電機與變壓器一體化課程

1、_2014-2015_學(xué)年度第_一_學(xué)期一體化課程備 課 本（編號：JWC-JL-01-22 版號：E/0 ）班 級 132電氣512、132電氣522 科 目 電機與變壓器 任課教師 李少輝 教 研 室 自動化教研室 系（處） 電氣應(yīng)用系 課 程 表星期 時間星期一星期二星期三星期四星期五1-2節(jié)08:15-09:0009:10-09:55132電氣512132電氣5223-4節(jié)10:15-11:0011:10-11:55132電氣512132電氣5225-6節(jié)14:30-15:1515:25-16:10132電氣512132電氣5228-9節(jié)19:30-21:00學(xué) 期 授 課 計 劃 說

2、 明本課程教學(xué)目標：該課程為專業(yè)理論課，重點講解電機及變壓器結(jié)構(gòu)及應(yīng)用，基本原理稍作介紹。課件會使用大量的圖片，讓學(xué)生對電機和變壓器有較深刻的感性認識。期間會進行多次實操，使學(xué)生對電機和變壓器有較全面的了解，同時為后續(xù)課程打下基礎(chǔ)。教材名稱、版本、編著者本課程總課時已授課時尚 余 課 時本學(xué)期教學(xué)周本 學(xué) 期 課 時 分 配總課時其 中講授課時習(xí)題課時實驗（習(xí)）課時測驗課時復(fù)習(xí)課時1200020108534966教 學(xué) 進 度 表周次章節(jié)或單元教 學(xué) 內(nèi) 容周總課時習(xí)題（作業(yè)）課時測驗（實驗）課時1項目一變壓器的結(jié)構(gòu)612變壓器的基本工作原理613變壓器的外特性、損耗及效率空載實驗及短路實驗6

3、14項目二變壓器繞組極性及連接組615國慶節(jié)放假沖掉6節(jié)66變壓器繞組極性的判別617變壓器的銘牌及并聯(lián)運行20.5三相變壓器組的連接4058項目三特種變壓器20.58、9小型變壓器的制作10110項目四三相交流異步電動機的結(jié)構(gòu)、種類及工作原理6111小型三相交流籠式異步電動機拆裝6112三相交流異步電動機的運行原理、特性及控制20.5籠式三相交流異步電動機的Y接線和接線及反轉(zhuǎn)試驗40.513、14電動機繞組下線12115項目五單相異步電動機40.5項目六同步電機20.516項目七直流電機6117項目八特種電機6118元旦放假沖掉6節(jié)619復(fù)習(xí)620考試6一體化課程教案首頁第 1 周 星期 二

4、和四 2014 年 9 月 2和4 日 科 目電機與變壓器學(xué)習(xí)領(lǐng)域單相變壓器教 師李少輝班 級132電氣512、522課 時6授課地點授課內(nèi)容學(xué)習(xí)任務(wù)認識單相變壓器的結(jié)構(gòu)子任務(wù)單相變壓器的結(jié)構(gòu)、種類和用途教學(xué)目標1、知道變壓器的分類和用途。2、認識變壓器的結(jié)構(gòu)與冷卻方式。教學(xué)對象分析本班為二年級全男班學(xué)生，生性活潑好動，喜歡動手做，對理論專業(yè)知識不愿學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)興趣一般，紀律性也一般，但學(xué)生的學(xué)習(xí)目標不明確，積極性不高。教材分析教材采用任務(wù)驅(qū)動型教材，每一部分以一工作任務(wù)作為切入點進行學(xué)習(xí)，教材圖文并茂，內(nèi)容難度適中，易于學(xué)生理解。 教學(xué)重點變壓器的用途和結(jié)構(gòu) 教學(xué)難點變壓器的結(jié)構(gòu)與冷卻方式授課

5、方法現(xiàn)場教學(xué)、實物展示、教師講解、學(xué)生練習(xí)教 具單相變壓器實物課后作業(yè)習(xí)題集課后回顧審 簽： 李少輝 2014 年 8 月 30 日 一體化課程教案內(nèi)頁教學(xué)環(huán)節(jié)教學(xué)內(nèi)容與過程及時間分配師生活動教學(xué)方法設(shè)計意圖一、教學(xué)組織（2分鐘）二、情景導(dǎo)入（43分鐘）三、資訊（90分鐘）1、檢查學(xué)生出勤情況，填寫課堂日志。2、分組分工3、穩(wěn)定學(xué)生情緒，開始上課。1、本課程介紹 2、本課程的任務(wù)和要求 3、本課程的學(xué)習(xí)方法一、變壓器定義：變壓器是一種靜止電器,它通過線圈間的電磁感應(yīng),將一種電壓等級的交流電能轉(zhuǎn)換成同頻率的另一種電壓等級的交流電能.二、變壓器的分類：按用途分：電力變壓器和特種變壓器按相數(shù)分：單相

6、、三相、多相變壓器按每相繞組數(shù)目分：雙繞組、三繞組、自耦變壓器按冷卻介質(zhì)和冷卻方式分：干式變壓器、油浸式變壓器和充氣式變壓器 鐵心結(jié)構(gòu)：心式變壓器和殼式變壓器三、變壓器的用途：1、電力變壓器和三相變壓器：常用于輸配電系統(tǒng)中變換電壓和傳輸電能2、單相變壓器：常用于的單相交流電路中隔離、電壓等級的變換、阻抗變換、相位變換或三相變壓器組3、儀用互感器：常用于電工測量與自動保護裝置4、電爐變壓器：常用于冶煉、加熱及熱處理設(shè)備電源5、自耦變壓器：常用于試驗室或工業(yè)上調(diào)節(jié)電壓6、電焊變壓器：常用于焊接鋼鐵材料的交流電焊機上三、變壓器的基本結(jié)構(gòu)1、鐵心：變壓器的主磁路為了提高導(dǎo)磁性能和減少鐵損，用0.35m

7、m厚、表面涂有絕緣漆的硅鋼片疊成。為了減少磁路上的空氣隙和安裝方便，鐵心的裝配采用交錯疊接式。 2、繞組：定義 變壓器的電路部分，用紙包或紗包的絕緣扁線或圓線繞成。 一次繞組 輸人電能的繞組 二次繞組 輸出電能的繞組同異點：一次和二次繞組具有不同的匝數(shù)、電壓和電流，其中電壓較高的繞組稱為高壓繞組，電壓較低的稱為低壓繞組。四、變壓器的冷卻方式1、三相油浸自冷式（ONAN）2、三相油浸風(fēng)冷式（ONAF）3、三相強迫油循環(huán)風(fēng)冷式（OFAF）4、三相強迫油循環(huán)水冷式（OFWF）五、變壓器的主要附件：1、油箱和冷卻裝置變壓器油冷卻、絕緣 絕緣：繞組與繞組、繞組與鐵心及油箱之間 散熱：熱量通過油箱殼散發(fā)，

8、油箱有許多散熱油管，以增大散熱面積。采用內(nèi)部油泵強迫油循環(huán)，外部用變壓器風(fēng)扇吹風(fēng)或用自來水沖淋變壓器油箱油箱 分類： 平板式 小容量排管式 較大容量散熱氣式 大容量強迫油循環(huán)大容量作用：機械支撐、冷卻散熱、冷卻裝置：油泵為了加快散熱，有的大型變壓器采用內(nèi)部 油泵強迫油循環(huán)風(fēng)扇外部用變壓器風(fēng)扇吹風(fēng)自來水沖淋變壓器油箱。這些都是變壓器的冷卻裝置2、絕緣套管 絕緣套管由中心導(dǎo)電桿與瓷套組成。導(dǎo)電桿穿過變壓器油箱、在油箱內(nèi)的一端與線圈的端點聯(lián)接，在外面的一端與外線路聯(lián)接。低壓引出線一般用純瓷套管，高壓引線一般用充油或電容式套管套管外形常做成傘形，電壓越高、級數(shù)愈多。3、保護裝置：儲油柜儲油柜使變壓器油

9、與空氣接觸面變小，減緩了變壓器油的氧化和吸收空氣水分的速度。從而減緩了油的變質(zhì)。氣體繼電器故障時,熱量會使變壓器油汽化，觸動氣體繼電器發(fā)出報警信號或切斷電源安全氣道（防爆筒）如果是嚴重事故，變壓器油大量汽化，油氣沖破安全氣道管口的密封玻璃，沖出變壓器油箱，避免油箱爆裂。吸濕器 （呼吸器）內(nèi)裝硅膠（活性氧休鋁），用以吸收進入儲油柜中空氣的水分凈油器過濾油中雜質(zhì)，改善變壓器油的性能教師活動：檢查人數(shù)學(xué)生活動：進行分組分工教師提出目標教師活動：負責把相關(guān)資料整理；引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)，查找相關(guān)資料學(xué)生活動：學(xué)生學(xué)習(xí)分析及小組討論研究、閱讀書本內(nèi)容情景教學(xué)法情景教學(xué)法講授法、情景教學(xué)法、討論法、行為導(dǎo)向法檢查

10、出勤情況；嚴肅學(xué)風(fēng)，培養(yǎng)團隊意識讓學(xué)生知道要求1、提高自我學(xué)習(xí)能力；2、培養(yǎng)學(xué)生處理問題的能力；四、計劃和實施（90分鐘）五、評估1、 制訂工作計劃的方法2、 工具和材料清單的格式和內(nèi)容3、清理現(xiàn)場的方法和內(nèi)容展示工作成果的方法教師活動：1、指導(dǎo)學(xué)生制訂工作計劃2、 檢查學(xué)生所列清單學(xué)生活動：互相討論，畫出流程圖教師活動：指導(dǎo)學(xué)生匯報成果；考核學(xué)生；對教學(xué)進行總結(jié)。學(xué)生活動：匯報成果；自己、小組考核；寫心得體會。討論法、實踐法表演法、情景教學(xué)法實踐法鍛煉學(xué)生分析問題的能力；提高學(xué)生綜合素質(zhì)； 認識單相變壓器結(jié)構(gòu) 任務(wù)書班別 組別 完成時間 任務(wù)名稱目標要求組員姓名任務(wù)分工得分單相變壓器結(jié)構(gòu)1、

11、知道變壓器的分類和用途。2、認識變壓器的結(jié)構(gòu)與冷卻方式。完成任務(wù)的方法與步驟1、 變壓器的分類2、 變壓器的用途3、變壓器的結(jié)構(gòu)總結(jié)與評價1、自我評價：2、小組互評：3、老師評價任課教師簽名：李少輝 2014 年 9 月 2 日一體化課程教案首頁第 2 周 星期 二和四 2014 年 9 月 9和11 日 科 目電機與變壓器學(xué)習(xí)領(lǐng)域單相變壓器教 師李少輝班 級132電氣512、522課 時6授課地點授課內(nèi)容學(xué)習(xí)任務(wù)變壓器的原理子任務(wù)變壓器的工作原理、外特性、損耗及效率教學(xué)目標1、掌握變壓器的原理。2、掌握變壓器空載運行時的物理情況、電磁關(guān)系、電壓平衡方程及等效電路。3、掌握變壓器的外特性與電壓

12、調(diào)整率教學(xué)對象分析1、該班為二年級學(xué)生，學(xué)習(xí)專業(yè)知識時間不長；并對理論知識的學(xué)習(xí)不太喜歡；2、該班學(xué)生全為男生，動手能力較強，有團隊意識。教材分析教材采用任務(wù)驅(qū)動型教材，每一部分以一工作任務(wù)作為切入點進行學(xué)習(xí)，教材圖文并茂，內(nèi)容難度適中，易于學(xué)生理解。但工作原理編寫比較簡單，而且和實際聯(lián)系不緊密。所以在此次課程教學(xué)中采用“真實情景”開展教學(xué)。 教學(xué)重點變壓器的原理、電磁關(guān)系、電壓平衡方程及等效電路 教學(xué)難點變壓器電磁關(guān)系、電壓平衡方程及等效電路授課方法項目法、行為導(dǎo)向法、情景法、講授法、討論法等教 具單相變壓器實物課后作業(yè)習(xí)題集課后回顧審 簽： 李少輝 2014 年 9 月 1日 一體化課程教

13、案內(nèi)頁教學(xué)環(huán)節(jié)教學(xué)內(nèi)容與過程及時間分配師生活動教學(xué)方法設(shè)計意圖一、教學(xué)組織（2分鐘）二、情景導(dǎo)入（43分鐘）三、資訊（90分鐘）1、檢查學(xué)生出勤情況，填寫課堂日志。2、分組分工3、穩(wěn)定學(xué)生情緒，開始上課。1、為什么要高壓送電?2、變壓器為什么能把交流電進行變換？ 一、理想變壓器的運行原理理想變壓器：（不計電阻、鐵耗和漏磁） 一次與二次繞組完全耦合，且兩繞組電阻為零。鐵芯中損耗為零鐵芯的導(dǎo)磁率為無窮大，即磁阻為零。原繞組加電壓產(chǎn)生電流建立磁通，沿鐵心閉合分別在原副繞組中感應(yīng)電動勢1、變壓器的變電壓作用：由于線圈電阻為零，且一次、二次側(cè)繞組完全耦合，故按照圖中的假定正方向下：結(jié)論：只要改變原、副繞

14、組的匝數(shù)比,就能按要求改變電壓。2、變壓器的變電流作用：結(jié)論：變壓器在改變電壓的同時,亦能改變電流。教師活動：檢查人數(shù)學(xué)生活動：進行分組分工教師提出目標教師活動：負責把相關(guān)資料整理；引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)，查找相關(guān)資料學(xué)生活動：學(xué)生學(xué)習(xí)分析及小組討論研究、閱讀書本內(nèi)容情景教學(xué)法行為導(dǎo)向法講授法、情景教學(xué)法、討論法、行為導(dǎo)向法檢查出勤情況；嚴肅學(xué)風(fēng)，培養(yǎng)團隊意識讓學(xué)生知道目標1、提高自我學(xué)習(xí)能力；2、培養(yǎng)學(xué)生處理問題的能力；3、變壓器的變阻抗作用圖中，二次側(cè)繞組電路負載阻抗為：如果從一次側(cè)繞組電路來看，則其大小為：結(jié)論：變壓器在改變電壓的同時,亦能實現(xiàn)對阻抗的變換。二、變壓器的空載運行為充分利用鐵磁材料，

15、實際的變壓器的鐵心均工作在飽和狀態(tài)，因此從本質(zhì)上講，變壓器屬于非線性、非正弦的電磁系統(tǒng)，線性電路分析中的方法和工具符號法和向量圖在此均不使用，因而難以建立其變量和參數(shù)之間的簡明的解析關(guān)系。必須在誤差允許的范圍內(nèi)，對其中的非線性、非正弦因素作必要的等效處理，最終將變壓器簡化為單純的線性電路，以便進行工程分析和計算。（一）、空載運行和一次側(cè)等效電路空載運行：原繞組加額定電壓，副繞組開路的運行情況稱為空載運行主磁通與漏磁通的區(qū)別主磁通：以鐵心為磁路，同時交鏈著一次繞組和二次繞組漏磁通：以空氣或變壓器油為磁路，只與一次繞組相交鏈1）性質(zhì)上：與 成非線性關(guān)系；與 成線性關(guān)系；2）數(shù)量上：占99%以上，僅

16、占1%以下；3）作用上：起傳遞能量的作用，起漏抗壓降作用。（二）感應(yīng)電動勢與電動勢變比結(jié)論1：如果u隨時間按正弦規(guī)律變化，則e亦按正弦規(guī)律變化，主磁通也按正弦規(guī)律變化 結(jié)論2：及在相位上均滯后于電角度它們的有效值分別是結(jié)論3：電網(wǎng)頻率一定時變壓器主磁通最大幅值的大小近似于電源電壓成正比例。三、變壓器的外特性與電壓調(diào)整率1、當原繞組電壓u1和負載的功率因數(shù)com2一定時，副繞組輸出的電壓u2與負載電流I2的關(guān)系u2=f(I2),稱為變壓器的外特性。（1）負載為純電阻當負載為純電阻時， com2 =1，隨著負載電流I2的增大，變壓器副繞組的輸出電壓逐漸降低，即變壓器輸出電壓具有下降的外特性，但下降

17、得并不多。（2）負載為電感性 當負載為電感性時，0com21，隨著負載電流I2的增大，變壓器副繞組的輸出電壓下降較快。這是因為無功電流滯后，對變壓器磁路中主磁通的去磁作用較強，使副繞組的感應(yīng)電動勢E2下降所致。（3）負載為電容性 當負載為電容性時，-1com20，2為負值。超前的無功電流有助磁作用，主磁通會有所增加，副繞組的感應(yīng)電動勢E2也隨之增加，使u2隨 I2的增加而增加。以上說明，功率困數(shù)對變壓器外特性的影響是很大的。負載的功率因數(shù)確定之后，變壓器的外特性曲線也就隨之確定了。為了滿足不同負載的工作要求，不同用途的變壓器具有不同的外特性。例如，照明用變壓器應(yīng)當有較為平直的外特性；但是有些負

18、載則要求變壓器具有陡降（即電流I2增加時， u2下降很大）的外特性，如電弧焊使用的電焊變壓器。2、變壓器的電壓調(diào)整率 一般情況下，當負載波動時，變壓器的輸出電壓也是波動的，輸出電壓的波動情況可以用電壓調(diào)整率來描述。變壓器從空載I2=0到額定負載I2= I2N時，輸出電壓的變化量U=U2N-U2與額定電壓U2N的百分比，稱為變壓器的電壓調(diào)整率，用U%表示為 電壓調(diào)整率表征變壓器輸出電壓的穩(wěn)定性，是變壓器的主要性能指標之一，在一定程度上反映該變壓器供電的質(zhì)量。電壓調(diào)整率與變壓器參數(shù)及負載性質(zhì)有關(guān)。對于一般電力變壓器，當com21時， U% 2%3%；當 com20.8時， U% 4%6% 了 。可

19、見，提高副繞組負載功率因數(shù)，還能提高副繞組電壓的穩(wěn)定性。一般情況下，照明電源電壓波動不超過5%，動力電源電壓波動不超過+10%5%。四、變壓器的損耗和效率1、變壓器的損耗變壓器工作時是有損耗的，損耗的來源主要有兩個部分， 即導(dǎo)線發(fā)熱產(chǎn)生的銅損，以及由于鐵心發(fā)熱產(chǎn)生的鐵損。 （1）.鐵損（PFe） 當變壓器鐵心中的磁通交變時，在鐵心中要產(chǎn)生磁滯損耗和渦流損耗，這兩項稱為鐵損。在鐵心材料和電源頻率一定的情況下，只要電源電壓U1不變，鐵心中磁通m就不會變，變壓器的磁滯損耗的渦流損耗也不會變，鐵損與負載電流的大小和性質(zhì)沒有關(guān)系，是不變的損耗。（2）.銅損變壓器原、副繞組都有一定的電阻，當電流流過繞組時，就要消耗電能，這就是銅損。 由于電阻一的功率損耗與電流的平方成正比，變壓器的銅損取決于負載電流的大小和繞組的電阻值。在某一負載下變壓器的銅損等于變壓器負載系數(shù)的平方與其額定銅損的乘積。因為銅損是隨負載電流的變化的，所以也稱為可