电路电工-5.2.1教学材料

教案首页授课专业机电一体化技术授课班级授课教师课程名称电工基础授课人数授课时间授课内容5.2.1变压器的结构及工作原理授课地点审核教学目标知识目标认识变压器的结构。能力目标掌握变压器的工作原理。素质目标培养严谨求实、刻苦钻研、探索求新、爱岗敬业、团结协作、吃苦耐劳的职业素质课程思政主题通过潘红波：以工匠之心，培养学生以一种持之以恒、精益求精的态度教学重点认识变压器的结构。教学难点掌握变压器的工作原理。教学策略通过图片展示、视频演示、微课、动画、案例等结合多媒体课件提升教学效果教学方法理论讲解、自主学习、分析、比较、案例教学法教学设备多媒体设备教学资源教材、课件、智慧树平台《电工基本技能》教学资源库教学总结学生学习过程情况：教学反思：教学设计环节教学内容师生活动方法手段思政元素及融入方式教学时间告知教学内容、目的5.2.1变压器的结构及工作原理讲授交流讨论讲授法2引入任务提出变压器在电力系统中扮演着重要的角色。从发电站到终端用户，整个电力系统中都需要使用大量的变压器。在电力系统中，变压器主要用于将高压输电线路的电能转化为低压电能，提供给家庭、企业等终端用户使用。同时，变压器还可以将电力系统中的电流进行分配和传输，确保电力系统的可靠性。交流讨论案例引入交流讨论通过潘红波：以工匠之心铸液压之魂，培养学生以一种持之以恒、精益求精的态度3教学活动1一、变压器的结构变压器是一种常见的电气设备，在电力系统和电子线路中应用广泛。在电力系统中主要用于输电升压和配电降压；在电子线路中主要用于信号传递及阻抗匹配。1.变压器的基本结构变压器最基本的结构都是由铁心和绕在铁心上线圈（又称绕组）组成，图5-31是它的示意图及符号。教师讲授、图片、动画演示、提出问题、讲授分析引导要求建议总结培养学生的分析能力，持之以恒的精神30教学活动2自主探究1.学生自行阅读所学知识点2.学生交流讨论变压器的工作原理10教学活动3二、变压器的工作原理如图所示为变压器原理图。为了便于分析，图中将一次绕组和二次绕组分别画在两边。与电源连接的一侧称为一次侧，一次侧各量均用下标“1”表示，如N1，μ1，i1等；与负载连接的一侧称为二次侧，二次侧各量均用下标“2”表示，如N2，μ2，i2等。教师讲授、图片、动画演示、提出问题、学生讨论、总结讲授分析引导要求建议总结通过听课及学习锻炼学生分析解决问题的能力30教学活动4自主探究1.学生自行阅读所学知识点2.学生交流讨论变压器的工作原理3.课堂练习4.自主归纳总结知识点，理解掌握重难点教师指导、学生交流、讨论、完成练习、巩固新知引导交流讨论总结通过交流讨论锻炼学生理解表达能力，培养严谨认真的学习态度10归纳总结本节课学习了变压器的结构和工作原理。总结评价要求总结评价通过学习评价引导学生学会学习5作业布置无

教学内容知识点1（30）知识点2（30）一、变压器的结构变压器是一种常见的电气设备，在电力系统和电子线路中应用广泛。在电力系统中主要用于输电升压和配电降压；在电子线路中主要用于信号传递及阻抗匹配。1.变压器的基本结构变压器最基本的结构都是由铁心和绕在铁心上线圈（又称绕组）组成，图5-31是它的示意图及符号。铁心是变压器的磁路部分，为了使铁心具有较高的导磁性能，而且具有较小铁损（涡流损耗和磁滞损耗），铁心一般采用涂有绝缘漆膜的硅钢片（厚度为0.35mm或0.5mm）交错叠成。常见的硅钢片的形状及叠成的铁心的形状如图5-19所示。绕组是变压器的电路部分，通常是用涂有绝缘漆膜或绝缘皮的铜线或铝线绕制而成。与电源连接的绕组称为一次绕组（也称为原绕组、初级绕组）；与负载连接的绕组称为二次绕组（也称副绕组、次级绕组）。绕组的形状有筒形和盘形两种，如图5-32所示。筒形绕组又称为同心式绕组，一、二次绕组套在一起；盘形绕组又称交叠式绕组，分层交叠在一起。根据实际需要，一个变压器可以只有一个绕组，如自耦变压器，也可以有多个二次绕组输出不同的电压。二、变压器的工作原理如图所示为变压器原理图。为了便于分析，图中将一次绕组和二次绕组分别画在两边。与电源连接的一侧称为一次侧，一次侧各量均用下标“1”表示，如N1，μ1，i1等；与负载连接的一侧称为二次侧，二次侧各量均用下标“2”表示，如N2，μ2，i2等。1.变压器空载运行及电压变换变压器控制运行是将变压器的一次绕组两端加上交流电压，二次绕组不接负载的情况。在外加正弦交流电压u1作用，一次绕组内有电流i0流过。由于二次绕组开路，二次绕组内没有电流，故将此时一次绕组内的电流i0称为空载电流。该电流通过匝数为N1的一次绕组产生磁动势i0N1，并建立交变磁场。由于铁心的磁导率比空气或油的磁导率大得多，因而绝大部分磁通经过铁心而闭合，并与一次、二次绕组铰链，这部分磁通称为主磁通用Φ表示。主磁通穿过一次绕组和二次绕组，并在其中感应产生电动e1和e2。另有一小部分漏磁通Φ不经过铁心而通过空气或油闭合，它仅与一次绕组本身交链。漏磁通在变压器中感应的电动势仅起电压降的作用，不传递能量。（1）电压变换对于一次侧电路，根据基尔霍夫电压定律有：u1+e1+e由于一次绕组的电阻R1和漏磁通Φ均较小，因此电阻上的电压降i1R1和漏磁感应电动势e和主磁电动势e1相比可以忽略不计，所以有：u1≈−e1=Nu1≈N对于二次侧电路，根据基尔霍夫电压定律有：e1+eσ2当变压器空载时，二次绕组的电流i2=0，此时二次侧的绕组电压记为U2，所以有：u2=e2=N2U2=N2ωU1U2≈所以，变压器的一、二次电压之比等于对应绕组的匝数之比。（2）电流变换变压器有载时产生主磁通Φ的一、二次侧合成磁通势（）和空载时产生主磁通Φ的一次侧磁通势N1iN1i1+由于变压器的铁心选用高导磁性的硅钢片制成，所以变压器的空载励磁电流是很小的，和在载时的一次电流i1相比可以忽略，所以有：N1i1I1NI1I2≈所以，变压器有载时一、二次电流之比等于它们对应绕组匝数比的倒数，也就变比的倒数。（3）阻抗变换如果我们把变压器和负载看成是一个整体，那么对于正弦交流电源而言，这下整体负载的阻抗用Z'Z'=U1I1=Z'=N1例4-6正弦信号源的电压Us=10V，信号源的内阻为Rs=400Ω，负载电阻RL=4Ω，为了使负载能够获得最大的功率，需要在信号源和负载之间接入一个变压器，如图5-34所示。试求：（1）变压器的变比K；（2）变压器一、二次电压、电流有效值和负载RL的功率。解：（1）根据最大功率输出定理，当负载的电阻等于信号源内阻时，负载能够获得最大的功率，则有：K2RK=RSR（2）把变压器和负载看成是一个整体负载（等效负载），这下等效负载的阻值相当于400Ω，所以Us被这个等效负载和内阻Rs平分，即：U1=400400+RSU2=1KU1=1I2=U2RI1=1KI2=1PRL=I22RL二、变压器的运行特性及种类1.变压器的外特性当电源电压U1和负载功率因数cosφ不变时，二次绕组的端电压U2和电流I2的变化关系可用外特性曲线U2=f(通常希望电压U2的变动越小越好。从空载到额定负载，二次绕组电压的变化程度用电压变化率ΔΔU=U20在一般的变压器中，由于绕组的电阻和漏磁均较小，因此，电压变化率都不大，约为5%左右。2.变压器的损耗与效率变压器在运