电动机与变压器教案绪论

1、电机与变压器理论课程教案（首页）（代号A-4） 共 4 页课 程电机与变压器授课教师肖老师、欧老师课 题绪论分课题（任务名称）绪论授课班级13电子1班授课时间13 年 10月 15星期二课时4学习目标知识目标一、 通过教学使学生掌握电机在国民经济中的地位；电机的主要类型；我国电机工业发展概况二、 了解学习本课程的方法及需要的基础知识技能目标电机的定义、学习本课程所需的基础知识。知识、技能重点电机在国民经济中的地位知识、技能难点电机的定义、学习本课程所需的基础知识。教学方法（方式、手段）授课方法：理论与实践理论讲授、举例演示法合作探究：以小组为单位讨论学习，树立团队合作意识。教学回顾无说 明教具

2、准备：小白板、卡纸、多媒体投影机、电脑等。审阅签名： 年 月 日教 学 过 程全班学生点名，分组，整理纪律；加强实习安全教育！一、 电机在电能产生、传输、转换中的作用自然界有许多能源，如水能、风能、热能、核能、光能、机械能等国。人们选择了电能作为各种能源之间交换的媒介，将各种能源有机的组合成一个能量传输网，使各种能源为人类服务。电能在能产生、传输、转换过程中，电机起了关键性的作用。1 电能是怎样产生的？教 学 过 程2.变压器在电能的传输中有什么作用？ 变压器是用来改变交流电压大小的供电设备，可提高电能传输的效率。因此，额定容量是它的主要参数。额定容量是一个表现功率的惯用值，它是表征传输电能的

3、大小，以kVA或MVA表示。提高电能传输效率的方法：(1) 减少输电线电阻：增大导线截面积、采用电阻率小的导电材料和超导材料等。(2) 提高输电电压：用升压变压器提高传输电压，到用户前再用降压变压器降低电压。教 学 过 程3.电动机在电能的使用上有什么优点？例如：三相异步电动机具有高效、节能、性能好、振动小、噪声低、寿命长等优点。二、 电机发展概况1821年英国科学家法拉第首先证明可以把电力转变为旋转运动，于1831 年发现了电磁感应原理。这一在人类社会发展过程中起到重要作用的原理是说：“当磁场的磁力线发生变化时，在其周围的导线中就会感应产生电流。” 20世纪80年代开关磁阻电机驱动系统问世；

4、随着磁阻电机、永磁电机、电力电子技术和计算机技术的发展，交流电机驱动系统设计进入一个新的黄金时代；电机制造中不断应用新材料如：绝缘材料方面、浸渍漆方面、浸渍胶方面、导电材料方面。电机最大转矩提高30%以上，电机容量也不断提高，目前，世界上最大单机容量已突破1000MW。三、 本课程的任务和要求要求掌握变压器、异步电动机、直流电动机的结构、原理、主要特性、使用和维护知识；对同步电动机和特种电动机要有一定的了解。电机与变压器理论课程教案（首页）（代号A-4） 共 3 页课 程电机与变压器授课教师肖老师、欧老师课 题 变压器的分类 、结构和原理分课题（任务名称）课题一 变压器的分类和用途 授课班级1

5、3电子1班授课时间13 年 10月 15日星期二课时3学习目标知识目标掌握变压器的定义、变压器的用途和分类技能目标掌握变压器的定义和分类知识、技能重点变压器的用途和分类知识、技能难点变压器的定义、变压器的用途和分类教学方法（方式、手段）授课方法：理论与实践理论讲授、举例演示法合作探究：以小组为单位讨论学习，树立团队合作意识。教学回顾1.电机在电能产生、传输、转换中的作用2. 电机发展概况说 明教具准备：小白板、卡纸、多媒体投影机、电脑等。审阅签名： 年 月 日教 学 过 程全班学生点名，分组，整理纪律；加强实习安全教育！一、变压器的定义 变压器是用来改变交流电压大小的供电设备。它是根据电磁感应

6、原理，把某一等级的交流电压转变成频率相同的另一等级的交流电压，以满足不同负载的需要。二、变压器的分类和主要用途 ：、 分类名称外形图用途主要1.按相数分类单相变压器常用于单相交流电路隔离、电压等级变换、阻抗变换三相变压器常用于输配电系统中变换电压和传输电能按用途分类电力变压器仪用互感器常用于电工测量与自动保护装置电炉变压器常用于冶炼、加热及热处理设备电源自耦变压器常用于实验室或工业上调节电压电焊变压器常用于焊接各类钢铁材料的交流电焊机按铁心结构形式分壳式铁心用于电子仪器及电视、收音机上。心式铁心常用于大、中型、高压电力变压器C形铁心用于电子技术中的变压器教 学 过 程分类名称外形图用途主要按冷

7、却方式分油浸式变压器常用于大、中型变压器风冷式变压器强迫油循环风冷，用于大、中型变压器自冷式变压器用于中、小型变压器干式变压器（三相环氧树脂浇注干式变压器）用于安全防火要求较高的场合电机与变压器理论课程教案（首页）（代号A-4） 共4 页课 程电机与变压器授课教师肖老师、欧老师课 题 变压器的分类 、结构和原理分课题（任务名称）课题二 变压器的结构与冷却方式授课班级13电子1班授课时间13 年 10月 15日星期三课时3学习目标知识目标掌握变压器的结构、冷却方式及主要附件技能目标变压器的结构、变压器的冷却方式知识、技能重点变压器的结构、冷却方式及主要附件知识、技能难点变压器的结构及主要附件教学

8、方法（方式、手段）授课方法：理论与实践理论讲授、举例演示法合作探究：以小组为单位讨论学习，树立团队合作意识。教学回顾1.变压器的定义2.变压器的分类和主要用途说 明教具准备：小白板、卡纸、多媒体投影机、电脑等。审阅签名： 年 月 日教 学 过 程全班学生点名，分组，整理纪律；加强实习安全教育！一、变压器的结构 根据用途的不同，变压器的结构有所不同，大功率电力变压器的结核比较复杂，而多数电力变压器是油浸式的。1.变压器绕组（1）绕组材料选用。绕组是变压器的电路部分，常用绝缘铜线或铜箔绕制而成，也有铝线或铝箔绕制而成的。（2）绕组命名。一次绕组：接电源的绕组；二次绕组：接负载的绕组；按绕组所接电压

9、高、低分高压绕组、低压绕组。（3）绕组类型：同心绕组、交叠绕组。2变压器铁心铁心是主磁通的通道，也是安放绕组的骨架。（1）铁心材料选用。电力变压器的铁心通常用0.35mm厚表面涂有绝缘漆的冷轧硅钢片冲成一定的形状叠制而成。（问学生：为什么？什么叫涡流？）。目前，有的铁心已经采用非晶合金材料。（2）铁心类型。 心式变压器: 特点 心式结构的绕组和绝缘装配比较容易， 所以电力变压器常常采用这种结构。壳式变压器: 特点 壳式变压器的机械强度较好，常用于低 电压、大电流的变压器或小容量电讯变压器。教 学 过 程（3）铁心柱与铁轭的装配工艺。特点及应用范围：工艺气隙大，从而增加了磁阻和励磁电流。应用于小

10、型变压器。特点及应用范围：工艺气隙较小，从而减少了磁阻和励磁电流。改善了性能。结构简单，经济实用。应用于大、小型变压器。特点及应用范围：由冷轧钢带卷绕制而成，铁心端面加工精确，大大减少了气隙较小，提高了效率，节省了材料，装配也方便。应用于小功率的电子线路中。教 学 过 程二、变压器的冷却方式1三相油浸自冷式冷却原理：当变压器运行、油温上升时，热油上升，冷油下降形成自然对流，流动的油将热量传给油箱体和外侧的散热器，然后依靠空气的对流传导散热。2 三相油浸风冷式冷却原理：在三相油浸自冷式基础上，在油箱或散热管上加装风扇，且风力可调，以适用于短期过载。多用于10000中KVA容量以上的变压器。3 三

11、相强迫油循环风冷式冷却原理：在三相油浸自冷式基础上，利用油泵强迫油循环。4 三相强迫油循环水冷式冷却原理：在三相油浸自冷式基础上，利用油泵强迫油循环，并且利用循环水作为冷却介质，以提高散热效果。三、变压器的主要附件1.气体继电器（瓦斯继电器）2.分接开关3.绝缘套管4.安全气道和压力释放阀5.温度装置电机与变压器理论课程教案（首页）（代号A-4） 共 8 页课 程电机与变压器授课教师肖老师、欧老师课 题 变压器的分类 、结构和原理分课题（任务名称）课题三 变压器的工作原理授课班级13电子1班授课时间13 年 10.16-17日星期三、四课时7学习目标知识目标掌握变压器的空载运行、负载运行技能目

12、标变压器的空载运行、负载运行知识、技能重点负载状态下的磁动势平衡方程式知识、技能难点变压器的电流方程式、电压方程式、阻抗变换教学方法（方式、手段）授课方法：理论与实践理论讲授、举例演示法合作探究：以小组为单位讨论学习，树立团队合作意识。教学回顾1变压器的结构2.变压器的冷却方式说 明教具准备：小白板、卡纸、多媒体投影机、电脑等。审阅签名： 年 月 日教 学 过 程全班学生点名，分组，整理纪律；加强实习安全教育！一、变压器的空载运行 什么是空载运行： （一） 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 。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

13、激励，所以也称为励磁电流或激磁电流。图1.9 理想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 表示。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,。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。 1空载电流I0.变压器空载运行时流过一次绕组的电流。电压和感应电动势的关系。一次侧绕组的电压平衡方程式：二次侧绕组的电压平衡方程式：2.感应电动势的大小。,E=4.44fN1Øm/4.44fN2Øm磁通：正方向与电流的正方向符合右手螺旋定则。感应

14、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。教 学 过 程感应电动势 交流电压产生交流磁通，有 则 原绕组感应电动势有效值的数值为 且在相位上以90°滞后于。用相量表示，有 同理，E2在相位上也以90°滞后于F m。用相量表示，有 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L1s和漏电抗x1也可近似地看成常数，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由于漏磁路磁阻很大，漏磁通很小

15、，因此反映漏磁通的漏电感和漏电抗很小，I0Z1也很小，有 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。 教 学 过 程4.变压比（简称变比）。 K=E1/E2=4.44fN1Øm/4.44fN2Øm=N1/N2=U1/U02（二）实际变压器空载运行1. 实际变压器一次绕组存在电阻r1,当一次绕组有电压降i0r12. 变压器中存在漏磁通。3. 变压器铁心中存在铁耗。涡流损耗和磁滞损耗合称为铁损耗。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

16、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，副绕组中有电流流过，副绕组中产生相应的磁动势，与原绕组中产生的磁动势 共同作用，产生铁心中的主磁通。 1磁动势平衡方程式 铁心中的磁动势由原边磁动势和副边磁动势合成，为。由于电压不变，主磁通不变，即磁动势仍然为。有由此看出，负载运行时的原边磁动势有两部分作用：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大小相等、教 学 过 程方向相反的磁动势（），抵消副边磁动势的作用，以维持铁心中的主磁通不变。该式称为磁动势平衡方程式。将磁动势平衡方程式改变为 负载运行时的原边电 流大于变

17、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和反映负载大小的负载电流分量（）组成。当负载增加时，增加，副边磁动势增加，原边电流的负载电流分量（）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，产生副边磁动势。副边磁动势一方面与原边磁动势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。漏磁通在副绕组中感应出漏感电动势，也可以以副边漏电抗上的压降形式来表示，有 据原、副边电路，列出变压器负载运行时的电压平衡方程式教 学 过 程3.变压器的阻抗变换 变压器一次侧接交流电源，对电源

18、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、负载之间存在Z2=Z关系。可以看出经过变压器把Z接到电源上和不要变压器直接把Z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Z变成Z可以在U的电压下工作。 变换公式这说明负载Z经过变压器以后阻抗扩大了K倍。如果已知负载阻抗Z的大小，要把它变成另一个一定大小的阻抗Z，只需接一个变压器，该变压器的变比K=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(416)，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

19、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1一1 某晶体管收音机的输出变压器的一次侧匝数N=230匝，二次侧匝数N=80匝，原来配接8的扬声器，现要改用同样功率而阻抗为4的扬声器，则二次侧匝数N应改绕成多少?解：先求出一次侧的Z，因为不论N和Z怎么变，必须保证Z不变，才能保证功率输出最大。Z= K Z=()×8=66.13再由Z和新的扬声器阻抗Z=4，求出新的K和NK=4.07N= =57匝 教 学 过 程4.变压器的外特性运行特性：1.外特性2.效率特性作用：反映变压器带负载运行时的性能。（一）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

20、副边端电压随副边电流变化而变化的曲线U2f（I2）,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：U2随I2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：U2随I2的增大而减小。变化程度用电压变化率来表示。 定义：一般情况下，在（感性）左右时，额定负载的电压变化率约为4%5.5%。 5.电压调整率变压器二次侧电压随负载而变化的程度叫电压调整率，用U表示。教 学 过 程6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

21、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，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：输出功率与输入功率之比，即 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，用表示。一般当0.50.7范围内时达到。电机与变压器理论课程教案（首页）（代号A-4） 共 4 页课 程电机与变压器授课教师肖老师、欧老师课 题 变压器的分类 、结构和原理分课题（任务名称）课题四 变压器的空载试验与短路试验授课班级13电

22、子1班授课时间13 年 10月 17日 星期四课时4学习目标知识目标掌握单相变压器的空载试验与短路试验的意义分析技能目标掌握单相变压器的空载试验与短路试验的步骤与方法知识、技能重点单相变压器的空载试验数据，测定变比K，空载电流，空载损耗功率和励磁阻抗单相变压器的短路试验数据，计算额定铜耗、短路电压、短路阻抗知识、技能难点单相变压器的空载试验数据，测定变比K，空载电流，空载损耗功率和励磁阻抗单相变压器的短路试验数据，计算额定铜耗、短路电压、短路阻抗教学方法（方式、手段）授课方法：理论与实践理论讲授、举例演示法合作探究：以小组为单位讨论学习，树立团队合作意识。教学回顾1变压器的工作原理2.变压器的电流方程式、电压方程式、阻抗变换说 明教具准备：小白板、卡纸、多媒体投影机、电脑等。审阅签名： 年 月 日教 学 过 程全班学生点名，分组，整理纪律；加强实习安全教育！一、空载试验 试验目的：确定变压器的变比k、铁损耗pFe和励磁阻抗zm。 为便于测量仪表的选用、确保试验安全，空载试验在低压边进行。将高压边开