《電機(jī)與變壓器》教案

《先機(jī)與變壓器》教案

《電機(jī)與變壓器》教案首頁(yè)

第1次課授課時(shí)間：2010年月日教案完成時(shí)間：2010年月日

《電機(jī)與變

課程名稱年級(jí)專(zhuān)業(yè)、層次中職

壓器》

教員何云學(xué)時(shí)2

授課題目緒論

基本教材或《電機(jī)與變壓器》中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)保障出版社、全國(guó)中等職業(yè)技術(shù)學(xué)校、

參考書(shū)電工類(lèi)專(zhuān)業(yè)通用教材

一、通過(guò)教學(xué)使學(xué)生掌握電機(jī)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位；電機(jī)的主要

教學(xué)目的與類(lèi)型；我國(guó)電機(jī)工業(yè)發(fā)展概況

要求二、了解學(xué)習(xí)本課程的方法及需要的基礎(chǔ)知識(shí)

教學(xué)重點(diǎn)與電機(jī)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位

難點(diǎn)學(xué)習(xí)本課程所需要的基礎(chǔ)知識(shí)

技能及知識(shí)

電機(jī)的定義、學(xué)習(xí)本課程所需的基礎(chǔ)知識(shí)。

點(diǎn)

教學(xué)方法理論講解

作業(yè)和課后

記

教學(xué)附頁(yè)

教學(xué)環(huán)節(jié)教學(xué)過(guò)程及主要內(nèi)容備注

一、電機(jī)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的作用

電能是現(xiàn)代主要的能源，而電機(jī)是與電能的生產(chǎn)、傳輸和

使用緊密相關(guān)的能量轉(zhuǎn)換裝置，它不僅是工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸

業(yè)、國(guó)防工業(yè)、IT技術(shù)產(chǎn)業(yè)的重要設(shè)備，而且在日常生活中的

應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。

人類(lèi)早期使用的原動(dòng)力是畜力、水力和風(fēng)力后來(lái)發(fā)明了蒸汽機(jī)、

柴油機(jī)、汽油機(jī)，十九世紀(jì)發(fā)明了電動(dòng)機(jī)，由于電動(dòng)機(jī)有以下優(yōu)

點(diǎn)

(1)電機(jī)的效率高，運(yùn)行經(jīng)濟(jì)；

(2)電能的傳輸和分配比較方便；

(3)電能容易控制。

所以電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛現(xiàn)在絕大部分生產(chǎn)機(jī)械都采用電

動(dòng)機(jī)進(jìn)行拖動(dòng)，即用電動(dòng)機(jī)作為原動(dòng)機(jī)。

讓電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)需要電能，電能主要來(lái)自發(fā)電機(jī)，為了經(jīng)濟(jì)的傳輸和

分配電能需要變壓器，另外隨著自動(dòng)化程度的不斷提高，自動(dòng)控

制技術(shù)得到空前的發(fā)展，出現(xiàn)了各種各樣的控制電機(jī)，此外在文

教、醫(yī)療衛(wèi)生、信息產(chǎn)業(yè)及日常生活中電機(jī)的應(yīng)用將會(huì)愈加廣泛。

二、電機(jī)的主要類(lèi)型

電機(jī)的型式和種類(lèi)很多，但其工作原理都是基于電磁感應(yīng)定

律和電磁力定律，電機(jī)的分類(lèi)方法很多，按功能進(jìn)行分類(lèi)，可分

為：

(1)發(fā)電機(jī)將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能

(2)電動(dòng)機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能

(3)變壓器將電能變換為不同等級(jí)的電能

(4)控制電機(jī)作為控制系統(tǒng)中的元件

三、我國(guó)電機(jī)工業(yè)發(fā)展概況

解放前電機(jī)工業(yè)極端落后，僅幾個(gè)城市有電機(jī)制造廠。解放

后電機(jī)工業(yè)發(fā)展很快第一個(gè)五年計(jì)劃結(jié)束時(shí)，年產(chǎn)量和單機(jī)容

量都較解放前提高了幾十倍。改革開(kāi)放以來(lái)我國(guó)電機(jī)工業(yè)在引

教學(xué)環(huán)節(jié)教學(xué)過(guò)程及主要內(nèi)容備注

進(jìn)、吸收和消化國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上對(duì)原有電機(jī)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)

計(jì)使電機(jī)性能大大提高，并相繼研制和開(kāi)發(fā)了多種新系列電機(jī)

不僅滿足了國(guó)內(nèi)生產(chǎn)需要，而且向國(guó)外出口。目前我國(guó)已開(kāi)發(fā)制

成125個(gè)系列，900多個(gè)品種，幾千種規(guī)格的各種電機(jī)。

電機(jī)工業(yè)發(fā)展趨勢(shì)是電子與電機(jī)工業(yè)結(jié)合，開(kāi)展新原理、新

結(jié)構(gòu)、新材料電機(jī)的研制工作。

四、緒論電機(jī)的分類(lèi)

按功能用途分：有發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)、變壓器和控制電機(jī)4類(lèi)。

按電機(jī)的結(jié)構(gòu)或轉(zhuǎn)速分：分為靜止變壓器和旋轉(zhuǎn)電機(jī)。

按電源的不同分：分為直流電機(jī)和交流電機(jī)兩大類(lèi)。交流電

機(jī)又分為同步電機(jī)和異步電機(jī)兩類(lèi)。

綜上分類(lèi)方法，可歸納如下：

/變壓器（也屬交流電機(jī)的一種，但它靜止不動(dòng)）

吉瀘由廂「直流發(fā)電機(jī)

直流電機(jī)（直流電動(dòng)機(jī)

由和）「同步發(fā)電機(jī)

龍\C同步電機(jī)+同步電動(dòng)機(jī)

交流電機(jī)J

異由由和r異步發(fā)電機(jī)

i異步電機(jī)（異步電動(dòng)機(jī)

\控制電機(jī)

五、課程性質(zhì)、任務(wù)和內(nèi)容

性質(zhì):是一門(mén)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課。它是將"電機(jī)學(xué)”、"電力拖動(dòng)”和

"控制電機(jī)”等課程有機(jī)結(jié)合而成的一門(mén)課。

任務(wù)掌握各電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理以及電力拖動(dòng)系統(tǒng)的

運(yùn)行性能、基本分析計(jì)算、電機(jī)選擇方法。

內(nèi)容:直流電機(jī)、直流電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)、變壓器、三相交流

異步電動(dòng)機(jī)、三相交流異步電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)、單相異步電動(dòng)機(jī)、

教學(xué)環(huán)節(jié)教學(xué)過(guò)程及主要內(nèi)容備注

同步電機(jī)、電動(dòng)機(jī)的選擇控制電機(jī)等。

六、課程特點(diǎn)

課程特點(diǎn)：理論性強(qiáng)，應(yīng)用性強(qiáng)。涉及的基礎(chǔ)理論和實(shí)際知識(shí)

面廣，是電學(xué)、磁學(xué)、動(dòng)力學(xué)、熱學(xué)等學(xué)科知識(shí)的綜合，所以理

論性較強(qiáng)。而用理論分析各種電機(jī)及拖動(dòng)的實(shí)際問(wèn)題時(shí)，必須結(jié)

合電機(jī)的具體結(jié)構(gòu)、采用工程觀點(diǎn)和工程分析方法。在掌握基本

理論的同時(shí)，還要注意培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作技能和計(jì)算能力，因

此實(shí)踐性也較強(qiáng)。

七、學(xué)習(xí)方法

學(xué)習(xí)時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

1）抓主要矛盾，抓本質(zhì)，忽略次要因素。

2）抓基本概念、原理和主要特性。

3）良好的學(xué)習(xí)方法，如對(duì)比學(xué)習(xí)，找出各種電機(jī)的共性和特點(diǎn)

加深理解。

4）理論聯(lián)系實(shí)際，重視實(shí)驗(yàn)和到工廠實(shí)踐。

5）把電機(jī)視為拖動(dòng)系統(tǒng)中的一個(gè)器件來(lái)學(xué)習(xí)，不宜過(guò)多地耗時(shí)

于電機(jī)的內(nèi)部電磁關(guān)系。

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第2次課授課時(shí)間：2010年月日教案完成時(shí)間：2010年月日

《電機(jī)與變

課程名稱年級(jí)專(zhuān)業(yè)、層次中職

壓器》

教員何云學(xué)時(shí)2

第一章變壓器的結(jié)構(gòu)與工作原理

授課題目

§1-1變壓器的用途和分類(lèi)、§1-2變壓器的結(jié)構(gòu)

基本教材或參《電機(jī)與變壓器》中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)保障出版社、全國(guó)中等職業(yè)技術(shù)學(xué)校、

考書(shū)電工類(lèi)專(zhuān)業(yè)通用教材

教學(xué)目的與要

通過(guò)教學(xué)使學(xué)生掌握變壓器的定義、變壓器的用途和分類(lèi)

求

教學(xué)重點(diǎn)與難變壓器的用途和分類(lèi)

點(diǎn)變壓器的用途和分類(lèi)

技能及知識(shí)點(diǎn)變壓器的定義、用途和分類(lèi)

教學(xué)方法理論聯(lián)系實(shí)際

作業(yè)和課后記

教學(xué)附頁(yè)

教學(xué)環(huán)節(jié)教學(xué)過(guò)程及主要內(nèi)容備注

教學(xué)環(huán)節(jié)教學(xué)過(guò)程及主要內(nèi)容備注

一、變壓器的主要用途

變壓器是一種通過(guò)電磁感應(yīng)作用將一定數(shù)值的電壓、電流、阻

抗的交流電轉(zhuǎn)換成同頻率的另一數(shù)值的電壓、電流、阻抗的交流

電的靜止電器。在電力系統(tǒng)中，專(zhuān)門(mén)用于升高電壓和降低電壓的

變壓器統(tǒng)稱為電力變壓器。電力變壓器是使用最廣泛的變壓器。

變壓器是利用電磁感應(yīng)原理制成的靜止電氣設(shè)備。它能將某一電

壓值的交流電變換成同頻率的所需電壓值的交流電以滿足高壓

輸電、低壓供電及其他用途的需要。

在絕大多數(shù)情況下，交流電能來(lái)自于遠(yuǎn)離用電地區(qū)的水力發(fā)電

站、火力發(fā)電站、核電站的交流發(fā)電機(jī)。由于絕緣材料和散熱等

方面的限制，交流發(fā)電機(jī)發(fā)出的電壓不可能太高，一般多為

10.5kV和18kV。如果以此等級(jí)的電壓直接向遠(yuǎn)距離的用電地區(qū)

傳送大功率的電能，那么輸電線路必然流過(guò)很大的電流，大大增

加了輸電線路上的電能損耗和電壓損耗，這是很不經(jīng)濟(jì)的，甚至

于不能將電能送出去。如果采用升壓變壓器，把發(fā)電機(jī)發(fā)出的電

壓升高到幾十千伏或幾百千伏的電壓后，再向遠(yuǎn)距離的用電地區(qū)

傳送大功率的電能，那么輸電線路上流過(guò)的電流自然就變小了,

這樣就能經(jīng)濟(jì)地把電能送出去。一般地，輸電電壓的高低與輸電

距離、輸電功率有關(guān)，若要求輸電距離較遠(yuǎn)且輸電功率較大，則

要求較高的輸電電壓。而用電設(shè)備的電壓等級(jí)絕大多數(shù)為380V

或220V,用電設(shè)備不能直接與高壓輸電線路連接，必須采用降

壓變壓器，先將輸電電壓降低到合適的電壓等級(jí)再供用戶使用。

二、變壓器的基本工作原理

它的基本工作原理可以用圖3.1說(shuō)明。圖3.1是單相變壓器的工

作原理圖。這個(gè)單相變壓器由一個(gè)閉合的鐵心和套在其上的兩個(gè)

繞組構(gòu)成。這兩個(gè)繞組彼此絕緣，同心套在一個(gè)鐵心柱上，但是

為了分析問(wèn)題的方便，我們將這兩個(gè)繞組畫(huà)在鐵心柱兩側(cè)上，其

中，與電源連接的繞組稱為原繞組，也稱為一次繞組或原邊；與

負(fù)載連接的繞組稱為副繞組，也稱為二次繞組或副邊。我們?cè)诒?/p>

教學(xué)環(huán)節(jié)教學(xué)過(guò)程及主要內(nèi)容備注

示原繞組電磁量的符號(hào)右下角加標(biāo)號(hào)’1",在表示副繞組電磁量

的符號(hào)右下角加標(biāo)號(hào)"2”,以便于區(qū)別。例如，",A,E分別

表示原繞組的電壓、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、電流相量；°2,八，目，

分別表示副繞組的電壓、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、電流相量。

將原繞組的兩個(gè)出線端與單相交流電源連接原繞組中便流過(guò)交

流電流，該電流在鐵心中生成與電源頻率相同的交變磁通，此交

變磁通同時(shí)鏈過(guò)原、副繞組。據(jù)電磁感應(yīng)原理，原、副繞組中將

分別感應(yīng)出交變電動(dòng)勢(shì)。將副繞組的兩個(gè)出線端與負(fù)載連接，負(fù)

載就有交流電流通過(guò)。對(duì)應(yīng)某一瞬時(shí)，單相變壓器中各物理量的

方向標(biāo)示于圖1--1o

圖1單相變壓器工作原理圖

設(shè)4q分別為原繞組的電壓、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值，的%,

分別為副繞組的電壓、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值，M，M分別為原繞

組、副繞組的匝數(shù)，0為鐵心中同時(shí)鍵過(guò)原、副繞組的磁通。

如果單相變壓器副繞組的兩個(gè)出線端不與負(fù)載連接并忽略數(shù)值

很小的原繞組電阻、電抗，可以得出下面的瞬時(shí)值方程式

(1-D

(1—2)

其中，依據(jù)電磁感應(yīng)定律有

教學(xué)環(huán)節(jié)教學(xué)過(guò)程及主要內(nèi)容備注

d0

6=一乂^7

(1—3)

ATd①/i4、

e2=-N2—Q-4)

d0

將該式代入上式，得《=乂17

at(1—5)

〃2=-憶［(1-6)

有皿=回=9=上

Ml⑸$(1—7)

由此可見(jiàn)，通過(guò)選用不同于原繞組匝數(shù)M的副繞組匝數(shù)N2,

便可使副繞組的電壓星不等于原繞組的電壓X,左稱為變壓器的

變壓比，其大小是由變壓器的結(jié)構(gòu)參數(shù)M,被所決定的。

綜上所述，變壓器以原、副繞組能同時(shí)鏈過(guò)鐵心中同一變化

磁通的特有結(jié)構(gòu)，利用電磁感應(yīng)原理，將原繞組吸收電源的電能

傳送給副繞組所連接的負(fù)載一一實(shí)現(xiàn)能量的傳送使匝數(shù)不同的

原、副繞組中感應(yīng)出大小不等的電動(dòng)勢(shì)一一實(shí)現(xiàn)電壓等級(jí)變換,

這就是變壓器的基本工作原理。

三、變壓器的分類(lèi)

變壓器可以按照用途、繞組數(shù)目、相數(shù)、冷卻方式、調(diào)壓方式分

類(lèi)。

按照用途分，主要有電力變壓器、調(diào)壓變壓器、儀用互感器(如

測(cè)量用電流互感器和電壓互感器\供特殊電源用的變壓器(如

整流變壓器、電爐變壓器、電焊變壓器、脈沖變壓器》

按照繞組數(shù)目分，主要有雙繞組變壓器、三繞組變壓器、多

繞組變壓器、自耦變壓器。

按照相數(shù)分，主要有單相變壓器、三相變壓器、多相變壓器。

按照冷卻方式分，主要有干式變壓器、充氣式變壓器、油浸

式變壓器(按照冷卻條件，又可細(xì)分為自冷、風(fēng)冷、水冷、強(qiáng)迫

教學(xué)環(huán)節(jié)教學(xué)過(guò)程及主要內(nèi)容備注

油循環(huán)風(fēng)冷、強(qiáng)迫油循環(huán)水冷變壓器X

按照調(diào)壓方式分，主要有無(wú)載調(diào)壓變壓器、有載調(diào)壓變壓器、

自動(dòng)調(diào)壓變壓器。容量大?。盒⌒妥儔浩鳌⒅行妥儔浩?、大型

變壓器和特大型變壓器。

四、變壓器的基本結(jié)構(gòu)

圖1.2為三相油浸式電力變壓器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖1.2三相油浸式電力變壓器

1—油箱2一鐵心及繞組3—儲(chǔ)油柜4一散熱筋5—高、低

壓繞組6—分接開(kāi)關(guān)7—?dú)怏w繼電器8—信號(hào)溫度計(jì)

三相油浸式電力變壓器主要由鐵心、繞組及其他部件組成?，F(xiàn)簡(jiǎn)

單敘述各部件的結(jié)構(gòu)、作用。

1.鐵心

鐵心作為變壓器的閉合磁路和固定繞組及其他部件的骨架。

為了減小磁阻、減小交變磁通在鐵心內(nèi)產(chǎn)生的磁滯損耗和渦流損

耗，變壓器的鐵心大多采用薄硅鋼片疊裝而成。變壓器的鐵心有

心式和殼式兩種基本形式。

教學(xué)環(huán)節(jié)教學(xué)過(guò)程及主要內(nèi)容備注

心式變壓器的鐵心由鐵心柱、鐵軌和夾緊器件組成，繞組套

在鐵心柱上，如圖3.3所示。心式變壓器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，繞組的裝

配工藝、絕緣工藝相對(duì)于殼式變壓器簡(jiǎn)單，國(guó)產(chǎn)三相油浸式電力

變壓器大多采用心式結(jié)構(gòu)。

殼式變壓器的鐵心包圍了繞組的四面，就像是繞組的外殼，如圖

3.4所示。殼式變壓器的機(jī)械強(qiáng)度相對(duì)較高，但制造工藝復(fù)雜，

所用材料較多，一般的電力變壓器很少采用。

--一

--三

--

三

三-

三

三

三

三

三

-

三

一

圖1.3三相心式變壓器

1一鐵心柱2—鐵軌3—高壓繞組4一低壓繞組

圖1.4單相殼式變壓器

1一鐵心柱2—鐵軌3—繞組

2.繞組

繞組是變壓器的電路部分原繞組吸取供電電源的

能量，副繞組向負(fù)載提供電能。變壓器的繞組由包有絕緣材料的

扁導(dǎo)線或圓導(dǎo)線繞成，有銅導(dǎo)線和鋁導(dǎo)線兩種。按照高、低壓繞

組之間的安排方式，變壓器的繞組有同心式和交疊式兩種基本形

式。

教學(xué)環(huán)節(jié)教學(xué)過(guò)程及主要內(nèi)容備注

3.其他部件

(1)油箱

變壓器的器身放置在灌有高絕緣強(qiáng)度、高燃點(diǎn)變壓器油的

油箱內(nèi)。

變壓器運(yùn)行時(shí)，鐵心和繞組都要發(fā)出熱量，使變壓器油發(fā)

熱。發(fā)熱的變壓器油在油箱內(nèi)發(fā)生對(duì)流，將熱量傳送至油箱壁及

其上的散熱器，再向周?chē)諝饣蚶鋮s水輻射，達(dá)到散熱的目的

從而使變壓器內(nèi)的溫度保持在合理的水平上。

(2)儲(chǔ)油柜(也稱為油枕)

儲(chǔ)油柜裝置在油箱上方，通過(guò)連通管與油箱連通，起到保

護(hù)變壓器油的作用。

變壓器油在較高溫度下長(zhǎng)期與空氣接觸容易吸收空氣中

的水分和雜質(zhì)，使變壓器油的絕緣強(qiáng)度和散熱能力相應(yīng)降低。裝

置儲(chǔ)油柜的目的是為了減小油面與空氣的接觸面積、降低與空氣

接觸的油面溫度并使儲(chǔ)油柜上部的空氣通過(guò)吸濕劑與外界空氣

交換，從而減慢變壓器油的受潮和老化的速度。

(3)氣體繼電器(也稱為瓦斯繼電器)

氣體繼電器裝置在油箱與儲(chǔ)油柜的連通管道中對(duì)變壓器

的短路、過(guò)載、漏油等故障起到保護(hù)的作用。

(4)安全氣道(也稱為防爆管)

安全氣道是裝置在較大容量變壓器油箱頂上的一個(gè)鋼質(zhì)長(zhǎng)

筒，下筒口與油箱連通，上筒口以玻璃板封口。

當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生嚴(yán)重故障又恰逢氣體繼電器失靈時(shí)，油

箱內(nèi)部的高壓氣體便會(huì)沿著安全氣道上沖，沖破玻璃板封口，以

避免油箱受力變形或爆炸。

(5)絕緣套管

絕緣套管是裝置在變壓器油箱蓋上面的絕緣套管，以確保

變壓器的引出線與油箱絕緣。

(6)分接開(kāi)關(guān)

教學(xué)環(huán)節(jié)教學(xué)過(guò)程及主要內(nèi)容備注

分接開(kāi)關(guān)裝置在變壓器油箱蓋上面通過(guò)調(diào)節(jié)分接開(kāi)關(guān)來(lái)

改變?cè)@組的匝數(shù)，從而使副繞組的輸出電壓可以調(diào)節(jié)，以避免

副繞組的輸出電壓因負(fù)載變化而過(guò)分偏離額定值。

分接開(kāi)關(guān)有無(wú)載分接開(kāi)關(guān)和有載分接開(kāi)關(guān)兩種。一般的分

接開(kāi)關(guān)有三個(gè)擋位，+5%當(dāng)、。擋和-5喏當(dāng)。若要副繞組的輸出電

壓降低，則將分接開(kāi)關(guān)調(diào)至原繞組匝數(shù)多的一擋，即+5嘮當(dāng)；若

要副繞組的輸出電壓升高，則將分接開(kāi)關(guān)調(diào)至原繞組匝數(shù)少的一

擋,即-5哨。

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第3次課授課時(shí)間：2010年月日教案完成時(shí)間：2010年月日

《電機(jī)與變

課程名稱年級(jí)專(zhuān)業(yè)、層次中職

壓器》

教員何云學(xué)時(shí)2

授課題目§1-3變壓器的空載運(yùn)行及負(fù)載運(yùn)行

基本教材或《電機(jī)與變壓器》中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)保障出版社、全國(guó)中等職業(yè)技術(shù)學(xué)校、

參考書(shū)電工類(lèi)專(zhuān)業(yè)通用教材

教學(xué)目的與

通過(guò)教學(xué)使學(xué)生掌握變壓器的基本結(jié)構(gòu)、變壓器的空載運(yùn)行及負(fù)載運(yùn)行

要求

變壓器的基本結(jié)構(gòu)、變壓器的空載運(yùn)行及負(fù)載運(yùn)行

教學(xué)重點(diǎn)與

變壓器的空載運(yùn)行及負(fù)載運(yùn)行

難點(diǎn)

技能及知識(shí)變壓器的結(jié)構(gòu)、變壓器空載運(yùn)行及負(fù)載運(yùn)行時(shí)的方程式、相量圖、等效

點(diǎn)電路等

教學(xué)方法理論講解

作業(yè)和課后

記

教學(xué)附頁(yè)

教學(xué)環(huán)節(jié)備注

一、、變壓器的空載運(yùn)行

什么是空載運(yùn)行：

(-)空載運(yùn)行時(shí)的物理情況

原繞組接交流電源時(shí)有電流通過(guò)，稱空載電流g交變的/0

流過(guò)原繞組，產(chǎn)生磁動(dòng)勢(shì),產(chǎn)生通過(guò)繞組中心的交變的磁

通，此磁通由/。單獨(dú)激勵(lì)，所以也稱為勵(lì)磁電流或激磁電流。

圖1.5單相變壓器空載運(yùn)行原理圖

主磁通：絕大部分的磁通經(jīng)由鐵心閉合，稱為主磁通，用

表7F。

作用：主磁通與原、副繞組同時(shí)交鏈而傳遞能量。在原、副繞組

中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)q,e2O漏磁通：很少一部分磁通經(jīng)由原繞組

周?chē)目諝饣蜃儔浩饔烷]合，它不是傳遞能量的載體將漏磁通

用欠。表示。漏磁通在原繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為。

(二)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)

1.各電、磁量正方向的規(guī)定

有利于討論各電、磁量的量值關(guān)系和相位關(guān)系。

原邊：視變壓器原邊為電源的負(fù)載，原邊電流的正方與電源電壓

的正方向一致。

教學(xué)環(huán)節(jié)備注

副邊：將副邊視為負(fù)載的電源，副邊電流的正方向由副邊電勢(shì)的

正方向確定副邊電壓的正方向依據(jù)副邊電流流過(guò)負(fù)載的壓降方

向確定。

磁通：正方向與電流的正方向符合右手螺旋定則。

感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)：正方向與磁通的正方向符合右手螺旋定則，實(shí)際方

向由楞次定律確定。各電、磁量正方向見(jiàn)圖1.5。

2.感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)

交流電壓產(chǎn)生交流磁通，有0=也“sinof

d(<Z>,sin<y/)...

q=-N]-----=-N[CO(Pcoscot

=M(2兀力0“sin(M—90°)=E??sin(加—90。)

=啦居sin(M—90。)

原繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)有效值的數(shù)值為

&二N'Q昔停"=4?輯四中,“

且凡在相位上以90°滯后于用相量表示，有

Ex=-j4.44fN血

同理，E2.在相位上也以90°滯后于。ng用相量表示，有

E2=-j4MfN20m

變壓器的原繞組有漏磁通鏈過(guò)，漏磁通也是按正弦規(guī)律變化

的，同理有

及。=TN、①鼻/血=TN\LjI血

=-jx/o

由于漏磁路主要由非磁性介質(zhì)構(gòu)成，可近似地看成線性磁路，其

磁阻也可近似地看成常數(shù)，則漏電感L1G和漏電抗x1也可近似

教學(xué)環(huán)節(jié)備注

地看成常數(shù)，因此，漏感電勢(shì)可以看成是漏電抗上的壓降。

3.電壓平衡關(guān)系

據(jù)基爾霍夫電壓定律，得到原、副邊的電壓平衡方程式

M=-E-=-艮+M4）+，。八

=-E,+/o（i;+jxl）=-El+/ozt

U20=E2

由于漏磁路磁阻很大，漏磁通很小，因此反映漏磁通的漏電感和

漏電抗很小，4Z也很小，有。產(chǎn)-E=-j4.44/N色

由此看出，主磁通的大小主要決定與電源電壓的大小，只要

電源電壓不變，主磁通維持不變，這是一個(gè)很重要的結(jié)論，對(duì)變

壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)仍然成立。

（三）空載電流和空載損耗

空載運(yùn)行時(shí)，只有原繞組流過(guò)空載電流，所以勵(lì)磁電流也就是空

載電流。由于鐵心采用高磁化能力、低渦流損耗和磁滯損耗的硅

鋼片疊壓而成，空載電流是很小的，只占原邊額定電流的4/

10%,甚至更低。

空載運(yùn)行時(shí)，交變的磁通一方面在鐵心中產(chǎn)生渦流，另一方面使

鐵磁材料中的磁疇隨磁場(chǎng)方向的交變而運(yùn)動(dòng)，其后果都會(huì)使鐵心

發(fā)熱，將變壓器原邊吸收電源能量的一部分消耗掉。分別稱為渦

流損耗和磁滯損耗，合稱為鐵損耗。

（四）等效電路

用電路形式反映其電磁關(guān)系稱之為等效電路。

漏感電勢(shì)可以看成是漏電抗上的壓降，即J。，再與空

載電流在原繞組電阻上的壓降&i合并為一項(xiàng)，即漏阻抗壓降

/Ozlo原繞組通過(guò)空載電流，在鐵心中產(chǎn)生主磁通、產(chǎn)生鐵損耗

才會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E，實(shí)際上E反映了主磁通和鐵損耗的大

小，也可以仿照漏阻抗壓降的處理方式，認(rèn)為

教學(xué)環(huán)節(jié)備注

-E=/oZ,"=/o（〃+兒）

在"和門(mén)不變時(shí)，⑦m恒定，可將2襦見(jiàn)為常數(shù)。得

〃=/。（〃+居）+/。儲(chǔ)+鞏）

=/oZ”+/oZ]=7o（Z?,+Z.）

由此得到空載運(yùn)行時(shí)的等效電路。并進(jìn)行空載運(yùn)行時(shí)的定量分

析。

o-----------1----1-------\AA~

A）

O

圖1.6單相變壓器空載運(yùn)行等效電路

教學(xué)環(huán)節(jié)備注

《電機(jī)與變壓器》教案首頁(yè)

第4次課授課時(shí)間：2010年月日教案完成時(shí)間：210年月日

《電機(jī)與變

課程名稱年級(jí)專(zhuān)業(yè)、層次中職

壓器》

教員何云學(xué)時(shí)2

授課題目§1-3變壓器的空載運(yùn)行及負(fù)載運(yùn)行

基本教材或《電機(jī)與變壓器》中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)保障出版社、全國(guó)中等職業(yè)技術(shù)學(xué)校、

參考書(shū)電工類(lèi)專(zhuān)業(yè)通用教材

教學(xué)目的與

通過(guò)教學(xué)使學(xué)生掌握變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)的各種關(guān)系

要求

教學(xué)重點(diǎn)與變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)的物理情況、電壓平衡關(guān)系、等效電路等

難點(diǎn)變壓器繞組的折算

技能及知識(shí)

變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)的物理情況、等效電路、變壓器繞組的折算等

點(diǎn)

教學(xué)方法理論講解

作業(yè)和課后

記

教學(xué)附頁(yè)

教學(xué)環(huán)節(jié)教學(xué)過(guò)程及主要內(nèi)容備注

教學(xué)環(huán)節(jié)教學(xué)過(guò)程及主要內(nèi)容備注

二、變壓器的負(fù)載運(yùn)行

（-）負(fù)載運(yùn)行時(shí)的物理情況

負(fù)載運(yùn)行時(shí)，副繞組中有電流流過(guò)，變壓器便可以同時(shí)與原、副

繞組相交鏈的主磁通為媒介，將原繞組從電源吸收的電能傳送到

副繞組，向負(fù)載供電。負(fù)載運(yùn)行時(shí)，副繞組中有電流，2流過(guò)，

副繞組中產(chǎn)生相應(yīng)的磁動(dòng)勢(shì)八乂，與原繞組中產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)

/附共同作用，產(chǎn)生鐵心中的主磁通。

圖1.7單相變壓器負(fù)載運(yùn)行原理圖

（二）負(fù)載運(yùn)行時(shí)的基本方程式

1.磁動(dòng)勢(shì)平衡方程式

鐵心中的磁動(dòng)勢(shì)由原邊磁動(dòng)勢(shì)，乂和副邊磁動(dòng)勢(shì)AM合成，為

人"心由于電壓不變，主磁通不變，即磁動(dòng)勢(shì)仍然為/。乂。

有

[M+LMJON、

/,7V,=ZoM+（—：2生）

由此看出，負(fù)載運(yùn)行時(shí)的原邊磁動(dòng)勢(shì)匕乂有兩部分作用：一是產(chǎn)

生鐵心中的勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì),以產(chǎn)生主磁通?“；二是產(chǎn)生一個(gè)

（-）,ffi

與副邊磁動(dòng)勢(shì)八刈大小相等、方向相反的磁動(dòng)勢(shì)i2N2

消副邊磁動(dòng)勢(shì)的作用，以維持鐵心中的主磁通不變。該式稱為磁

教學(xué)環(huán)節(jié)教學(xué)過(guò)程及主要內(nèi)容備注

動(dòng)勢(shì)平衡方程式。將磁動(dòng)勢(shì)平衡方程式改變?yōu)?,=i°+（-些：2）

負(fù)載運(yùn)行時(shí)的原邊電流匕大于變壓器空載運(yùn)行時(shí)的原邊電流

匕的，它由反映主磁通大小的勵(lì)磁電流分量和反映負(fù)載大小

的負(fù)載電流分量（-絲人）組成。當(dāng)負(fù)載增加時(shí)，/,增加，副

邊磁動(dòng)勢(shì)LN,增加，原邊電流的負(fù)載電流分量（-）也相

應(yīng)增加，可見(jiàn)，雖然變壓器的原、副邊沒(méi)有直接的電路聯(lián)系，但

負(fù)載電流的變化也會(huì)使原邊電流相應(yīng)地改變。

2.電壓平衡方程式

副邊電路流過(guò)電流A，產(chǎn)生副邊磁動(dòng)勢(shì)AM。副邊磁動(dòng)勢(shì)一方

面與原邊磁動(dòng)勢(shì)1乂共同作用產(chǎn)生鐵心中的主磁通另一方面還

產(chǎn)生僅與副繞組交鏈的漏磁通。漏磁通在副繞組中感應(yīng)出漏

感電動(dòng)勢(shì)及，，耳。也可以以副邊漏電抗馬上的壓降形式來(lái)表

*

不，有京2o~一jX212

據(jù)原、副邊電路，列出變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)的電壓平衡方程式

????

，=-E1+/1&+jxj=-Ei+11Z]

??

-El=Io（rm+Jxin）^IoZm

????

U2=E2-12（r?+jx2）—E2—12Z2

U2^h（rL+jxL）^hZL

綜上所述，可以列出變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)的基本方程式組如下

〃=-Ei+7iZ,

-E=ioz,.

教學(xué)環(huán)節(jié)教學(xué)過(guò)程及主要內(nèi)容備注

U2=E2-hZ2

??

￡1=kE2

U2=hZL

??1?

/i=/o+(——h)

k

(三)等效電路

利用上面得出的變壓器基本方程式組便可以對(duì)變壓器進(jìn)行定

量計(jì)算了。但因原、副繞組的匝數(shù)不等，原、副邊只有磁耦合關(guān)

系而無(wú)直接的電聯(lián)系，實(shí)際求解起來(lái)是相當(dāng)困難的。我們可以構(gòu)

造一個(gè)能正確反映變壓器的電、磁關(guān)系和功率關(guān)系的純電路--

等效電路，以便找到一種簡(jiǎn)便實(shí)用的計(jì)算方法。

1.折算

所謂折算，就是假設(shè)使原、副繞組的匝數(shù)相同，以簡(jiǎn)化變壓器的

定量計(jì)算過(guò)程，但要保證變壓器折算前后的電、磁關(guān)系和功率關(guān)

系不變?，F(xiàn)以將副繞組折算成原繞組為例，確定副邊各物理量的

折算值。副邊各物理量的折算值用原有符號(hào)加表示。

(1)副邊電動(dòng)勢(shì)的折算值

折算的目的就是使折算后的副繞組匝數(shù)等于原繞組的匝數(shù)，即

M=M,有星=也=1

E$

(2)副邊電流的折算值

為保證折算前后副邊磁動(dòng)勢(shì)的作用不變,有鵬=

兀=與2=叼2="

2N；2NI2k2

(3)副邊阻抗的折算值

為保證折算前、后的銅損耗不變，有《《=1龍,也=在

22

為保證折算前、后的無(wú)功功率不變，有1芯，x2=kx

則1=左24同理有

教學(xué)環(huán)節(jié)教學(xué)過(guò)程及主要內(nèi)容備注

(4)副邊電壓的折算值

為保證折算前、后的視在功率不變，有以《二心。，

折算后，變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)的基本方程式組可簡(jiǎn)化為如下的方程

式組

rr

Ui=-El+iizl,-E]=Zozm,l)2=￡2-1^2,U2=i2zL，星=E

/]+=70

2.等效電路

在將變壓器副繞組的匝數(shù)折算為與原繞組的匝數(shù)相等后，原、副

繞組中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E和居是相等的。若將分別作用于原、副

邊電路的E，居看成是E(或用)同時(shí)作用于原、副邊電路，

便得到形狀像"T"字的等效電路，如圖1.8所示。

變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)的T型等效電路是與實(shí)際變壓器的電、磁關(guān)系

和功率關(guān)系是完全等效的。但此T形等效電路屬于混聯(lián)電路，要

對(duì)其進(jìn)行復(fù)數(shù)運(yùn)算是比較麻煩的。在工程上，可根據(jù)要分析、計(jì)

算的具體問(wèn)題，對(duì)T型等效電路做進(jìn)一步的簡(jiǎn)化，得到如圖1.9

所示的簡(jiǎn)化等效電路。

圖1.9中，&=八+4叫短路電阻，xs-xt叫短路電抗，

z,=/；+j無(wú)，叫短路阻抗，小心Z,可由變壓器的短路試驗(yàn)得

____A—

1―IlA)一^

認(rèn)&T"玄|3

出。*--------------------------------------

圖1.8單相變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)的T型等效電路

教學(xué)環(huán)節(jié)教學(xué)過(guò)程及主要內(nèi)容備注

圖1.9單相變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)的簡(jiǎn)化等效電路

例3.3.1已知一臺(tái)單相變壓器的數(shù)據(jù)為：S,v=4.6kVA,

U,N/U2N=380V/115V,r,=0.15Q,r2=0.024Q，x=0.27Q

x2=0.053Q,其負(fù)載阻抗為：Zi=4+j3QO當(dāng)外加電壓為額定值

時(shí)，用簡(jiǎn)化等效電路計(jì)算原、副邊電流及副邊電壓。

解變比%=%絲=國(guó)=3.30

U*H5

原邊電流/,=-%=——;;U\N——._-

-（外+弓+〃）+心|+々+為）

38ONO。_______________________

(0.15+3.302x0.024+3.302x4)+j(0.27+3.302x0.053+3.302x3)

菽黑*而=5^既/=6-2%

副邊電流人=比=-3.3*6.87/-37.32。=-22.67/-37.32。人

副邊電壓⑦=小2=-22.67/-37.32詠(4+j3)

=-113.35Z-0.45°V

《電機(jī)與變壓器》教案首頁(yè)

第5次課授課時(shí)間：2010年月日教案完成時(shí)間：2010年月日

《電機(jī)與變

課程名稱年級(jí)專(zhuān)業(yè)、層次中職

壓器》

教員何云學(xué)時(shí)2

§1-4變壓器的阻抗變換

授課題目

§1-5變壓器的外特性

基本教材或《電機(jī)與變壓器》中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)保障出版社、全國(guó)中等職業(yè)技術(shù)學(xué)校、

參考書(shū)電工類(lèi)專(zhuān)業(yè)通用教材

教學(xué)目的與

通過(guò)教學(xué)使學(xué)生掌握變壓器阻抗變換的應(yīng)用、變壓器的外特性

要求

教學(xué)重點(diǎn)與變壓器阻抗變換的應(yīng)用、變壓器的外特性

難點(diǎn)變壓器的外特性

技能及知識(shí)

阻抗變換的公式及應(yīng)用、變壓器外特性

點(diǎn)

教學(xué)方法理論講解

作業(yè)和課后

記

教學(xué)附頁(yè)

教學(xué)環(huán)節(jié)教學(xué)過(guò)程及主要內(nèi)容備注

一、變壓器的外特性

運(yùn)行特性：1.外特性

2.效率特性

作用：反映變壓器帶負(fù)載運(yùn)行時(shí)的性能。

（一）外特性與電壓變化率

當(dāng)電源電壓及負(fù)載功率因數(shù)一定時(shí)，反映副邊端電壓隨副邊電

流變化而變化的曲線〃=/（/2）,稱為變壓器的外特性。

外特性直觀反映了變壓器輸出電壓隨負(fù)載電流變化的趨勢(shì)。

圖1.12變壓器的外特性

電容性負(fù)載：，隨心的增大而增大（容性負(fù)載減小了無(wú)功電流分

量）；電阻和電感性負(fù)載：，隨心的增大而減小。變化程度用電

壓變化率來(lái)表示。

定義：△?%=’20—”2100%=U?N―力100%

UINUaN

一般情況下，在cos%=0.8（感性）左右時(shí)，額定負(fù)載的電壓變

化率約為4%r5.5%

（二）變壓器的損耗與效率

損耗：銅損、鐵損，每一種又包括基本損耗和附加損耗。

基本銅損：原、副繞組中的直流電阻損耗。

附加銅損：漏磁通在原、副繞組中產(chǎn)生集膚效應(yīng)、使其電阻增大

而增加的銅損通常很小。銅損的大小與負(fù)載電流的平方成正比

教學(xué)環(huán)節(jié)教學(xué)過(guò)程及主要內(nèi)容備注

是可變損耗。

基本鐵損：鐵心中的磁滯和渦流損耗。

附加鐵損主磁通在變壓器的結(jié)構(gòu)件及鐵心的某些局部引起的渦

流損耗。

基本鐵損是鐵損耗的主要部分。鐵損為不變損耗。

效