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電機及電力拖動教案之變壓器

授課題目		項目三變壓器
授課方式		多媒體教學	課型	新授	課時	8
教學目標	知識目標	1．掌握變壓器的工作原理和銘牌數(shù)據(jù)的含義，了解變壓器的分類和結構 2．了解變壓器空載運行和負載運行的物理情況 3．掌握變壓器空載運行和負載運行時的基本方程式、等效電路 4．掌握變壓器的運行特性 5．了解三相變壓器并聯(lián)運行的原因，掌握三相變壓器并聯(lián)運行的條件 6．了解自耦變壓器、儀用互感器、電焊變壓器的結構、工作原理
	技能目標	1．掌握進行空載試驗和負載試驗的方法 2．能夠計算變壓器的參數(shù) 3．能夠折算繞組得到變壓器負載運行時的等效電路
教學重點		變壓器的結構、“T”形等效電路、變壓器的外特性
教學難點		感應電動勢、負載運行時的電磁關系、自耦變壓器
教學方法		行動導向教學法
教學內容		1．了解變壓器的基本知識 2．了解變壓器的空載運行 3．了解變壓器的負載運行 4．掌握變壓器參數(shù)的測定方法 5．掌握變壓器的運行特性 6．認識三相變壓器 7．認識其他用途變壓器
教學過程		任務一
		1．相關知識 1）變壓器的工作原理 2）變壓器的分類 3）變壓器的結構（1）鐵芯（2）繞組繞組是變壓器的電路部分。它由漆包線或絕緣的扁銅線繞制而成，有同心式和交疊式兩種。同心式繞組是將高、低壓繞組套在同一鐵芯柱的內外兩層，如圖3-7所示。交疊式繞組的高、低壓繞組是沿軸向交疊放置的，如圖3-8所示。圖3-7 同心式繞組圖3-8 交疊式繞組（3）其他部件 4）變壓器的銘牌數(shù)據(jù) （1）變壓器的型號（2）變壓器的額定數(shù)據(jù) （3）變壓器的其他數(shù)據(jù)					帶領學生學習新知識
		2．任務實施老師提供可打開的變壓器實物，并組織學生共同完成以下任務。 1）將全班學生進行分組，并選出小組長。 2）每組分別對照實物指出變壓器的各個部件，并做簡要描述（如各部件的功能或作用原理）。 3）每組分別對照實物分析變壓器的工作原理。 4）討論結束后，小組長總結發(fā)言。					鞏固所學知識，提升學生實踐技能
		3．任務測試學生利用所學知識，回答以下問題。 1）變壓器的類型有哪些？ 2）儲油柜、氣體繼電器和安全氣道各有什么作用？					進一步鞏固所學知識
		任務二
		1．相關知識 1）空載運行時的物理情況 2）空載運行時的電磁關系（1）各電、磁量正方向的規(guī)定（2）感應電動勢（3）電壓平衡關系按圖3-12所示的各物理量的正方向，根據(jù)電路的基爾霍夫電壓定律，容易得出一、二次繞組的電壓平衡方程式如下。（3-12）（3-13）式中：r₁——一次繞組的電阻； Z₁——一次繞組的漏阻抗； ——二次繞組開路時的開路電壓有效值向量。由于漏磁路主要由非磁性介質構成，其磁阻很大，漏磁通很小，因此反映漏磁通的漏電感和漏電抗很小，I₀Z₁也很小，有：（3-14）由此看出，主磁通的大小主要決定于電源的大小，只要電源電壓不變，可以認為主磁通維持不變，這是一個很重要的結論，在變壓器負載運行時仍然成立。 3）空載電流和空載損耗 4）空載運行時的等效電路					帶領學生學習新知識
		2．任務實施老師組織一場分組討論。 1）將學生分組，并選出小組長。 2）每組同學自由模擬空載運行過程。 3）模擬過程中，請小組長總結。 4）討論結束后，由老師提問，小組組長發(fā)言。					鞏固所學知識，
		3．任務測試學生利用所學知識，完成以下任務。 1）寫出空載運行時的物理情況。 2）描述變壓器空載運行時，各電、磁量的正方向是如何規(guī)定的。					進一步鞏固所學知識
		任務三
		1．相關知識 1）負載運行時的物理情況 2）負載運行時的電磁關系（1）磁動勢平衡方程式空載時的主磁通由空載磁動勢建立，負載時主磁通則由建立。因為從空載到負載，電源電壓不變，所以主磁通不變，因此建立主磁通的磁動勢相等，即：（3-18）這一關系式稱為磁動勢平衡方程式。式（3-18）兩邊同除以N₁并移相，得：（3-19）由式（3-19）可知，當負載電流增大時，增大，一次繞組的電流也隨之增大�？梢姡m然變壓器的一、二次繞組之間沒有直接的電路聯(lián)系，但負載電流的變化也會使原邊電流相應地發(fā)生改變。（2）電壓平衡方程式 3）負載運行時的等效電路（1）繞組的折（2）“T”形等效電路經過折算繞組，可得變壓器的部分等效電路，如圖3-16（a）所示。其中一、二次側之間的耦合作用，由主磁通在繞組中產生的感應電動勢，反映出來，經過折算繞組后，，構成了相應的一、二次側部分的等效電路。又根據(jù)和的關系式，可將一、二次繞組的等效電路和勵磁支路連接起來，構成圖3-16（b）所示的等效電路。由于它的6個參數(shù)分布如“T”形，所以稱為“T”形等效電路。（a）部分等效電路（b）“T”形等效電路圖3-16 變壓器的“T”形等效電路的形成過程（3）近似和簡化等效電路					帶領學生學習新知識
		2．任務實施老師組織學生用近似和簡化等效電路完成一、二次側電流及二次側電壓的計算。已知一臺單相變壓器的數(shù)據(jù)為：，，，，，，，。一次側加上額定頻率的額定電壓，并保持不變，二次側接負載阻抗。					鞏固所學知識，
		3．任務測試學生利用所學知識，完成以下任務。 1）描述負載運行時的物理情況。 2）解釋這一原因：變壓器一、二次繞組沒有直接的電路連接，可是，當負載運行時，二次側電流增大或減小的同時，一次側電流也隨之增大或減小。					進一步鞏固所學知識
		任務四
		1．相關知識 1）空載試驗 2）短路試驗 3）標幺值					帶領學生學習新知識
		2．任務實施老師給出如圖3-22、圖3-23所示空載試驗和短路試驗的線路圖，請同學們分組討論該試驗的操作方法。圖3-22 變壓器的空載試驗線路圖圖3-23 變壓器的短路試驗線路圖					鞏固所學知識，提升學生實踐技能
		3．任務測試學生利用所學知識，回答以下問題。 1）空載試驗和短路試驗的目的是什么？ 2）變壓器的空載試驗一般在哪側進行？短路試驗一般在哪側進行？ 3）標幺值是如何定義的？					進一步鞏固所學知識
		任務五
		1．相關知識 1）變壓器的外特性和電壓變化率（1）變壓器的外特性（2）變壓器的電壓變化率 2）變壓器的損耗和效率（1）變壓器的損耗（2）變壓器的效率					帶領學生學習新知識
		2．任務實施老師組織一場作圖比賽。 1）將學生分組，并選出小組長。 2）每組學生在規(guī)定時間內，畫出變壓器的外特性曲線和效率特性曲線，并做簡要文字說明（組內同學可分工合作）。 3）作圖結束后，由老師提問，小組組長發(fā)言。					鞏固所學知識，提升學生實踐技能
		3．任務測試學生利用所學知識，回答以下問題。 1）變壓器的電壓變化率是如何定義的？它與哪些因素有關？ 2）變壓器的效率與哪些因素有關？ 3）變壓器運行中有哪些基本損耗？它們與哪些因素有關？					進一步鞏固所學知識
		任務六
		1．相關知識 1）三相變壓器的磁路結構（1）三相組式變壓器的磁路結構（2）三相心式變壓器的磁路結構 2）單相變壓器的極性 3）三相變壓器繞組的聯(lián)結及聯(lián)結組（1）星形聯(lián)結（2）三角形聯(lián)結（3）Yy聯(lián)結組（4）Yd聯(lián)結組 4）三相變壓器的并聯(lián)運行（1）三相變壓器并聯(lián)運行的原因（2）三相變壓器并聯(lián)運行的條件					帶領學生學習新知識
		2．任務實施老師組織開展一場關于“三相變壓器為什么要并聯(lián)運行？并聯(lián)運行時需要滿足什么條件？”的討論，帶領學生共同完成以下任務。 1）將學生分組，并選出小組長。 2）每組同學自由討論。 3）討論過程中，請小組長總結。 4）討論結束后，由老師提問，小組組長發(fā)言，每小組回答并聯(lián)運行的原因或并聯(lián)運行的一個條件。					鞏固所學知識，
		3．任務測試學生利用所學知識，回答以下問題。 1）三相心式變壓器與三相組式變壓器相比，有什么優(yōu)點？ 2）怎樣判斷變壓器的極性？ 3）什么是時鐘表示法？					進一步鞏固所學知識
		任務七
		1．相關知識 1）自耦變壓器（1）電壓關系與單相變壓器相同，忽略漏阻抗壓降的影響，有：（3-49）式中：K_a——自耦變壓器的變壓比。可見，在外加電壓U₁一定時，通過移動二次繞組的移動觸頭，使二次繞組的匝數(shù)N₂改變，便可改變自耦變壓器的變壓比K_a，達到調節(jié)二次繞組電壓U₂的目的。（2）電流關系（3）功率關系自耦變壓器的視在功率S為：（3-55）上式說明，自耦變壓器提供給負載的視在功率為U₂I₂由兩部分組成：一部分來自一次繞組吸收電源的功率U₂I₁，通過電路直接向負載傳送，稱為傳遞功率；另一部分是通過電磁感應產生并向負載傳送的功率U₂I，稱為電磁功率。這一功率關系是自耦變壓器所特有的，所以相同容量的自耦變壓器比雙繞組變壓器消耗材料更少。（4）自耦變壓器的優(yōu)缺點（5）自耦變壓器的應用場合 2）儀用互感器（1）電流互感器（2）電壓互感器 3）電焊變壓器					帶領學生學習新知識
		2．任務實施老師組織開展一場關于“常用其他用途變壓器有哪些？”的討論，帶領學生共同完成以下任務。 1）將學生分組，并選出小組長。 2）每組同學自由討論。 3）討論過程中，請小組長總結。 4）討論結束后，由老師提問，小組組長發(fā)言。					鞏固所學知識，
		3．任務測試學生利用所學知識，回答以下問題。 1）自耦變壓器有哪些優(yōu)缺點？ 2）使用電壓互感器時必須注意哪些事項？ 3）為了保證電焊的質量和電弧燃燒的穩(wěn)定性，對電焊變壓器有哪些要求？					進一步鞏固所學知識
課堂總結