电机及电力拖动教案之变压器
| 授课题目 | 项目三 变 压 器 | ||||||
| 授课方式 | 多媒体教学 | 课型 | 新授 | 课时 | 8 | ||
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教 学 目 标 |
知识目标 |
1．掌握变压器的工作原理和铭牌数据的含义，了解变压器的分类和结构 2．了解变压器空载运行和负载运行的物理情况 3．掌握变压器空载运行和负载运行时的基本方程式、等效电路 4．掌握变压器的运行特性 5．了解三相变压器并联运行的原因，掌握三相变压器并联运行的条件 6．了解自耦变压器、仪用互感器、电焊变压器的结构、工作原理 |
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| 技能目标 |
1．掌握进行空载试验和负载试验的方法 2．能够计算变压器的参数 3．能够折算绕组得到变压器负载运行时的等效电路 |
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| 教学重点 | 变压器的结构、“T”形等效电路、变压器的外特性 | ||||||
| 教学难点 | 感应电动势、负载运行时的电磁关系、自耦变压器 | ||||||
| 教学方法 | 行动导向教学法 | ||||||
| 教学内容 |
1．了解变压器的基本知识 2．了解变压器的空载运行 3．了解变压器的负载运行 4．掌握变压器参数的测定方法 5．掌握变压器的运行特性 6．认识三相变压器 7．认识其他用途变压器 |
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| 教学过程 | 任务一 | ||||||
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1．相关知识 1）变压器的工作原理 2）变压器的分类 3）变压器的结构 （1）铁芯 （2）绕组 绕组是变压器的电路部分。它由漆包线或绝缘的扁铜线绕制而成，有同心式和交叠式两种。同心式绕组是将高、低压绕组套在同一铁芯柱的内外两层，如图3-7所示。交叠式绕组的高、低压绕组是沿轴向交叠放置的，如图3-8所示。   图3-7 同心式绕组 图3-8 交叠式绕组 （3）其他部件 4）变压器的铭牌数据 （1）变压器的型号 （2）变压器的额定数据 （3）变压器的其他数据 |
带领学生学习 新知识 |
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2．任务实施 老师提供可打开的变压器实物，并组织学生共同完成以下任务。 1）将全班学生进行分组，并选出小组长。 2）每组分别对照实物指出变压器的各个部件，并做简要描述（如各部件的功能或作用原理）。 3）每组分别对照实物分析变压器的工作原理。 4）讨论结束后，小组长总结发言。 |
巩固所学知识，提升学生实践技能 | ||||||
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3．任务测试 学生利用所学知识，回答以下问题。 1）变压器的类型有哪些？ 2）储油柜、气体继电器和安全气道各有什么作用？ |
进一步 巩固所学知识 |
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| 任务二 | |||||||
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1．相关知识 1）空载运行时的物理情况 2）空载运行时的电磁关系 （1）各电、磁量正方向的规定 （2）感应电动势 （3）电压平衡关系 按图3-12所示的各物理量的正方向，根据电路的基尔霍夫电压定律，容易得出一、二次绕组的电压平衡方程式如下。  （3-12） （3-13）式中：r1——一次绕组的电阻； Z1——一次绕组的漏阻抗；  ——二次绕组开路时的开路电压有效值向量。由于漏磁路主要由非磁性介质构成，其磁阻很大，漏磁通很小，因此反映漏磁通的漏电感和漏电抗很小，I0Z1也很小，有：  （3-14）由此看出，主磁通的大小主要决定于电源的大小，只要电源电压不变，可以认为主磁通维持不变，这是一个很重要的结论，在变压器负载运行时仍然成立。 3）空载电流和空载损耗 4）空载运行时的等效电路 |
带领学生学习 新知识 |
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2．任务实施 老师组织一场分组讨论。 1）将学生分组，并选出小组长。 2）每组同学自由模拟空载运行过程。 3）模拟过程中，请小组长总结。 4）讨论结束后，由老师提问，小组组长发言。 |
巩固所学知识， | ||||||
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3．任务测试 学生利用所学知识，完成以下任务。 1）写出空载运行时的物理情况。 2）描述变压器空载运行时，各电、磁量的正方向是如何规定的。 |
进一步 巩固所学知识 |
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| 任务三 | |||||||
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1．相关知识 1）负载运行时的物理情况 2）负载运行时的电磁关系 （1）磁动势平衡方程式 空载时的主磁通  由空载磁动势 建立，负载时主磁通 则由 建立。因为从空载到负载，电源电压不变，所以主磁通不变，因此建立主磁通的磁动势相等，即： （3-18）这一关系式称为磁动势平衡方程式。 式（3-18）两边同除以N1并移相，得：  （3-19）由式（3-19）可知，当负载电流增大时，  增大，一次绕组的电流 也随之增大�？杉淙槐溲蛊鞯囊�、二次绕组之间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发生改变。（2）电压平衡方程式 3）负载运行时的等效电路 （1）绕组的折 （2）“T”形等效电路 经过折算绕组，可得变压器的部分等效电路，如图3-16（a）所示。其中一、二次侧之间的耦合作用，由主磁通在绕组中产生的感应电动势  ， 反映出来，经过折算绕组后， ，构成了相应的一、二次侧部分的等效电路。又根据 和 的关系式，可将一、二次绕组的等效电路和励磁支路连接起来，构成图3-16（b）所示的等效电路。由于它的6个参数分布如“T”形，所以称为“T”形等效电路。 （a）部分等效电路  （b）“T”形等效电路 图3-16 变压器的“T”形等效电路的形成过程 （3）近似和简化等效电路 |
带领学生学习 新知识 |
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2．任务实施 老师组织学生用近似和简化等效电路完成一、二次侧电流及二次侧电压的计算。 已知一台单相变压器的数据为：  ， ， ， ， ， ， ， 。一次侧加上额定频率的额定电压，并保持不变，二次侧接负载阻抗 。 |
巩固所学知识， | ||||||
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3．任务测试 学生利用所学知识，完成以下任务。 1）描述负载运行时的物理情况。 2）解释这一原因：变压器一、二次绕组没有直接的电路连接，可是，当负载运行时，二次侧电流增大或减小的同时，一次侧电流也随之增大或减小。 |
进一步 巩固所学知识 |
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| 任务四 | |||||||
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1．相关知识 1）空载试验 2）短路试验 3）标幺值 |
带领学生学习 新知识 |
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2．任务实施 老师给出如图3-22、图3-23所示空载试验和短路试验的线路图，请同学们分组讨论该试验的操作方法。  图3-22 变压器的空载试验线路图  图3-23 变压器的短路试验线路图 |
巩固所学知识，提升学生实践技能 | ||||||
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3．任务测试 学生利用所学知识，回答以下问题。 1）空载试验和短路试验的目的是什么？ 2）变压器的空载试验一般在哪侧进行？短路试验一般在哪侧进行？ 3）标幺值是如何定义的？ |
进一步 巩固所学知识 |
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| 任务五 | |||||||
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1．相关知识 1）变压器的外特性和电压变化率 （1）变压器的外特性 （2）变压器的电压变化率 2）变压器的损耗和效率 （1）变压器的损耗 （2）变压器的效率 |
带领学生学习 新知识 |
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2．任务实施 老师组织一场作图比赛。 1）将学生分组，并选出小组长。 2）每组学生在规定时间内，画出变压器的外特性曲线和效率特性曲线，并做简要文字说明（组内同学可分工合作）。 3）作图结束后，由老师提问，小组组长发言。 |
巩固所学知识，提升学生实践技能 | ||||||
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3．任务测试 学生利用所学知识，回答以下问题。 1）变压器的电压变化率是如何定义的？它与哪些因素有关？ 2）变压器的效率与哪些因素有关？ 3）变压器运行中有哪些基本损耗？它们与哪些因素有关？ |
进一步 巩固所学知识 |
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| 任务六 | |||||||
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1．相关知识 1）三相变压器的磁路结构 （1）三相组式变压器的磁路结构 （2）三相心式变压器的磁路结构 2）单相变压器的极性 3）三相变压器绕组的联结及联结组 （1）星形联结 （2）三角形联结 （3）Yy联结组 （4）Yd联结组 4）三相变压器的并联运行 （1）三相变压器并联运行的原因 （2）三相变压器并联运行的条件 |
带领学生学习 新知识 |
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2．任务实施 老师组织开展一场关于“三相变压器为什么要并联运行？并联运行时需要满足什么条件？”的讨论，带领学生共同完成以下任务。 1）将学生分组，并选出小组长。 2）每组同学自由讨论。 3）讨论过程中，请小组长总结。 4）讨论结束后，由老师提问，小组组长发言，每小组回答并联运行的原因或并联运行的一个条件。 |
巩固所学知识， | ||||||
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3．任务测试 学生利用所学知识，回答以下问题。 1）三相心式变压器与三相组式变压器相比，有什么优点？ 2）怎样判断变压器的极性？ 3）什么是时钟表示法？ |
进一步 巩固所学知识 |
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| 任务七 | |||||||
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1．相关知识 1）自耦变压器 （1）电压关系 与单相变压器相同，忽略漏阻抗压降的影响，有：  （3-49） 式中：Ka——自耦变压器的变压比。 可见，在外加电压U1一定时，通过移动二次绕组的移动触头，使二次绕组的匝数N2改变，便可改变自耦变压器的变压比Ka，达到调节二次绕组电压U2的目的。 （2）电流关系 （3）功率关系 自耦变压器的视在功率S为：  （3-55）上式说明，自耦变压器提供给负载的视在功率为U2I2由两部分组成：一部分来自一次绕组吸收电源的功率U2I1，通过电路直接向负载传送，称为传递功率；另一部分是通过电磁感应产生并向负载传送的功率U2I，称为电磁功率。这一功率关系是自耦变压器所特有的，所以相同容量的自耦变压器比双绕组变压器消耗材料更少。 （4）自耦变压器的优缺点 （5）自耦变压器的应用场合 2）仪用互感器 （1）电流互感器 （2）电压互感器 3）电焊变压器 |
带领学生学习 新知识 |
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2．任务实施 老师组织开展一场关于“常用其他用途变压器有哪些？”的讨论，带领学生共同完成以下任务。 1）将学生分组，并选出小组长。 2）每组同学自由讨论。 3）讨论过程中，请小组长总结。 4）讨论结束后，由老师提问，小组组长发言。 |
巩固所学知识， | ||||||
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3．任务测试 学生利用所学知识，回答以下问题。 1）自耦变压器有哪些优缺点？ 2）使用电压互感器时必须注意哪些事项？ 3）为了保证电焊的质量和电弧燃烧的稳定性，对电焊变压器有哪些要求？ |
进一步 巩固所学知识 |
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| 课堂总结 | |||||||
