变压器的短路、过载、漏油等故障起到保护的作用。
（4）安全气道（也称为防爆管）
安全气道是装置在较大容量变压器油箱顶上的一个钢质长筒，下筒口与油箱连通，上筒口以玻璃板封口。
当变压器内部发生严重故障又恰逢气体继电器失灵时，油箱内部的高压气体便会沿着安全气道上冲，冲破玻璃板封
口，以避免油箱受力变形或爆炸。
（5）绝缘套管
绝缘套管是装置在变压器油箱盖上面的绝缘套管，以确保变压器的引出线与油箱绝缘。
（6）分接开关
分接开关装置在变压器油箱盖上面，通过调节分接开关来改变原绕组的匝数，从而使副绕组的输出电压可以调节，以避免副绕组的输出电压因负载变化而过分偏离额定值。
分接开关有无载分接开关和有载分接开关两种。一般的分接开关有三个挡位，+5%挡、0挡和-5%挡。若要副绕组的输出电压降低，则将分接开关调至原绕组匝数多的一挡，即+5%挡；若要副绕组的输出电压升高，则将分接开关调至原绕组匝数少的一挡，即-5%挡。
三、小结
1、变压器的主要用途
2、变压器的工作原理
3、变压器的基本结构
四、作业
课后练习题第2、3、5题总结概括本节所学内容
针对性作业让学生巩固所学知识