單元八三相正弦交流電與變壓器目錄頁CONTENTPAGE三相正弦交流電的產(chǎn)生1三相正弦交流電源的聯(lián)結(jié)2三相負(fù)載的星形聯(lián)結(jié)3三相負(fù)載的三角形聯(lián)結(jié)4三相負(fù)載的功率5變壓器6單元八三相正弦交流電與變壓器學(xué)習(xí)目標(biāo)1.了解三相正弦交流電的產(chǎn)生，理解相序的意義；2.了解三相交流電在生產(chǎn)中的實際應(yīng)用，能列舉其應(yīng)用案例；3.掌握三相負(fù)載星形聯(lián)結(jié)方式下線電壓和相電壓的關(guān)系，線電流、相電流及中性線電流的關(guān)系，

能復(fù)述中性線的作用；4.掌握三相負(fù)載三角形聯(lián)結(jié)方式下線電壓和相電壓的關(guān)系，線電流和相電流的關(guān)系；5.理解三相電功率的概念；6.了解變壓器的結(jié)構(gòu)，理解其工作原理。1.培養(yǎng)學(xué)生注意安全用電，養(yǎng)成規(guī)范操作的良好習(xí)慣。2.培養(yǎng)學(xué)生大膽實踐、勇于探索的求知精神。育人目標(biāo)單元七概述單元八三相正弦交流電與變壓器知識體系單元七概述8.1三相正弦交流電源實踐導(dǎo)入把萬用表擋位調(diào)到交流電壓500V，測量圖8-1-1所示三相電源插孔L1與L2之間的電壓U12，L2與L3之間的電壓U23，L3與L1之間的電壓U31，以及L1、L2、L3分別與N之間的電壓U1、U2、U3，記錄到表8-1中。圖8-1-1

U12U23U31U1U2U3

表8-1電壓測量記錄表8.1認(rèn)識正弦交流電實踐導(dǎo)入

根據(jù)測量結(jié)果分析U1、U2、U3的電壓值是否相等？U12、U23、U31的電壓值是否相等？這兩個電壓值之間存在怎樣的關(guān)系？8.1認(rèn)識正弦交流電實踐結(jié)論

根據(jù)測量結(jié)果分析U1、U2、U3的電壓值是否相等？U12、U23、U31的電壓值是否相等？這兩個電壓值之間存在怎樣的關(guān)系？U1=U2=U3≈220VU12=U23=U31≈380V=220V8.1三相正弦交流電源8.1.1三相正弦交流電的產(chǎn)生

三相交流電一般由三相交流發(fā)電機產(chǎn)生。在發(fā)電機中有三個相同的繞組（即線圈），在空間上彼此相差120o。它們的始端分別用U1、V1、W1表示，末端分別用U2、V2、W2表示，如圖8-1-2(a）所示。由于發(fā)電機結(jié)構(gòu)的原因，這三相繞組所產(chǎn)生的三相電動勢最大值相等、頻率相同、相位互差120o，稱為三相對稱電動勢。8.1三相正弦交流電源8.1.1三相正弦交流電的產(chǎn)生

假設(shè)e1的初相位為0，對稱三相電動勢瞬時值的數(shù)學(xué)表達式為

第一相（U相)電動勢：e1=Emsinωt(8-1)

第二相（V相)電動勢：e2=Emsin(ωt-120°)(8-2)

第三相（W相)電動勢：e3=Emsin(ωt-240°)=Emsin(ωt+120°)(8-3)8.1三相正弦交流電源8.1.1三相正弦交流電的產(chǎn)生波形圖與相量圖如圖8-1-2(b)所示。顯然，有e1+e2+e3=0。(8-4)三相交流發(fā)電機示意圖(b)波形圖與相量圖圖8-1-2三相對稱電動勢的產(chǎn)生及其表示8.1三相正弦交流電源8.1.1三相正弦交流電的產(chǎn)生

三相對稱電動勢達到最大值或零值的先后次序稱為相序。按U-V-W的次序循環(huán)的相序稱為正序。按U-W-V的次序循環(huán)的相序稱為反序。相序是由發(fā)電機轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向決定的，通常都采用正序。為使電力系統(tǒng)能夠安全可靠地運行，統(tǒng)一規(guī)定技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，一般在配電盤上用黃色標(biāo)出U相，用綠色標(biāo)出V相，用紅色標(biāo)出W相。

8.1三相正弦交流電源8.1.2三相正弦交流電源的聯(lián)結(jié)

一般三相交流電源都采用星形聯(lián)結(jié)方式，圖8-1-3就是將發(fā)電機三相繞組的末端U2、V2、W2聯(lián)結(jié)成一點N，稱為中性點或零點，從該點引出的一根線叫做中性線或零線。從三相繞組的始端U1、V1、W1引出的三根線稱為端線或相線，俗稱火線。由三根相線和一根中性線所組成的供電方式稱為三相四線制（通常在低壓配電系統(tǒng)中采用）；只由三根相線所組成的供電方式稱為三相三線制（在高壓輸電工程中采用）。圖8-1-3三相繞組的星形接法8.1三相正弦交流電源8.1.2三相正弦交流電源的聯(lián)結(jié)圖8-1-3三相繞組的星形接法

每相繞組始端與末端之間的電壓（即相線與中性線之間的電壓)叫做相電壓，它們的瞬時值用u1、u2、u3來表示，顯然這三個相電壓也是對稱的。相電壓大?。ㄓ行е?均為

U1=U2=U3=UP

任意兩相繞組始端之間的電壓（即相線與相線之間的電壓)叫做線電壓，它們的瞬時值用u12、u23、u31來表示。在三相交流電路中，電動勢的方向規(guī)定為從繞組的末端指向始端，則相電壓的方向就是從繞組的始端指向末端。

8.1三相正弦交流電源8.1.2三相正弦交流電源的聯(lián)結(jié)圖8-1-3三相繞組的星形接法

線電壓的方向按三相電源的相序來確定，如u12就是從U1端指向V1端，u23就是從V1端指向W1端，u31就是從W1端指向U1端。由圖8-1-3所示可得：u12=u1-u2u23=u2-u3u31=u3-u18.1三相正弦交流電源8.1.2三相正弦交流電源的聯(lián)結(jié)

畫出線電壓和相電壓的相量圖，如圖8-1-4所示。顯然三個線電壓也是對稱的。線電壓大?。ㄓ行е?均為U12=U23=U31=UL=UP(8-5)

采用星形聯(lián)結(jié)的三相對稱電源，其線電壓是相電壓的

倍。通常所說的380V、220V，就是指三相電源聯(lián)結(jié)成星形時的線電壓和相電壓的有效值。

線電壓比對應(yīng)的相電壓超前30°，如線電壓u12比相電壓u1超前30°，線電壓u23比相電壓u2超前30°，線電壓u31比相電壓u3超前30°。圖8-1-4相電壓與線電壓的相量圖

8.1三相正弦交流電源應(yīng)用實例

機械部件的運動一般都是通過電動機來驅(qū)動的，三相異步電動機的應(yīng)用最為廣泛。有時為了實現(xiàn)特定的功能，需要改變?nèi)喈惒诫妱訖C的轉(zhuǎn)向，而三相異步電動機的旋轉(zhuǎn)方向是由三相電源的相序決定的。因此，改變?nèi)嚯娫吹南嘈颍ㄈ我鈱φ{(diào)兩根相線)，就可達到改變?nèi)喈惒诫妱訖C轉(zhuǎn)向的目的。如圖8-1-5所示，可以通過安裝倒順開關(guān)或者用交流接觸器按鈕聯(lián)鎖控制，實現(xiàn)三相異步電動機旋轉(zhuǎn)方向的切換。圖8-1-5倒順開關(guān)控制三相異步電動機正反轉(zhuǎn)8.1.2三相正弦交流電源的聯(lián)結(jié)8.2三相負(fù)載的聯(lián)結(jié)案例導(dǎo)入

三相負(fù)載的聯(lián)結(jié)方式有兩種：星形（Y)聯(lián)結(jié)和三角形（△)聯(lián)結(jié)。請觀察圖8-2-1中三相異步電動機接線圖，看兩種接法有何不同？圖8-2-1三相異步電動機接線圖8.2三相負(fù)載的聯(lián)結(jié)

負(fù)載是消耗電能的裝置，按其對電源的要求，可分為單相負(fù)載和三相負(fù)載。單相負(fù)載是指用單相電源供電的設(shè)備，如照明燈、電風(fēng)扇、電暖器等。三相負(fù)載是指用三相電源供電的負(fù)載，如三相異步電動機、大功率商用空調(diào)等。在三相負(fù)載中，如果各相負(fù)載的電阻值相等、電抗值相等且性質(zhì)相同，這樣的負(fù)載稱為三相對稱負(fù)載。8.2三相負(fù)載的聯(lián)結(jié)8.2.1三相負(fù)載的星形聯(lián)結(jié)

三相負(fù)載的星形聯(lián)接，就是將三相負(fù)載的三個首端與三相電源的三根相線相接，三個末端接成一點。如圖8-2-2、8-2-3所示。圖8-2-2三相四線制電路圖

圖8-2-3三相負(fù)載星形聯(lián)結(jié)8.2三相負(fù)載的聯(lián)結(jié)8.2.1三相負(fù)載的星形聯(lián)結(jié)

該接法有三根相線和一根中性線，是三相四線制電路。顯然不管負(fù)載是否對稱，當(dāng)輸電線的阻抗忽略不計時，各相負(fù)載的相電壓就等于電源的相電壓，電源的線電壓為相電壓的

倍，則電路中的線電壓UL都等于負(fù)載相電壓UYP的

倍，即

UL=UYP(8-6)

式中UYP表示負(fù)載星形聯(lián)結(jié)時的相電壓。

三相電路中流過每一相負(fù)載的電流稱為相電流，星形聯(lián)結(jié)時一般用IYP表示。流過每根相線的電流稱為線電流，分別用I1、I2、I3表示其有效值，星形聯(lián)結(jié)時一般用IYL表示。

三相負(fù)載星形聯(lián)結(jié)時，負(fù)載的線電流IYL等于相電流IYP，即IYL=IYP(8-7)

8.2三相負(fù)載的聯(lián)結(jié)8.2.1三相負(fù)載的星形聯(lián)結(jié)

若三相負(fù)載對稱，則|Z1|=|Z2|=|Z3|=|ZP|，因各相電壓對稱，所以各負(fù)載中的相電流大小相等，即IP1=IP2=IP3=IYP=同時，由于各相電壓與各相電流之間的相位差相等

φ1=φ2=φ3=φ

=arccos

所以，三個相電流的相位差也互為120o。8.2三相負(fù)載的聯(lián)結(jié)8.2.1三相負(fù)載的星形聯(lián)結(jié)

從相量圖上可以得出：三個相電流的相量之和為零，如圖8-2-4所示，即圖8-2-4或

iP1+iP2+iP3=0

由基爾霍夫電流定律可得：iN=iP1+iP2+iP3(8-8)

當(dāng)三相負(fù)載對稱時，各相負(fù)載完全相同，相電流和線電流也一定對稱，即各相電流（或各線電流)最大值相等、頻率相同、相位彼此相差120°，并且中性線電流為零。所以中性線可以去掉，即變成三相三線制電路。8.2三相負(fù)載的聯(lián)結(jié)8.2.1三相負(fù)載的星形聯(lián)結(jié)

當(dāng)三相負(fù)載不對稱時，各相電流的大小不一定相等，相位差也不一定是120°，因此，中性線上的電流就不為零，這時中性線不能去掉或斷開。如果此時沒有中性線，負(fù)載上的電壓會根據(jù)阻抗的大小進行分配，阻抗小的負(fù)載兩端的電壓可能低于其額定電壓，阻抗大的負(fù)載兩端的電壓可能高于其額定電壓，導(dǎo)致負(fù)載不能正常工作，嚴(yán)重的會造成事故。因此，三相四線制電路中性線上不允許安裝熔斷器或開關(guān)，有時還要采用鋼芯線來加強其機械強度，以免斷開。同時，在聯(lián)結(jié)三相負(fù)載時，應(yīng)盡量保持三相平衡，以減小流過中性線的電流。有中性線存在時，即使負(fù)載不對稱，各相負(fù)載的相電壓也是對稱的，從而保證各相負(fù)載能正常工作。8.2三相負(fù)載的聯(lián)結(jié)8.2.1三相負(fù)載的星形聯(lián)結(jié)經(jīng)典例題【例題8-1】在負(fù)載星形聯(lián)結(jié)的對稱三相電路中，已知每相負(fù)載的電阻為60Ω，感抗為80Ω，線電壓為380V，試求：各相電流、線電流。8.2三相負(fù)載的聯(lián)結(jié)8.2.1三相負(fù)載的星形聯(lián)結(jié)經(jīng)典例題【例題8-1】在負(fù)載星形聯(lián)結(jié)的對稱三相電路中，已知每相負(fù)載的電阻為60Ω，感抗為80Ω，線電壓為380V，試求：各相電流、線電流?！締栴}解析】

已知電源線電壓，根據(jù)三相對稱負(fù)載星形聯(lián)結(jié)時線電壓與相電壓的關(guān)系求出相電壓（也就是各相負(fù)載兩端的電壓）；已知每相負(fù)載的電阻、電抗值，可以求出每相負(fù)載的阻抗值，從而求出相電流，再根據(jù)負(fù)載星形聯(lián)結(jié)時線電流與相電流的關(guān)系求出線電流。8.2三相負(fù)載的聯(lián)結(jié)8.2.1三相負(fù)載的星形聯(lián)結(jié)經(jīng)典例題【解題過程】解：對稱負(fù)載星形聯(lián)結(jié)時，相電壓每相負(fù)載的阻抗值

＝=＝100Ω相電流為線電流為

IYL=IYP＝2.2A

8.2三相負(fù)載的聯(lián)結(jié)8.2.1三相負(fù)載的星形聯(lián)結(jié)應(yīng)用實例

保護接地和保護接零，是防止人體意外接觸帶電的電氣設(shè)備金屬外殼，引起觸電事故的有效安全措施。當(dāng)電氣設(shè)備絕緣損壞或被擊穿時，帶電的金屬外殼會出現(xiàn)危險的對地電壓。人體一旦觸及，就有可能發(fā)生觸電事故。如果采用了保護接地或保護接零，就會降低外殼對地電壓（即降低人體的接觸電壓和減少流過人體的電流）或產(chǎn)生很大的對地電流或短路電流，將使低壓斷路器（即自動空氣開關(guān)）或熔斷器熔體快速動作或熔斷，使電氣設(shè)備脫離電源，從而避免事故的發(fā)生。8.2三相負(fù)載的聯(lián)結(jié)8.2.1三相負(fù)載的星形聯(lián)結(jié)應(yīng)用實例

1.保護接地

所謂保護接地是指為了人身安全的目的，將電氣裝置不帶電的金屬部分與大地做電氣連接，防止因絕緣損壞等故障而使不帶電的金屬部分帶電，以保障人身安全。圖8-2-5保護接地8.2三相負(fù)載的聯(lián)結(jié)8.2.1三相負(fù)載的星形聯(lián)結(jié)應(yīng)用實例

2.保護接零

電氣設(shè)備在正常情況下，將不帶電的金屬外殼用導(dǎo)線與電網(wǎng)中的零線連接起來，稱為保護接零。其作用原理是：當(dāng)用電設(shè)備某相發(fā)生絕緣損壞，引起碰殼時，由于保護零線有足夠的截面，阻抗甚小，能產(chǎn)生很大的單相短路電流，使配電線路上的熔體迅速熔斷，或使低壓斷路器自動斷開，從而切斷用電設(shè)備電源。因此，保護接零與保護接地相比的優(yōu)越性在于能克服保護接地受制于接地電阻的局限性。

圖8-2-6保護接零8.2三相負(fù)載的聯(lián)結(jié)8.2.1三相負(fù)載的星形聯(lián)結(jié)應(yīng)用實例

2.保護接零采用保護接零時的注意事項：（1）中性點未接地的供電系統(tǒng)決不允許采用接零保護。（2）零線不能裝熔絲和開關(guān)，以防止零線斷開時造成人身和設(shè)備事故。（3）在同一供電系統(tǒng)中，不允許部分設(shè)備采用保護接零而另外設(shè)備采用保護接地。

圖8-2-6保護接零8.2三相負(fù)載的聯(lián)結(jié)8.2.2三相負(fù)載的三角形聯(lián)結(jié)實踐步驟

將三相負(fù)載的首、尾端依次相接連成一個三角形回路，再從三個連接點引出三根線接到電源的三根相線上，這種接法稱為三相負(fù)載的三角形聯(lián)結(jié)，如圖8-2-7所示。此時，不論負(fù)載是否對稱，每相負(fù)載承受的是電源的線電壓。因此U△P=UL(8-9)圖8-2-7三相負(fù)載三角形聯(lián)結(jié)8.2三相負(fù)載的聯(lián)結(jié)8.2.2三相負(fù)載的三角形聯(lián)結(jié)實踐步驟

負(fù)載三角形聯(lián)結(jié)時，若三相負(fù)載是對稱的，每相負(fù)載的阻抗角是相等的，因為相電壓是對稱的，則各相電流也是對稱的。其大小為

每相負(fù)載的阻抗角為

8.2三相負(fù)載的聯(lián)結(jié)8.2.2三相負(fù)載的三角形聯(lián)結(jié)實踐步驟

按照圖8-2-7中給出的電流參考方向，根據(jù)基爾霍夫電流定律可寫出線電流與相電流的瞬時值關(guān)系式為

i1=i12–i31i2=i23–i12i3=i31–i23

8.2三相負(fù)載的聯(lián)結(jié)8.2.2三相負(fù)載的三角形聯(lián)結(jié)實踐步驟

以

I12為參考相量作出線電流與相電流的相量圖，如圖8-2-8所示。由相量圖分析可得：線電流也是對稱的，相位上線電流分別滯后對應(yīng)的相電流30o，數(shù)值上線電流是相電流的

倍，即

IΔL=IΔP

(8-10)式中I△L中表示負(fù)載三角形聯(lián)結(jié)時的線電流；

I△P中表示負(fù)載三角形聯(lián)結(jié)時的相電流；●圖8-2-8負(fù)載三角形聯(lián)結(jié)時線電流與相電流的關(guān)系8.2三相負(fù)載的聯(lián)結(jié)8.2.2三相負(fù)載的三角形聯(lián)結(jié)經(jīng)典例題【例題8－2】在負(fù)載三角形聯(lián)結(jié)的對稱三相電路中，已知每相負(fù)載的電阻為60，感抗為80，線電壓為380V，試求：各相電流、線電流。8.2三相負(fù)載的聯(lián)結(jié)8.2.2三相負(fù)載的三角形聯(lián)結(jié)經(jīng)典例題【例題8－2】在負(fù)載三角形聯(lián)結(jié)的對稱三相電路中，已知每相負(fù)載的電阻為60，感抗為80，線電壓為380V，試求：各相電流、線電流。【問題解析】

已知電源線電壓，根據(jù)三相對稱負(fù)載三角形聯(lián)結(jié)的定義，相電壓（也就是各相負(fù)載兩端的電壓）等于電源的線電壓；已知每相負(fù)載的電阻、電抗值，可以求出每相負(fù)載的阻抗值，從而求出相電流，再根據(jù)負(fù)載三角形聯(lián)結(jié)時線電流與相電流的關(guān)系求出線電流。8.2三相負(fù)載的聯(lián)結(jié)8.2.2三相負(fù)載的三角形聯(lián)結(jié)經(jīng)典例題【解題過程】8.2三相負(fù)載的聯(lián)結(jié)8.2.2三相負(fù)載的三角形聯(lián)結(jié)經(jīng)典例題

分析例題8-1、8-2中數(shù)據(jù)，相同的負(fù)載三角形聯(lián)結(jié)的相電流是星形聯(lián)結(jié)時相電流的

倍，三角形聯(lián)結(jié)時的線電流是星形聯(lián)結(jié)時線電流的3倍，即8.2三相負(fù)載的聯(lián)結(jié)應(yīng)用實例

對于任何一個電氣設(shè)備，都要求每相負(fù)載所承受的電壓等于它的額定電壓。所以，當(dāng)負(fù)載的額定電壓為三相電源線電壓的

時，負(fù)載應(yīng)采用星形聯(lián)結(jié)；當(dāng)負(fù)載額定電壓等于三相電源線電壓時，負(fù)載應(yīng)采用三角形聯(lián)結(jié)。

對于三相負(fù)載來講，選用什么方式的接法是非常重要的，絕對不可接錯。如果選用了錯誤的連接方法，將有可能會出現(xiàn)以下故障：

1.本應(yīng)采用星形接法而錯誤采用三角形聯(lián)結(jié)，每相負(fù)載的相電壓比額定電壓升高倍，這樣導(dǎo)致線電流和電功率要增大3倍，負(fù)載將會被燒壞。

2.本應(yīng)采用三角形接法而錯誤選用星形聯(lián)結(jié)，每相負(fù)載的相電壓只有額定電壓的

，電流、電動勢也隨之減少，負(fù)載會因功率不足而引發(fā)事故。

8.2三相負(fù)載的聯(lián)結(jié)應(yīng)用實例圖8-2-9三相異步電動機的Y接法和△接法8.2三相負(fù)載的聯(lián)結(jié)8.2.3三相負(fù)載的功率實踐步驟

在三相交流電路中，三相負(fù)載的有功功率等于各相負(fù)載消耗的功率之和。即P=P1+P2+P3

當(dāng)三相負(fù)載對稱時，三相負(fù)載的電壓、電流、阻抗角相等，各相負(fù)載的有功功率相等，則總的有功功率是單相有功功率的3倍，即

P=3UPIPCOSφ(8-13)

實際工作中，相電壓和相電流不方便測量。因此，三相負(fù)載的有功功率通常用測得的線電壓和線電流來計算。

當(dāng)三相負(fù)載星形聯(lián)結(jié)時

UL=UYP，IYL=IYP

PY=3UYPIYPCOSφ=

×IYPCOSφ＝

ULIYLCOSφ(8-14)

必須注意，這里φ是每相負(fù)載的相電壓與相電流的相位差，而不是線電壓與線電流的相位差。8.2三相負(fù)載的聯(lián)結(jié)8.2.3三相負(fù)載的功率實踐步驟

當(dāng)三相負(fù)載三角形聯(lián)結(jié)時

UP=UL，IΔL=

IΔP

PΔ=3UΔPIΔPCOSφ=3UL×

×COSφ=

ULIΔLCOSφ(8-15)

因此，不論三相對稱負(fù)載星形聯(lián)結(jié)還是三角形聯(lián)結(jié)，總的有功功率的公式也可以寫成

P=ULILCOSφ(8-16)

(8-17)

在同一對稱三相電源作用下，同一對稱三相負(fù)載三角形聯(lián)結(jié)時的有功功率是星形聯(lián)結(jié)時有功功率的3倍。因此，在工程上，大功率的三相異步電動機的繞組常用三角形聯(lián)結(jié)。8.2三相負(fù)載的聯(lián)結(jié)8.2.3三相負(fù)載的功率經(jīng)典例題【例題8-3】已知對稱三相負(fù)載，每相負(fù)載的電阻為60Ω，感抗為80Ω，線電壓為380V，試求：三相負(fù)載星形聯(lián)結(jié)、三角形聯(lián)結(jié)時的有功功率分別是多少？8.2三相負(fù)載的聯(lián)結(jié)8.2.3三相負(fù)載的功率經(jīng)典例題【例題8-3】已知對稱三相負(fù)載，每相負(fù)載的電阻為60Ω，感抗為80Ω，線電壓為380V，試求：三相負(fù)載星形聯(lián)結(jié)、三角形聯(lián)結(jié)時的有功功率分別是多少？【問題解析】

在前面兩道例題中，我們已經(jīng)分別計算出負(fù)載作星形聯(lián)結(jié)和三角形聯(lián)結(jié)時的線電流。已知每相負(fù)載的電阻、電抗值，可以求出每相負(fù)載的阻抗值，根據(jù)公式cosφ=，求出功率因數(shù)，從而計算出三相負(fù)載總的有功功率。8.2三相負(fù)載的聯(lián)結(jié)8.2.3三相負(fù)載的功率經(jīng)典例題*8.3變壓器實踐步驟

在日常生活和生產(chǎn)中，不同的場合需要各種不同等級的交流電壓。工業(yè)生產(chǎn)中常用設(shè)備的額定電壓一般是380V或220V；家用電器的額定電壓一般是220V（也有110V）；機床局部照明采用36V以下電壓等等。為了實現(xiàn)電能傳輸、分配和使用的可行性和經(jīng)濟性，通常使用變壓器將交流電壓進行變換，以滿足不同的需求。*8.3變壓器實踐導(dǎo)入按照圖8-3-1所示連接好電路。檢查電路連接無誤后，插上電源插頭。閉合S，調(diào)節(jié)滑動變阻器至最大值和中間值附近，分別測量變壓器的輸入電壓和輸出電壓；讀出兩個電流表的讀數(shù)，并記錄在表8-3中。圖8-3-1變壓器測試電路*8.3變壓器實踐導(dǎo)入表8-3變壓器測試數(shù)據(jù)記錄表電阻值輸入電壓U1輸出電壓U2輸入電流I1輸出電流I2Rmax

0.5Rmax

*8.3變壓器實踐步驟

一、變壓器的用途和分類

變壓器是利用互感原理工作的電磁裝置，它的圖形符號如圖8-3-2所示，T是它的文字符號。

1．變壓器的用途變壓器除了可以變換交流電壓外，還可以變換交流電流（如變流器、大電流發(fā)生器)、變換交流阻抗（如電子設(shè)備中的輸入、輸出變壓器)、改變相位（如改變繞組的連接方式來改變變壓器的極性)。8-3-2變壓器的符號*8.3變壓器實踐步驟

2．變壓器的分類

變壓器有多種分類方法，常見的分類方法如下：

按用途可分為：輸配電用的電力變壓器；焊接用的電焊變壓器；耦合信號用的輸入、輸出變壓器；測量用的電壓互感器、電流互感器。

按繞組形式可分為：雙繞組變壓器、三繞組變壓器、多繞組變壓器、自耦變壓器。

按相數(shù)可分為：單相變壓器、三相變壓器。*8.3變壓器實踐步驟

二、變壓器的基本構(gòu)造

變壓器主要由鐵芯和線圈兩部分構(gòu)成。

鐵芯是變壓器的磁路通道，是用磁導(dǎo)率較高且相互絕緣的硅鋼片疊壓而成，以便減少渦流和磁滯損耗。按其構(gòu)造形式可分為心式和殼式兩種，如圖8-3-3所示。心式變壓器是繞組包著鐵芯，鐵芯呈口字形；殼式變壓器是鐵芯包著繞組，鐵芯呈日字形。圖8-3-3心式和殼式變壓器

線圈是變壓器的電路部分，是用漆包線、紗包線或絲包線繞成。其中與電源相連的線圈叫原線圈（初級繞組)，與負(fù)載相連的線圈叫副線圈（次級繞組)。*8.3變壓器實踐步驟

三、變壓器的工作原理

變壓器是利用互感原理工作的，原線圈接在交流電源上，在鐵芯中產(chǎn)生交變磁通，從而在原、副線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，如圖8-3-4所示。

1．變換交流電壓原線圈接上交流電壓，鐵芯中產(chǎn)生的交變磁通同時通過原、副線圈，原、副線圈中交變的磁通可視為相同。

設(shè)原線圈匝數(shù)為N1，副線圈匝數(shù)為N2，

磁通為Φ，感應(yīng)電動勢為

由此得

圖8-3-4變壓器空載運行原理圖*8.3變壓器實踐步驟忽略線圈內(nèi)阻得

(8-18)

上式中K稱為變壓比。由此可見：變壓器原、副線圈的端電壓之比等于匝數(shù)比。

如果N1<N2，K<1，電壓上升，稱為升壓變壓器。

如果N1>N2，K>1，電壓下降，稱為降壓變壓器。

*8.3變壓器實踐步驟2．變換交流電流根據(jù)能量守恒定律，變壓器輸出功率與從電網(wǎng)中獲得功率相等，即P1=P2，由交流電功率的公式可得

U1I1cosφ1=U2I2cosφ2式中cosφ1—原線圈電路的功率因數(shù)；cosφ2—副線圈電路的功率因數(shù)。

φ1，φ2相差很小，可認(rèn)為相等，因此得到

U1I1=U2I2

即(8-19)

可見，變壓器工作時原、副線圈的電流跟線圈的匝數(shù)成反比。高壓線圈通過的電流小，用較細(xì)的導(dǎo)線繞制；低壓線圈通過的電流大，用較粗的導(dǎo)線繞制。這是在外觀上區(qū)別變壓器高、低壓繞組的方法。*8.3變壓器實踐步驟3．變換交流阻抗

設(shè)變壓器初級輸入阻抗為|Z1|，次級負(fù)載阻抗為|Z2|，則

將

代入，得

因為

所以(8-20)可見，次級接上負(fù)載|Z2|時，相當(dāng)于電源接上阻抗為K2|Z2|的負(fù)載。變壓器的這種阻抗變換特性，在電子技術(shù)中常用來實現(xiàn)阻抗匹配，使負(fù)載上獲得最大功率。

*8.3變壓器經(jīng)典例題【例題8-5】有一信號源的電動勢為1.2V，內(nèi)阻R0為600Ω，負(fù)載電阻R2為150Ω。欲使負(fù)載獲得最大功率，必須在信號源和負(fù)載之間接一匹配變壓器，使變壓器的輸入電阻等于信號源的內(nèi)阻，如圖8-3-5所示。問：變壓器變壓比，初、次級電流各為多少？

圖8-3-5*8.3變壓器經(jīng)典例題【問題解析】根據(jù)阻抗匹配的要求，變壓器初級的阻抗應(yīng)等于信號源內(nèi)阻，則可以求出變壓器的變壓比。在變壓器初級回路，根據(jù)全電路歐姆定律，求出變壓器的初級電流，再根據(jù)初次級電流的關(guān)系求出次級電流。*8.3變壓器經(jīng)典例題【解題過程】

*8.3變壓器實踐步驟四、自耦變壓器自耦變壓器的原、副線圈共用一部分繞組，它們之間不僅有磁耦合，還有電的聯(lián)系，其原理圖如圖8-3-6所示。自耦變壓器與同功率的普通變壓器相比，具有用銅量少、質(zhì)量輕、體積小、銅損小的特點。但因其初次級線圈具有電的聯(lián)系，因此不能作為安全變壓器使用。原、副線圈電壓之比和電流之比的關(guān)系為

圖8-3-6自耦變壓器原理圖*8.3變壓器實踐步驟

自耦變壓器在實驗室中用來連續(xù)改變電源的電壓，如圖8-3-7所示。自耦變壓器在使用時，一定要正確接線，具體注意以下幾點：

一是輸入輸出不能接反；

二是外殼接地；

三是公共端接零；

四是使用前和使用后都應(yīng)檢查是否處于輸出電壓最低的狀態(tài)；

五是它不是隔離變壓器，要注意安全，這也是最為重要的。圖8-3-7自耦變壓器單元小結(jié)

1.最大值相等、頻率相同、相位互差120o的三相交流電源稱作三相對稱交流電源。三相正弦交流電源一般作星形聯(lián)結(jié)，其線電壓UL與相電壓UP的大小關(guān)系為

UL=

UP其相位關(guān)系為線電壓超前對應(yīng)的相電壓30°。

2.三相對稱電動勢達到最大值或零值的先后次序稱為相序。調(diào)換三根相線中的任意兩根，就可以改變相序。

3.在三相負(fù)載中，如果各相負(fù)載的電阻值相等、電抗值相等且性質(zhì)相同，這樣的負(fù)載稱為三相對稱負(fù)載。

4.三相負(fù)載的聯(lián)結(jié)方式有兩種：星形聯(lián)結(jié)和三角形聯(lián)結(jié)。采用哪種聯(lián)結(jié)方式取決于負(fù)載的額定電壓。當(dāng)負(fù)載的額定電壓為三相電源線電壓的1/

時，負(fù)載應(yīng)采用星形聯(lián)結(jié)；當(dāng)負(fù)載額定電壓等于三相電源線電壓時，負(fù)載應(yīng)采用三角形聯(lián)結(jié)。單元小結(jié)

5.三相負(fù)載分別接在三相交流電源的相線與中性線之間，承受的是電源的相電壓，這樣的聯(lián)結(jié)方式稱作三相負(fù)載的星形聯(lián)結(jié)。當(dāng)三