第十一章 變壓器和交流電動機

1、課題11 1變壓器的構(gòu)造11 2變壓器的工作原理課型新課授課班級授課時數(shù)3教學目標1掌握變壓器的構(gòu)造和工作原理。2熟練掌握變壓器變換電壓、電流和阻抗的規(guī)律。教學重點1變壓器的工作原理。2變換電壓、電流和阻抗的規(guī)律。教學難點阻抗變換規(guī)律及其應用。教學器材各型鐵心的電源變壓器若干、演示用三相電力變壓器、導線、電壓表教學方法演示、講解、提問、練習、討論信息反饋1學生已掌握變壓器的構(gòu)造和工作原理。2熟練掌握變壓器變換電壓、電流和阻抗的規(guī)律。3部分學生對變壓器的阻抗變換作用不太理解。 對變壓器的外特性與負載的功率因數(shù)有關(guān)一時還無法理解。板書設(shè)計第一節(jié)變壓器的構(gòu)造一、構(gòu)造二、電路符號二、用途和種類第二節(jié)變

2、壓器的工作原理一、工作原理電磁感應原理。 二、變換交流電壓 1 » = KK稱為變壓比。2討論K > 1，即N1 > N2 ，U1 > U2 降壓K < 1，即N1 < N2 ，U1 < U2 升壓 三、變換交流電流 » = 一次、二次繞組中電流與繞組匝數(shù)成反比。四、變換交流阻抗1 = ()2 ，= K2 2結(jié)論在二次側(cè)接上負載阻抗時，就相當于使電源直接接上一個阻值為K2的阻抗。3變換阻抗的應用使負載阻抗與信號源內(nèi)阻抗匹配，從而使負載獲得最大的輸出功率。五、變壓器的外特性和電壓變化率 1外特性2電壓變化率 DU = ´ 100

3、%課前復習1電流產(chǎn)生的磁場。2右手螺旋定則。3楞次定律。新課變壓器的構(gòu)造一、構(gòu)造1鐵心（1）磁路的通道。（2）用彼此絕緣的硅鋼片疊成，目的是增加電阻，減小渦流和磁滯損耗。（3）結(jié)構(gòu)形式：心式和殼式。2繞組一次繞組（原繞組）：和電源相連的線圈。二次繞組（副繞組）：與負載相連的線圈。3其他附件絕緣層冷卻設(shè)備鐵殼或鋁殼（電磁屏蔽作用）二、用途和種類1符號2用途改變交流電壓，改變交流電流，改變阻抗，改變相位。3種類電力變壓器（輸配電）：整流變壓器；調(diào)壓變壓器：輸入、輸出變壓器。第二節(jié)變壓器的工作原理演示變壓器有載（燈座）的工作情況。一、工作原理電磁感應原理。通過演示啟發(fā)學生詳細敘述變壓器能量傳遞的過程

4、。二、變換交流電壓 1推導 =2因 U1 » E1，U2 » E2結(jié)論 » = K即一次、二次繞組兩端電壓與繞組匝數(shù)成正比，K稱為變壓比。3討論K > 1，即N1 > N2 ，U1 > U2 降壓K < 1，即N1 < N2 ，U1 < U2 升壓 三、變換交流電流1推導由P1 = I1 U1 cos j1，P2 = I2 U2 cos j2，P1 = P2cos j1 » cos j2得 I1 U1 » I2 U22結(jié)論 » = 即一次、二次繞組中電流與繞組匝數(shù)成反比。3提問為什么高壓邊線圈匝數(shù)多

5、而導線細，低壓邊則相反？四、變換交流阻抗1推導由=，=得 = ()2 = K2 2結(jié)論在二次側(cè)接上負載阻抗時，就相當于使電源直接接上一個阻值為K2的阻抗。例1：例13變換阻抗的應用使負載阻抗與信號源內(nèi)阻抗匹配，從而使負載獲得最大的輸出功率，這在電子技術(shù)上應用很廣泛。例2：例2 五、變壓器的外特性和電壓變化率 1外特性（1）當變壓器的一次電壓和負載功率因數(shù)都一定時，二次電壓隨二次電流變化的關(guān)系稱為變壓器的外特性。（2）外特性曲線2電壓變化率它指空載時二次電壓U2N和有載時二次電壓U2之差與U2N的百分比，即 DU = ´ 100 %電壓變化率是變壓器的主要性能指標之一，數(shù)值越小表示變壓

6、器性能越好，一般在5 %左右。練習習題（電工基礎(chǔ)第2版周紹敏主編）1是非題（1）（6）。2選擇題（1）（4）。小結(jié)1變壓器的結(jié)構(gòu)和工作原理。2要求學生熟記變壓器應用的三個公式，并強調(diào)公式的適用條件，應用時要特別注意。布置作業(yè)習題（電工基礎(chǔ)第2版周紹敏主編）4問答與計算題（1）（3）。課題11 3變壓器的功率和效率課型新課授課班級授課時數(shù)1教學目標掌握變壓器功率和效率的計算。教學重點功率和效率的計算。教學難點一次電流的計算。教學方法講解、復習、討論、提問、舉例信息反饋1、 學生掌握了變壓器功率和效率的計算。2、 學生知道了變壓器中的銅損和鐵損產(chǎn)生的原因，知道了提高效率的方法和措施。板書設(shè)計第三節(jié)

7、變壓器的功率和效率一、功率1一次輸入功率P1 = U1I1 cos j12二次輸出功率P2 = U2 I2 cos j13損耗功率 P¢ = P1 - P2 = PFe + PCu電流越大，銅損PCu越大；頻率越高，鐵損PFe越大。二、掌握幾個規(guī)律1二次輸出電壓的大小隨一次輸入電壓的變化而變化（即U2的大小由U1決定）；2一次電流隨二次電流的變化而變化（即I1由I2決定）；3一次輸入功率隨二次輸出功率的變化而變化（即P1的大小由P2決定）。三、效率h = ´ 100 %新課課前復習變壓器的作用1變換交流電壓。2變換交流電流。3變換阻抗。強調(diào)三公式的適用條件。那么如果考慮損耗

8、情況將會怎樣呢？第三節(jié)變壓器的功率和效率一、功率1一次輸入功率P1 = U1I1 cos j12二次輸出功率P2 = U2 I2 cos j13損耗功率 P¢ = P1 - P2 = PFe + PCu電流越大，銅損PCu越大；頻率越高，鐵損PFe越大。二、掌握幾個規(guī)律1二次輸出電壓的大小隨一次輸入電壓的變化而變化（即U2的大小由U1決定）；2一次電流隨二次電流的變化而變化（即I1由I2決定）；3一次輸入功率隨二次輸出功率的變化而變化（即P1的大小由P2決定）。三、效率效率是指輸出功率與輸入功率的百分比，即h = ´ 100 %例1：本節(jié)例題通過例題總結(jié)出解題規(guī)律：U2P2

9、P1I1。小結(jié)1變壓器一次輸入功率、二次輸出功率的計算。2變壓器效率的概念以及它的計算公式。布置作業(yè)習題（電工基礎(chǔ)第2版周紹敏主編）3填充題（1）（4）；4問答與計算題（4）。課題11 4常用變壓器11 5變壓器的額定值和檢測課型新課授課班級授課時數(shù)2教學目標1了解常用變壓器的結(jié)構(gòu)、特點和用途。2了解變壓器的額定值及檢測方法。教學重點常用變壓器的結(jié)構(gòu)、特點和用途。教學難點1、 理解互感器的使用注意事項。2、 理解變壓器的額定容量、次級額定電壓的含義。3、 掌握變壓器的額定值的測試方法。教學器材電壓互感器、電流互感器、單相調(diào)壓器、多繞組的電源變壓器或燈絲變壓器、教學用三相變壓器模型、兆歐表、教學

10、演示用萬用表教學方法講解、演示、提問、復習、討論信息反饋1學生們已基本了解常用變壓器的結(jié)構(gòu)、特點和用途。2了解變壓器的額定值及檢測方法。3部分學生對互感器的一些使用注意事項感到不能理解。有些學生難以理解變壓器的額定容量、次級額定電壓的含義。板書設(shè)計第四節(jié)常用變壓器一、耦合變壓器（調(diào)壓變壓器）1結(jié)構(gòu)特點2作用3分析 4優(yōu)缺點 二、多繞組變壓器1結(jié)構(gòu)特點 2作用3分析三、互感器1電壓互感器2電流互感器四、三相變壓器第五節(jié)變壓器的額定值和檢驗一、額定值變壓器額定運行的條件叫變壓器的額定值。1額定容量： 2額定一次、二次電壓： 3額定電流： 二、檢驗1區(qū)分各繞組 2絕緣檢查3各繞組的電壓和變壓比4磁化

11、電流Im新課課前復習變壓器應用的三個公式，公式的適用條件。常用變壓器一、耦合變壓器（調(diào)壓變壓器）1結(jié)構(gòu)特點變壓器一次、二次繞組有一部分是共用的。2作用連續(xù)改變輸出電壓。3分析» = K，U2 = U1即：改變N2即可改變U2。 4優(yōu)缺點與同容量變壓器相比重量輕、體積小，用銅量少、效率高。 » = ；I1 » I2所以Icb = I2 - I1 = I2 - I2 = I2（1 - ）Icb < I2用銅量減少，但高低壓繞組存在著電氣上的聯(lián)系，所以它不能作為安全變壓器。二、多繞組變壓器1結(jié)構(gòu)特點 一次或二次都可能有多個繞組。2作用可同時輸出幾個不同的電壓。3分

12、析，P1 = ，I1 = 三、互感器1電壓互感器（1）結(jié)構(gòu)特點N1 >> N2（2）作用測量高電壓。（3）分析»= K >> 1；U1 = KU2（4）注意點二次繞組不能短路（配套一只電壓表），二次繞組和鐵心要可靠接地。2電流互感器（1）結(jié)構(gòu)特點N1 << N2N1 < N2（2）作用：測量大電流。（3）分析 » =，K << 1所以I1 »I2（4）注意點二次繞組不能開路（配套一只電流表）；二次繞組和鐵心要可靠接地。（5）介紹鉗形電流表結(jié)構(gòu)、使用。四、三相變壓器三相變壓器實際上就是三個相同的單相變壓器的組合。

13、1結(jié)構(gòu)特點每個鐵心柱上繞著同一相的一次和二次繞組。2作用改變?nèi)嘟涣麟姷碾妷骸?根據(jù)三相電源和負載情況，一次、二次繞組既可接成星形，又可接成三角形。變壓器的額定值和檢驗一、額定值變壓器額定運行的條件叫變壓器的額定值。1額定容量：指二次側(cè)的最大視在功率。2額定一次、二次電壓：額定一次電壓是指接到一次繞組電壓的規(guī)定值；額定二次電壓是指變壓器空載時，一次加上額定電壓，二次側(cè)兩端的電壓值。3額定電流：指規(guī)定的滿載電流值。二、檢驗1區(qū)分各繞組根據(jù)直流電阻值區(qū)分。方法：線細、匝數(shù)多，電阻大的是高壓繞組；線粗、匝數(shù)少，電阻小的是低壓繞組。2絕緣檢查使用兆歐表測量各繞組之間、各繞組到地（鐵心）之間的絕緣電阻值

14、。3各繞組的電壓和變壓比電壓低是繞組匝數(shù)少了，電壓高是繞組匝數(shù)多了。4磁化電流Im一次側(cè)加上額定電壓，二次側(cè)開路時的一次電流稱為磁化電流。Im一般為一次額定電流的3% 4 %。磁化電流太大，變壓器不能使用，表明一次繞組匝數(shù)繞少了（即電感量不夠）或鐵心結(jié)合處距離太大或鐵心的磁導率太小。小結(jié)填表自耦變壓器多繞組變壓器電壓互感器電流互感器三相變壓器結(jié)構(gòu)特點作用注意點計算公式布置作業(yè)習題（電工基礎(chǔ)第2版周紹敏主編）4問答與計算題（5）、（6）。2-172課題11 6三相異步電動機課型新課授課班級授課時數(shù)4教學目標1掌握三相異步電動機的構(gòu)造、工作原理，并熟悉它的銘牌數(shù)據(jù)的意義。2掌握三相異步電動機極數(shù)與

15、轉(zhuǎn)速的計算。教學重點1三相異步電動機的工作原理。2三相異步電動機極數(shù)與轉(zhuǎn)速的計算。教學難點旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生。教學器材三相異步電動機、活絡扳手、一字改刀、木榔頭演示用萬用表、數(shù)字萬用表教學方法講解、演示、提問、復習、討論板書設(shè)計第六節(jié)三相異步電動機電動機是利用電磁感應原理，把電能轉(zhuǎn)換為機械能，輸出機械轉(zhuǎn)矩的原動機。一、結(jié)構(gòu)1定子 2轉(zhuǎn)子 二、旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生1當空間彼此相差120°的三個相同的線圈通入對稱三相交流電時，就能夠產(chǎn)生與電流有相同角速度的旋轉(zhuǎn)磁場。2旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向與三相電源的相序一致。 三、工作原理四、電動機的轉(zhuǎn)速1旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速2電動機的轉(zhuǎn)速五、銘牌信息反饋1、要讓學生觀察

16、依次拆開的電動機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。2、學生已知道定子鐵心的作用，相互絕緣的硅鋼片作為鐵心而不用整塊的硅鋼的原因。3、 應指導學生仔細閱讀電動機的銘牌。4、 部分學生容易將轉(zhuǎn)與弧度，分鐘與秒的英文縮寫混淆。5、 在拆裝電動機的過程中，要向?qū)W生說明拆裝的技巧，尤其是在組裝完成后，如果發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動不靈活的現(xiàn)象，應當如何處理。6、 對技能班學生不要求理解旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生的詳細過程。新課課前復習1電磁感應現(xiàn)象。2右手定則、左手定則。第六節(jié)三相異步電動機電動機是利用電磁感應原理，把電能轉(zhuǎn)換為機械能，輸出機械轉(zhuǎn)矩的原動機。電動機可分為：交流電動機和直流電動機。交流電動機分為：單相電動機和三相電動機，三相電動機分為：同

17、步和異步。一、結(jié)構(gòu)1定子機座：保護和散熱作用。鐵心：是電動機的磁路部分。由彼此絕緣的硅鋼片疊成。目的是減小鐵損（渦流和磁滯損耗）。繞組：是電動機的電路部分。三組，空間位置彼此相差120°。2轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸：輸出機械轉(zhuǎn)矩。鐵心：由彼此絕緣的硅鋼片疊成。繞組：繞線式、籠型二、旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生1講解2結(jié)論：當空間彼此相差120°的三個相同的線圈通入對稱三相交流電時，就能夠產(chǎn)生與電流有相同角速度的旋轉(zhuǎn)磁場（即在一個周期內(nèi)電流的相位角變化了360°，其合成磁場的方向在空間也旋轉(zhuǎn)了360°）。3旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向與三相電源的相序一致。要使旋轉(zhuǎn)磁場反轉(zhuǎn)，只要改變電源的相序，即

18、只要把接到三相繞組始端上的任意兩根電源線對調(diào)，就可以實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)磁場的反轉(zhuǎn)。4直流電 恒定磁場單相交流電 脈動磁場三相交流電 旋轉(zhuǎn)磁場三、工作原理1原理定子繞組通入對稱的三相交流電，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場；轉(zhuǎn)子導體與旋轉(zhuǎn)磁場之間有相對運動，就切割旋轉(zhuǎn)磁場的磁感線，所以在閉合的轉(zhuǎn)子導體中就產(chǎn)生感應電流；轉(zhuǎn)子導體中感應電流一產(chǎn)生就受到旋轉(zhuǎn)磁場的力矩作用，使電動機轉(zhuǎn)動。2電動機的轉(zhuǎn)動方向與旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)動方向是相同的。3電動機的轉(zhuǎn)速n總是小于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n0。這是三相異步電動機工作的必要條件。若n = n0無相對運動，無感應電流，不轉(zhuǎn)動。四、電動機的轉(zhuǎn)速1旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速（1）磁極對數(shù)p，它的大小由每個繞組中串聯(lián)的

19、線圈個數(shù)決定。若每相繞組只有一個線圈，繞組的始端之間相差120°，則p = 1；若每相繞組有兩個線圈串聯(lián)，繞組的始端之間相差60°，則p = 2；依次類推。（2）n0 = 若f = 50 HzP = 1，n0 =3000 r / minP = 2，n0 = 1500 r / min2電動機的轉(zhuǎn)速（1）轉(zhuǎn)差率s = ´ 100 %（2）電動機的轉(zhuǎn)速n = n0 ( 1 - s )。五、銘牌1型號2電壓：指額定運行時定子繞組應加的線電壓數(shù)值。3電流：指額定運行時定子繞組的線電流值。4轉(zhuǎn)速：S在1% 9 %之間，能正常工作。5功率和效率（1）功率指額定運行時輸出功率P2

20、。輸入功率P1 = Ul Il cos j（2）效率h = ´ 100 %6功率因數(shù)指滿載時的值。7接法指定子繞組的接法。8絕緣等級指額定運行時機內(nèi)溫度最高點處所容許的極限溫度值。9工作方式：連續(xù)、短時、斷續(xù)。練習習題（電工基礎(chǔ)第2版周紹敏主編）1是非題（7）（10）。小結(jié)1三相異步電動機的組成，各部分起的作用。2三相異步電動機的工作原理3三相異步電動機的轉(zhuǎn)差率；旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速、電動機轉(zhuǎn)速的計算。4動機的額定功率、額定電壓、額定電流。布置作業(yè)習題（電工基礎(chǔ)第2版周紹敏主編）4問答與計算題（7）（9）。課題11 7三相異步電動機的控制課型新課授課班級授課時數(shù)2教學目標了解三相異步電動機

21、的起動、反轉(zhuǎn)、調(diào)速和制動的基本原理與基本方法。教學重點三相異步電動機的起動、反轉(zhuǎn)的基本原理與基本方法。教學難點制動的基本原理與基本方法。教學器材自耦降壓起動器、星形/三角形起動器、定子繞組接成三角形且三相繞組有六個引出端子的三相異步電動機、電磁抱閘等。教學方法講解、演示、提問、復習、討論板書設(shè)計第七節(jié)三相異步電動機的控制一、起動1直接起動（全壓起動）2降壓起動二、調(diào)速 n = n0 ( 1 - s ) = ( 1 s ) 1變頻調(diào)速2變轉(zhuǎn)差率調(diào)速3變極調(diào)速三、反轉(zhuǎn)四、制動1機械制動2電氣制動（1）反接制動（2）能耗制動信息反饋學生已基本了解三相異步電動機的起動、反轉(zhuǎn)、調(diào)速和制動的基本原理與基本

22、方法。新課課前復習在相同的線電壓下，Y形聯(lián)結(jié)時的線電流和形聯(lián)結(jié)時的線電流的關(guān)系。第七節(jié)三相異步電動機的控制一、起動電動機的起動有全壓起動和降壓起動兩種。1直接起動（全壓起動）加在電動機定子繞組的起動電壓是電動機的額定電壓，這樣的起動叫全壓起動。（1）特點：轉(zhuǎn)子電流很大，定子電流也很大。（2）適用于小型電動機。（3）缺點：起動電流大，是額定工作電流的57倍，使電動機本身的使用壽命降低，同時，還影響同一電網(wǎng)上鄰近電氣設(shè)備的正常工作。2降壓起動減小起動電流，避免直接起動時的缺點。（1）串電阻降壓起動在電動機起動時將電阻串聯(lián)在定子繞組與電源之間的起動方法。（2）星形 三角形換接起動 電動機在起動時把定

23、子繞組連成星形，等到轉(zhuǎn)速接近額定值時再換成三角形的起動方法。起動電流僅為直接起動時的，只適用于正常運行時定子繞組為三角形連接的電動機。例1：已知：IN = 15A，IS / IN = 6（IS為直接起動的起動電流），求：采用Y - D 起動時，起動電流為多大？（3）自耦降壓起動二、調(diào)速 n = n0 ( 1 - s ) = ( 1 s ) 1變頻調(diào)速2變轉(zhuǎn)差率調(diào)速：只適用于繞線式轉(zhuǎn)子電動機方法：在轉(zhuǎn)子電路中接入一個調(diào)速電阻，通過改變電阻的大小來改變轉(zhuǎn)速。3變極調(diào)速三、反轉(zhuǎn)只要將三根相線中任意兩根對調(diào)即可。四、制動1機械制動2電氣制動（1）反接制動：在電動機停車時，將接到電源的三根導線中的任意兩

24、根對調(diào)位置，使旋轉(zhuǎn)磁場反向旋轉(zhuǎn)，而轉(zhuǎn)子由于慣性仍在原方向轉(zhuǎn)動。這時的轉(zhuǎn)矩方向與電動機的轉(zhuǎn)動方向相反，因而起制動的作用。當轉(zhuǎn)速接近零時，利用某種控制電器將電源自動切斷，否則，電動機將會反轉(zhuǎn)。缺點：反接后旋轉(zhuǎn)磁場與電動機的相對運動轉(zhuǎn)速（ n + n0 ）很大，因而電流較大。（2）能耗制動：在切斷三相電源的同時通入直流電，該直流電的恒定磁場與轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)子相互作用產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩與電動機轉(zhuǎn)子慣性運動的方向相反，從而使電動機停下來。小結(jié)1全壓起動、降壓起動的概念。2降壓起動的方法。3Y降壓起動的原理。4改變?nèi)喈惒诫妱訖C的旋轉(zhuǎn)速度的方法；使三相異步電動機反轉(zhuǎn)的方法。5三相異步電動機制動的方法。布置作業(yè)習題（電工基礎(chǔ)第2版周紹敏主編）2選擇題（5）（10）。課題11 8單相異步電動機課型新課授課班級授課時數(shù)2教學目標了解單相異步電動機的構(gòu)造、工作原理和用途。教學重點單相異步電動機的構(gòu)造、工作原理。教學難點起動原理和方法。教學器材電源插座、電風扇電機、洗衣機電機、配套電容器、絕緣膠帶、扳手、改刀、木榔頭教學方法講解、演示、提問、復習、討論、練習板書設(shè)計第八節(jié)單相異步電動機單相電動機：用單