电机与变压器教案3

襄樊市第二高级技工学校

全国中等职业技术学校电工类专业通用教材

《先机与变压器》教案

适用专业：机电技术应用

执笔：何云

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第1次课授课时间：2010年月日教案完成时间：2010年月日

《电机与变

课程名称年级专业、层次中职

压器》

教jk/贝d何云学时2

授课题目绪论

基本教材或《电机与变压器》中国劳动社会保障出版社、全国中等职业技术学校、

参考书电工类专业通用教材

一、通过教学使学生掌握电机在国民经济中的地位；电机的主要

教学目的与类型；我国电机工业发展概况

要求二、了解学习本课程的方法及需要的基础知识

教学重点与电机在国民经济中的地位

难点学习本课程所需要的基础知识

技能及知识

电机的定义、学习本课程所需的基础知识。

点

教学方法理论讲解

作业和课后

记

教学附页

教学环节教学过程及主要内容备注

教学环节教学过程及主要内容备注

一、电机在国民经济中的作用

电能是现代主要的能源，而电机是与电能的生产、传输和

使用紧密相关的能量转换装置，它不仅是工业、农业、交通运输

业、国防工业、IT技术产业的重要设备，而且在日常生活中的

应用也越来越广泛。

人类早期使用的原动力是畜力、水力和风力，后来发明了蒸汽机、

柴油机、汽油机，十九世纪发明了电动机，由于电动机有以下优

点

(1)电机的效率高，运行经济；

(2)电能的传输和分配比较方便；

(3)电能容易控制。

所以电动机的应用越来越广泛，现在绝大部分生产机械都采用电

动机进行拖动，即用电动机作为原动机。

让电机运转需要电能，电能主要来自发电机，为了经济的传输和

分配电能需要变压器，另外随着自动化程度的不断提高，自动控

制技术得到空前的发展，出现了各种各样的控制电机，此外在文

教、医疗卫生、信息产业及日常生活中电机的应用将会愈加广泛。

二、电机的主要类型

电机的型式和种类很多，但其工作原理都是基于电磁感应定

律和电磁力定律，电机的分类方法很多，按功能进行分类，可分

为：

(1)发电机将电能转换为机械能

(2)电动机将机械能转换为电能

(3)变压器将电能变换为不同等级的电能

(4)控制电机作为控制系统中的元件

三、我国电机工业发展概况

解放前电机工业极端落后，仅几个城市有电机制造厂。解放

后电机工业发展很快第一个五年计划结束时，年产量和单机容

量都较解放前提高了几十倍。改革开放以来我国电机工业在引

教学环节教学过程及主要内容备注

进、吸收和消化国外先进技术的基础上对原有电机进行了优化设

计,使电机性能大大提高，并相继研制和开发了多种新系列电机,

不仅满足了国内生产需要，而且向国外出口。目前我国已开发制

成125个系列，900多个品种，几千种规格的各种电机。

电机工业发展趋势是电子与电机工业结合，开展新原理、新

结构、新材料电机的研制工作。

四、绪论电机的分类

按功能用途分：有发电机、电动机、变压器和控制电机4类。

按电机的结构或转速分：分为静止变压器和旋转电机。

按电源的不同分：分为直流电机和交流电机两大类。交流电

机又分为同步电机和异步电机两类。

综上分类方法，可归纳如下：

变压器（也属交流电机的一种，但它静止不动）

r直流发电机

直流电机

L直流电动机

「同步发电机

电机［r同步电机（同步电动机

交流电机Y

异专由和r异步发电机

I异步电机t异步电动机

I控制电机

五、课程性质、任务和内容

性质:是一门专业基础课。它是将“电机学”、“电力拖动”和

“控制电机”等课程有机结合而成的一门课。

任爰:掌握各电机的基本结构和工作原理以及电力拖动系统的

运行性能、基本分析计算、电机选择方法。

内容:直流电机、直流电动机的电力拖动、变压器、三相交流

异步电动机、三相交流异步电动机的电力拖动、单相异步电动机、

教学环节教学过程及主要内容备注

同步电机、电动机的选择控制电机等。

六、课程特点

课程特点：理论性强，应用性强。涉及的基础理论和实际知识

面广，是电学、磁学、动力学、热学等学科知识的综合，所以理

论性较强。而用理论分析各种电机及拖动的实际问题时，必须结

合电机的具体结构、采用工程观点和工程分析方法。在掌握基本

理论的同时，还要注意培养学生的实验操作技能和计算能力，因

此实践性也较强。

七、学习方法

学习时应注意以下几点：

1）抓主要矛盾，抓本质，忽略次要因素。

2）抓基本概念、原理和主要特性。

3）良好的学习方法，如对比学习，找出各种电机的共性和特点,

加深理解。

4）理论联系实际，重视实验和到工厂实践。

5）把电机视为拖动系统中的一个器件来学习，不宜过多地耗时

于电机的内部电磁关系。

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第2次课授课时间：2010年月日教案完成时间：2010年月日

《电机与变

课程名称年级专业、层次中职

压器》

教贝何云学时2

第一章变压器的结构与工作原理

授课题目

§1—1变压器的用途和分类、§1-2变压器的结构

基本教材或参《电机与变压器》中国劳动社会保障出版社、全国中等职业技术学校、

考书电工类专业通用教材

教学目的与要

通过教学使学生掌握变压器的定义、变压器的用途和分类

求

教学重点与难变压器的用途和分类

点变压器的用途和分类

技能及知识点变压器的定义、用途和分类

教学方法理论联系实际

作业和课后记

教学附页

教学环节教学过程及主要内容备注

教学环节教学过程及主要内容备注

一、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。

在绝大多数情况下，交流电能来自于远离用电地区的水力发电

站、火力发电站、核电站的交流发电机。由于绝缘材料和散热等

方面的限制，交流发电机发出的电压不可能太高，一般多为

10.5kV和18kV。如果以此等级的电压直接向远距离的用电地区

传送大功率的电能，那么输电线路必然流过很大的电流，大大增

加了输电线路上的电能损耗和电压损耗，这是很不经济的，甚至

于不能将电能送出去。如果采用升压变压器，把发电机发出的电

压升高到几十千伏或几百千伏的电压后，再向远距离的用电地区

传送大功率的电能，那么输电线路上流过的电流自然就变小了，

这样就能经济地把电能送出去。一般地，输电电压的高低与输电

距离、输电功率有关，若要求输电距离较远且输电功率较大，则

要求较高的输电电压。而用电设备的电压等级绝大多数为380V

或220V,用电设备不能直接与高压输电线路连接，必须采用降

压变压器，先将输电电压降低到合适的电压等级，再供用户使用。

二、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

教学环节教学过程及主要内容备注

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，"，匕，E分别

表示原绕组的电压、感应电动势、电流相量；02,'2,反，

分别表示副绕组的电压、感应电动势、电流相量。

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1—lo

图1-1单相变压器工作原理图

设为"分别为原绕组的电压、感应电动势瞬时值，u2e2,

分别为副绕组的电压、感应电动势瞬时值，乂，愀分别为原绕

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

—(1-1)

(1—2)

其中，依据电磁感应定律有

教学环节教学过程及主要内容备注

•,d<P

e,--N.——

”（1—3）

e2=-N2与（1—4）

_zd0

将该式代入上式，得％=乂而7

（1—5）

u2=-N2与（1—6）

有同_间_凹

■-------------------------K

Ml旧N?（1—7）

由此可见，通过选用不同于原绕组匝数M的副绕组匝数N2,

便可使副绕组的电压也不等于原绕组的电压A称为变压器的

变压比，其大小是由变压器的结构参数M,他所决定的。

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一一实现能量的传送,使匝数不同的

原、副绕组中感应出大小不等的电动势一一实现电压等级变换,

这就是变压器的基本工作原理。

三、变压器的分类

变压器可以按照用途、绕组数目、相数、冷却方式、调压方式分

类。

按照用途分，主要有电力变压器、调压变压器、仪用互感器（如

测量用电流互感器和电压互感器）、供特殊电源用的变压器（如

整流变压器、电炉变压器、电焊变压器、脉冲变压器）。

按照绕组数目分，主要有双绕组变压器、三绕组变压器、多

绕组变压器、自耦变压器。

按照相数分，主要有单相变压器、三相变压器、多相变压器。

按照冷却方式分，主要有干式变压器、充气式变压器、油浸

式变压器（按照冷却条件，又可细分为自冷、风冷、水冷、强迫

教学环节教学过程及主要内容备注

油循环风冷、强迫油循环水冷变压器）。

按照调压方式分，主要有无载调压变压器、有载调压变压器、

自动调压变压器。容量大小：小型变压器、中型变压器、大型

变压器和特大型变压器。

四、变压器的基本结构

图1.2为三相油浸式电力变压器的结构示意图。

图L2三相油浸式电力变压器

1—油箱2一铁心及绕组3—储油柜4一散热筋5—高、低

压绕组6—分接开关7—气体继电器8—信号温度计

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

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。

教学环节教学过程及主要内容备注

心式变压器的铁心由铁心柱、铁轲和夹紧器件组成，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，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1.3三相心式变压器

1一铁心柱2—铁轲3一高压绕组4一低压绕组

图1.4单相壳式变压器

1一铁心柱2—铁轨3一绕组

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。

教学环节教学过程及主要内容备注

3.其他部件

(1)油箱

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

教学环节教学过程及主要内容备注

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。

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第3次课授课时间：2010年月日教案完成时间：2010年月日

《电机与变

课程名称年级专业、层次中职

压器》

教-kL.贝E3何云学时2

授课题目§1-3变压器的空载运行及负载运行

基本教材或《电机与变压器》中国劳动社会保障出版社、全国中等职业技术学校、

参考书电工类专业通用教材

教学目的与

通过教学使学生掌握变压器的基本结构、变压器的空载运行及负载运行

要求

变压器的基本结构、变压器的空载运行及负载运行

教学重点与

变压器的空载运行及负载运行

难点

技能及知识变压器的结构、变压器空载运行及负载运行时的方程式、相量图、等效

点电路等

教学方法理论讲解

作业和课后

记

教学附页

教学环节备注

一、、变压器的空载运行

什么是空载运行：

(-)空载运行时的物理情况

原绕组接交流电源时有电流通过，称空载电流Zo交变的

流过原绕组，产生磁动势产生通过绕组中心的交变的磁

通，此磁通由£单独激励，所以也称为励磁电流或激磁电流。

图1.5单相变压器空载运行原理图

主磁通：绝大部分的磁通经由铁心闭合，称为主磁通，用

表不。

作用：主磁通与原、副绕组同时交链而传递能量。在原、副绕组

中产生感应电动势4,02。漏磁通：很少一部分磁通经由原绕组

周围的空气或变压器油闭合，它不是传递能量的载体，称漏磁通,

用表示。漏磁通在原绕组中感应电动势

(二)感应电动势

1.各电、磁量正方向的规定

有利于讨论各电、磁量的量值关系和相位关系。

原边：视变压器原边为电源的负载，原边电流的正方与电源电压

的正方向一致。

教学环节备注

副边：将副边视为负载的电源，副边电流的正方向由副边电势的

正方向确定，副边电压的正方向依据副边电流流过负载的压降方

向确定。

磁通：正方向与电流的正方向符合右手螺旋定则。

感应电动势：正方向与磁通的正方向符合右手螺旋定则，实际方

向由楞次定律确定。各电、磁量正方向见图L5。

2.感应电动势

交流电压产生交流磁通，有0=O,"sinof

则e,=-N,

df

d@,“sinor）.

e=一N1---------=一Ng①coscot

xdr

=乂（2兀sin（ot—90°）=E,„,sin（切—90°）

=V2E,sin（0f-90°）

原绕组感应电动势有效值的数值为

耳二M=4.44阳中,“

且g在相位上以90°滞后于用相量表示，有

E[=-/4.44川色

同理，龙在相位上也以90°滞后于Om。用相量表示，有

瓦=-14.44川2氟

变压器的原绕组有漏磁通链过，漏磁通也是按正弦规律变化

的，同理有

E,=-网①％/6=-NL/J垃

=-jxJo

由于漏磁路主要由非磁性介质构成，可近似地看成线性磁路，其

磁阻也可近似地看成常数，则漏电感Lio和漏电抗X1也可近似

教学环节备注

地看成常数，因此，漏感电势可以看成是漏电抗上的压降。

3.电压平衡关系

据基尔霍夫电压定律，得到原、副边的电压平衡方程式

。\=-皂\-Eb+，0八=-£+jx/o+

=_£+，0储+诩）=-E+A）zi

St）—应2

由于漏磁路磁阻很大，漏磁通很小，因此反映漏磁通的漏电感和

漏电抗很小，AZ也很小，有“N—E=—j4.44/NQ,“

由此看出，主磁通的大小主要决定与电源电压的大小，只要

电源电压不变，主磁通维持不变，这是一个很重要的结论，对变

压器负载运行时仍然成立。

（三）空载电流和空载损耗

空载运行时，只有原绕组流过空载电流，所以励磁电流也就是空

载电流。由于铁心采用高磁化能力、低涡流损耗和磁滞损耗的硅

钢片叠压而成，空载电流是很小的，只占原边额定电流的4%~

10%,甚至更低。

空载运行时，交变的磁通一方面在铁心中产生涡流，另一方面使

铁磁材料中的磁畴随磁场方向的交变而运动，其后果都会使铁心

发热，将变压器原边吸收电源能量的一部分消耗掉。分别称为涡

流损耗和磁滞损耗，合称为铁损耗。

（四）等效电路

用电路形式反映其电磁关系称之为等效电路。

漏感电势可以看成是漏电抗上的压降，即再与空

载电流在原绕组电阻上的压降］o4合并为一项，即漏阻抗压降

/oz,o原绕组通过空载电流，在铁心中产生主磁通、产生铁损耗,

才会产生感应电动势£,实际上E反映了主磁通和铁损耗的大

小，也可以仿照漏阻抗压降的处理方式，认为

教学环节备注

-E,=/oZ,„=Zo（A；„+An）

在力和/!不变时，的恒定，可将勿视为常数。得

〃=/。（〃+居）+/o&+必）

=/oZ,”+/oZ|=/o（Z„,+Z.）

由此得到空载运行时的等效电路。并进行空载运行时的定量分

析。

/Xi

o--------1---1-------\AA/—

A）

片6%

O

图1.6单相变压器空载运行等效电路

教学环节备注

《电机与变压器》教案首页

第4次课授课时间：2010年月日教案完成时间：210年月日

《电机与变

课程名称年级专业、层次中职

压器》

教贝何云学时2

授课题目§1-3变压器的空载运行及负载运行

基本教材或《电机与变压器》中国劳动社会保障出版社、全国中等职业技术学校、

参考书电工类专业通用教材

教学目的与

通过教学使学生掌握变压器负载运行时的各种关系

要求

教学重点与变压器负载运行时的物理情况、电压平衡关系、等效电路等

难点变压器绕组的折算

技能及知识

变压器负载运行时的物理情况、等效电路、变压器绕组的折算等

点

教学方法理论讲解

作业和课后

记

教学附页

教学环节教学过程及主要内容备注

教学环节教学过程及主要内容备注

二、变压器的负载运行

（一）负载运行时的物理情况

负载运行时，副绕组中有电流流过，变压器便可以同时与原、副

绕组相交链的主磁通为媒介，将原绕组从电源吸收的电能传送到

副绕组，向负载供电。负载运行时，副绕组中有电流人流过，

副绕组中产生相应的磁动势八乂，与原绕组中产生的磁动势

彳乂共同作用，产生铁心中的主磁通。

Ao-^―

.瓦

图L7单相变压器负载运行原理图

（二）负载运行时的基本方程式

1.磁动势平衡方程式

铁心中的磁动势由原边磁动势IM和副边磁动势4乂合成，为

，乂+%N2。由于电压不变，主磁通不变，即磁动势仍然为，0乂0

有

1附+，2愀=，0乂

iN=ioN+（-：2小）

由此看出，负载运行时的原边磁动势1M有两部分作用：一是产

生铁心中的励磁磁动势,以产生主磁通©“；二是产生一个

与副边磁动势4乂大小相等、方向相反的磁动势（一4N2）,抵

消副边磁动势的作用，以维持铁心中的主磁通不变。该式称为磁

教学环节教学过程及主要内容备注

动势平衡方程式。将磁动势平衡方程式改变为％=io+(-竺：2)

1Ni

负载运行时的原边电流彳大于变压器空载运行时的原边电流

的，它由反映主磁通大小的励磁电流分量10和反映负载大小

的负载电流分量(一今组成。当负载增加时，人增加，副

N•

边磁动势AM增加，原边电流的负载电流分量(一才八)也相

应增加，可见，虽然变压器的原、副边没有直接的电路联系，但

负载电流的变化也会使原边电流相应地改变。

2.电压平衡方程式

副边电路流过电流八，产生副边磁动势副边磁动势一方

面与原边磁动势匕乂共同作用产生铁心中的主磁通，另一方面还

产生仅与副绕组交链的漏磁通型。。漏磁通在副绕组中感应出漏

感电动势员。，及。也可以以副边漏电抗々上的压降形式来表

示，有应2。=~jX212

据原、副边电路，列出变压器负载运行时的电压平衡方程式

••••

，=-+/1&+jxl)=-f।+/1Z)

••

-E,=/(>(/;„+jxm)=/oZ„,

••・♦

U2=E2-1+jx2)—E2—12Z2

U2^h(rL+jxL)^hZL

综上所述，可以列出变压器负载运行时的基本方程式组如下

j=-EI+/IZ,

-£=：oz,“

教学环节教学过程及主要内容备注

U)=E2~12Z1

••

E\=kE?

3=%Zi

••1•

/l=/o+(——；2)

k

(三)等效电路

利用上面得出的变压器基本方程式组，便可以对变压器进行定

量计算了。但因原、副绕组的匝数不等，原、副边只有磁耦合关

系而无直接的电联系，实际求解起来是相当困难的。我们可以构

造一个能正确反映变压器的电、磁关系和功率关系的纯电路——

等效电路，以便找到一种简便实用的计算方法。

1.折算

所谓折算，就是假设使原、副绕组的匝数相同，以简化变压器的

定量计算过程，但要保证变压器折算前后的电、磁关系和功率关

系不变。现以将副绕组折算成原绕组为例，确定副边各物理量的

折算值。副边各物理量的折算值用原有符号加表示。

(1)副边电动势的折算值

折算的目的就是使折算后的副绕组匝数等于原绕组的匝数，即

N；=N\,有g=也=1

回乂

(2)副边电流的折算值

为保证折算前后副边磁动势的作用不变，有&7；=八忆

与,=0」2

22

N；2N12k

(3)副边阻抗的折算值

为保证折算前、后的铜损耗不变，有］；2匕=］尢，4=女2々

为保证折算前、后的无功功率不变，有芯=公/

22

则z2=kz2同理有Z'L=kz.

教学环节教学过程及主要内容备注

(4)副边电压的折算值

为保证折算前、后的视在功率不变，有

U[=^U2=kU2

折算后，变压器负载运行时的基本方程式组可简化为如下的方程

式组

〃=—E+i|Z],—

=iozm,U2=E2—i2z2>u2=i2zL,E2=E],

%+乙=

2.等效电路

在将变压器副绕组的匝数折算为与原绕组的匝数相等后，原、副

绕组中的感应电动势E和a是相等的。若将分别作用于原、副

边电路的E，a看成是E(或耳)同时作用于原、副边电路，

便得到形状像“T”字的等效电路，如图1.8所示。

变压器负载运行时的T型等效电路是与实际变压器的电、磁关系

和功率关系是完全等效的。但此T形等效电路属于混联电路，要

对其进行复数运算是比较麻烦的。在工程上，可根据要分析、计

算的具体问题，对T型等效电路做进一步的简化，得到如图1.9

所示的简化等效电路。

图1.9中，4=4+匕叫短路电阻，龙,=玉叫短路电抗，

4=《+优叫短路阻抗，小儿区可由变压器的短路试验得

____A—

1―IlA)一^

>

出。尹--------------------------------------

图1.8单相变压器负载运行时的T型等效电路

教学环节教学过程及主要内容备注

-u2Dz；

图1.9单相变压器负载运行时的简化等效电路

例3.3.1已知一台单相变压器的数据为：S.=4.6kVA,

GN/U2N=380V/115V,r,=0.15Q,改=0.024Q,小=0.27Q,

A2=0.053Q,其负载阻抗为：&=4+j3Q。当外加电压为额定值

时，用简化等效电路计算原、副边电流及副边电压。

解变比％=%丛=出=3.30

U2N115

原边电流（f=——；7人——；~尸

5+4+"）+又玉+兄+工）

380/00

(0.15+3.302x0.024+3.302x4)+j(0.27+3.302x0.053+3.302x3)

380Z0

43.971+j33.51755.289/37.32°

副边电流八=-3.3X6.87N-37.320=-22.67N-37.32°A

副边电压.=-22.67/-37.32。、(4+j3)

=-U3.35Z-0.45°V

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第5次课授课时间：2010年月日教案完成时间：2010年月日

《电机与变

课程名称年级专业、层次中职

压器》

教-kL.贝E3何云学时2

§1-4变压器的阻抗变换

授课题目

§1-5变压器的外特性

基本教材或《电机与变压器》中国劳动社会保障出版社、全国中等职业技术学校、

参考书电工类专业通用教材

教学目的与

通过教学使学生掌握变压器阻抗变换的应用、变压器的外特性

要求

教学重点与变压器阻抗变换的应用、变压器的外特性

难点变压器的外特性

技能及知识

阻抗变换的公式及应用、变压器外特性

点

教学方法理论讲解

作业和课后

记

教学附页

教学环节教学过程及主要内容备注

一、变压器的外特性

运行特性：L外特性

2.效率特性

作用：反映变压器带负载运行时的性能。

（-）外特性与电压变化率

当电源电压及负载功率因数一定时，反映副边端电压随副边电

流变化而变化的曲线位=f（72）,称为变压器的外特性。

外特性直观反映了变压器输出电压随负载电流变化的趋势。

图1.12变压器的外特性

电容性负载：〃随△的增大而增大（容性负载减小了无功电流分

量）；电阻和电感性负载：〃随心的增大而减小。变化程度用电

压变化率来表示。

定义：△.%二%也I。。%=%也I。。%

UINU*

一般情况下，在cos6=0.8（感性）左右时，额定负载的电压变

化率约为4%〜5.5%o

（二）变压器的损耗与效率

损耗：铜损、铁损，每一种又包括基本损耗和附加损耗。

基本铜损：原、副绕组中的直流电阻损耗。

附加铜损：漏磁通在原、副绕组中产生集肤效应、使其电阻增大

而增加的铜损，通常很小。铜损的大小与负载电流的平方成正比,

教学环节教学过程及主要内容

是可变损耗。

基本铁损：铁心中的磁滞和涡流损耗。

附加铁损:主磁通在变压器的结构件及铁心的某些局部引起的涡

流损耗。

基本铁损是铁损耗的主要部分。铁损为不变损耗。

效率特性：

负载小时，效率随负载的增加而增加；

负载大时，效率随负载的的增加而减小。效率有一个最大值，用

〃max表示。一般当夕=0.5〜0.7范围内时达到〃„好。

00.20.40.60.81.0P

图1.13变压器的效率特性

变压器一次侧接交流电源，对电源来说是一个负载。其输入

阻抗可用输入电压、输入电流来计算，即变压器的输入阻抗为

Zl=^，而变压器的二次侧输出又接了负载，电压、电流、负

1\

载之间存在Z2=〃2=Zfz关系。可以看出经过变压器把Z2接

IC

教学环节教学过程及主要内容备注

到电源上和不要变压器直接把Z2接到电源上，两者是完全不一

样的，这里变压器起到改变阻抗的作用，把Z2变成Z,可以在

%的电压下工作。

变换公式

这说明负载Z2经过变压器以后阻抗扩大了I倍。如果已知负载

阻抗Z2的大小，要把它变成另一个一定大小的阻抗ZL只需接

一个变压器，该变压器的变比心户名

在电子线路中，这种阻抗变换很常用，如扩音设备中扬声器的.阻

抗很小(4~16),直接接到功放的输出，则扬声器得到的功率很小,

声音就很小。只有经输出变压器把扬声器阻抗变成和功放内阻一

样大，扬声器才能得到最大输出功率。这也称为阻抗匹配。

例1-1某晶体管收音机的输出变压器的一次侧匝数

Ni=230匝，二次侧匝数2=80匝，原来配接8。的扬声器，现

要改用同样功率而阻抗为4Q的扬声器，则二次侧匝数N2应改

绕成多少？

解：先求出一次侧的因为不论N2和Z2怎么变，必须保证

Zi不变，才能保证功率输出最大。

230

Z'=K2Z2=(80)2X8=66.13Q

再由ZI和新的扬声器阻抗Z2=4Q,求出新的K’和N2

K，=JZj/Z?_766.13/4=4.07

N；230

\2=K-4.07弋57匝

则二次侧匝数N2应改绕成57匝。

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第6次课授课