《电机与变压器》教案设计

《电机与变压器》第四版教材教案XX市XX学校XX教研室使用班级 XX级X班 XXX教室绪论一电机在电能产生、传输、转换中的作用电能在产生、传输、使用上拥有诸多的优势，这个过程中，电机起了关键性的作用。

电动机的作用是将电能转换为机械能。

现代各种生产机械都广泛应用电动机来驱动。

二、电能的产生发电机：其他形式的能转化为电能⑴火力发电：燃料的化学能→水和水蒸气的能→发电机转子的机械能→电能⑵水力发电：水的机械能→水轮机的机械能→发电机转子的机械能→电能⑶核能发电：核能→水和蒸汽的能→发电机转子的机械能→电能三、变压器在电能的传输中的作用1.减小输电线电阻的方法来提高电能的传输效率，有色金属消耗大，安全系数低。

2.提高输电电压，有色金属消耗小，输电成本较低，安全系数高，故广泛使用。

四、电动机在电能的使用上的优点三相异步电动机具有高效、节能、性能好、振动小、噪音低、寿命长、可靠性高、维护方便、启动转矩大等优点。

五、电机发展概况蒸汽机启动了18世纪第一次产业革命以后,19世纪末到20世纪上半叶电机又引发了第二次产业革命,使人类进入了电气化时代。

20世纪下半叶的信息技术引发了第三次产业革命。

发展趋势：高密度、高效率、轻量化、低成本、宽调速。

第一单元变压器的分类、结构和原理教学目的与要求：熟悉变压器的分类、结构、用途。

掌握变压器工作原理，理解变压器空载试验和短路试验的目的、方法。

教学重点：变压器结构、原理、阻抗变换、外特性、损耗与效率。

教学难点：变压器原理分析、电压方程式、效率分析。

教学容与步骤：课题一变压器的分类和用途变压器是一种能够改变交流电压的设备。

除了用于改变电压之外，变压器还用于变换交流电流、变换阻抗以及相位等。

变压器的种类很多，分类方法也很多。

电压在35kv及以下，容量在5～500kVA称为小型变压器，630～6300kVA称为中型变压器。

2.大型变压器。

电压在110kV及以下，容量为8000～63000kVA的变压器。

3.特大型变压器。

电压在220kV及以上，容量为3150kVA及以上的变压器。

按用途可以把变压器分为1.电力变压器：( 1)升压变压器（2）降压变压器（3）配电变压器（4）联络变压器。

（5）厂用或所用变压器。

2.仪用变压器。

诸如电流互感器、电压互感器，作为测量和保护装置。

3.电炉变压器。

特点是输出电压低，限制短路状态下的工作电流。

4.试验变压器。

特点是输出电压很高，可以高达100万伏，而电流很小，用于电气设备和绝缘材料的工频耐压试验。

5.整流变压器。

一次侧输入交流，二次侧输出直流。

用于需要直流电源的情况。

6.调压变压器。

有自耦式调压变压器、感应式调压变压器和移圈式调压变压器等。

7.矿用变压器（防爆变压器）。

8.其他变压器。

按相数可以把变压器分为 1.单相变压器。

用于单相负载或三相变压器组。

2.三相变压器。

用于三相负载。

课题二变压器的结构与冷却方式一、变压器的结构变压器油箱分接开关绝缘套管测温装置气体继电器（瓦斯继电器）1、变压器绕组（线圈）：绕组是变压器的电路部分，用绝缘铜线或铝线绕制而成。

绕组的作用是电流的载体，产生磁通和感应电动势。

高压绕组：工作电压高的绕组；低压绕组：工作电压低的绕组。

绕组有同心式和交叠式。

同心式绕组：高低压绕组在同一芯柱上同芯排列，低压绕组在里，高压绕组在外，便于与铁芯绝缘，结构较简单。

交叠式绕组：高低压绕组分成若干部分形似饼状的线圈，沿芯柱高度交错套装在芯柱上。

2、变压器铁心：1）变压器铁心材料铁心是变压器磁路的主体，变压器铁心分为铁心柱和铁轭，铁心柱上套装绕组，铁轭的作用是使磁路闭合。

为减少铁心的磁滞损耗和涡流损耗，提高铁心导磁能力，铁心采用含硅量约为5%，厚度为0.35mm或0.5mm，两面涂绝缘漆或氧化处理的硅钢片叠装而成。

2）变压器铁心结构变压器铁心分为心式结构和壳式结构。

（1）心式变压器：心式变压器的原、副绕组套装在铁心的两个铁心柱上，如下图所示。

结构简单，电力变压器均采用心式结构。

（2）壳式变压器：壳式变压器的铁心包围绕组的上下和侧面。

制造复杂，小型干式变压器多采用。

二、变压器的冷却方式变压器的ONAN 冷却方式为部油自然对流冷却方式，即通常所说的油浸自冷式。

变压器的冷却方式是由冷却介质和循环方式决定的; 由于油浸变压器还分为油箱部冷却方式和油箱外部冷却方式，因此油浸变压器的冷却方式是由四个字母代号表示的。

第一个字母：与绕组接触的冷却介质。

O--------矿物油或燃点大于 300℃的绝缘液体; K--------燃点大于 300℃的绝缘液体;L--------燃点不可测出的绝缘液体;第二个字母：部冷却介质的循环方式。

N--------流经冷却设备和绕组部的油流是自然的热对流循环;F--------冷却设备中的油流是强迫循环，流经绕组部的油流是热对流循环; D--------冷却设备中的油流是强迫循环.第三个字母：外部冷却介质。

A--------空气; W--------水;第四个字母：外部冷却介质的循环方式。

N--------自然对流; F--------强迫循环.1、油浸自冷式就是以油的自然对流作用将热量带到油箱壁和散热管，然后依靠空气的对流传导将热量散发，它没有特制的冷却设备。

2、油浸风冷式是在油浸自冷式的基础上，在油箱壁或散热管上加装风扇，利用吹风机帮助冷却。

加装风冷后可使变压器的容量增加30%～35%。

3、强迫油循环冷却方式，又分强油风冷和强油水冷两种。

它是把变压器中的油，利用油泵打入油冷却器后再复回油箱。

油冷却器做成容易散热的特殊形状，利用风扇吹风或循环水作冷却介质，把热量带走。

这种方式若把油的循环速度比自然对流时提高3倍，则变压器可增加容量30%。

三、变压器的主要附件1.气体继电器（瓦斯继电器）：装在变压器的油箱和储油柜间的管道中，主要保护装置。

部有一个带有水银开关的浮筒和一块能带动水银开关的挡板。

当变压器发生故障，产生的气体聚集在气体继电器上部，油面下降，浮筒下沉，接通水银开关而发出信号；当变压器发生严重故障，油流冲破挡板，挡板偏转时带动一套机构使另一水银开关接通，发出信号并跳闸。

2. 分接开关：在电力系统，为了使变压器的输出电压控制在允许变化的围，变压器的原边绕组匝数要求在一定围调节，因而原绕组一般备有抽头，称为分接头。

利用开关与不同接头连接，可改变原绕组的匝数，达到调节电压的目的。

分接开关分为有载调压分接开关和无载调压分接开关。

3. 绝缘套管：装在变压器的油箱盖上作用是把线圈引线端头从油箱中引出，并使引线与油箱绝缘。

电压低于1KV采用瓷质绝缘套管，电压在10-35KV采用充气或充油套管，电压高于110KV采用电容式套管。

4.安全气道（防爆管）：装在油箱顶盖上，保护设备，防止出现故障时损坏油箱。

当变压器发生故障而产生大量气体时，油箱的压强增大，气体和油将冲破防爆膜向外喷出，避免油箱爆裂。

5. 测温装置：监测变压器的油面温度。

小型的油浸式变压器用水银温度计，较大的变压器用压力式温度计。

课题三变压器的原理变压器空载运行指变压器一次绕组接额定频率、额定电压的交流电源，二次绕组开路的运行状态。

一、变压器的空载运行1.理想变压器的空载运行空载电流还建立空载磁动势产生交变的磁通; 铁心磁导率远大于空气磁导率，绝大部分磁通沿铁心闭合，同时交链一、二次绕组，称为主磁通Φ。

另外有很少一部分磁通只交链一次绕组，主要沿非铁磁材料闭合，称为一次绕组的漏磁通空载运行时，一次绕组所接电源为额定频率、额定电压的正弦交流电，根据电磁感应定律，一次绕组的感应电动势为变压器的基本原理是电磁感应原理，现以单相双绕组变压器为例说明其基本工作原理:当一次侧绕组上加上电压Ú1时，流过电流Í1，在铁芯中就产生交变磁通Ø1，这些磁通称为主磁通，在它作用下，两侧绕组分别感应电势É1，É2，感应电势式E=4.44fNØm式中：E--感应电势有效值 f--频率 N--匝数Øm--主磁通最大值.不计一次、二次绕组的电阻和铁耗，其间耦合系数 K=1 的变压器称之为理想变压器描述理想变压器的电动势平衡方程式为 e1(t) = -N1 d φ/dt e2(t) = -N2 d φ/dt 若一次、二次绕组的电压、电动势的瞬时值均按正弦规律变化，则有不计铁心损失，根据能量守恒原理可得由此得出一次、二次绕组电压和电流有效值的关系 K=N1/N2，称为匝比（亦称电压比）。

2.实际变压器的空载运行空载运行时，空载电流i0产生励磁磁势F0，F0建立主磁通Φ，而交变磁通在原绕组感应电势e1，单独产生磁通的电流为磁化电流i0w，i0w与电势E1之间的夹角是90°，故i0w是一个纯粹的无功电流。

铁心中的磁通不变，一定存在损耗，为了供给损耗，励磁电流中除了用来产生磁通的无功电流外，还应包括一个有功电流i0r，即im=i0w+i0r，其向量关系如图。

-E1=imRm+jimXm=imZm，Xm是主磁通Φ引起的电抗，为励磁电抗。

二、变压器的负载运行1.磁动势平衡方程I1*N1=I2*N2 安匝相等，电流与匝数的乘积就是磁动势。

推论：I1/I2=N2/N1 电流比等于匝数反比。

2.电压方程式3.阻抗变换Z1=U1/I1 Z2=U2/I2 UI/U2=N1/N2=K(变比)Z1= K*K*Z2例题1-1：收音机输出变压器N1=230匝；N2=80匝，原配阻抗8欧姆扬声器，现改为4欧姆，问N2改为多少？Z1= K*K*Z2=(230/80)* (230/80)*8=66.13ohm K1=66.13/4开平方=4.07N2=230/4.07=57匝。

4.变压器的外特性变压器空载运行时，若一次绕组电压U1不变，则二次绕组电压U2也是不变的。

变压器加上负载之后，随着负载电流I2的增加，I2在二次绕组部的阻抗压降也会增加，使二次绕组输出的电压U2随之发生变化。

另一方面，由于一次绕组电流I1随U2增加，因此I2增加时，使一次绕组漏阻抗上的压降也增加，一次绕组电动势E1和二次绕组电动势E2也会有所下降，这也会影响二次绕组的输出电压U2。

变压器的外特性是用来描述输出电压U2随负载电流I2的变化而变化的情况。

5.电压调整率一般情况下，变压器的负载大多数是感性负载，因而当负载增加时，输出电压U2总是下降的，其下降的程度常用电压变化率来描述。

当变压器从空载到额定负载（I2=I2N）运行时，二次绕组输出电压的变化值ΔU与空载电压U2N之比的百分值就称为变压器的电压变化率，用ΔU％来表示。

ΔU％=(U2n-U2)/ U2n*100%=ΔU/ U2n*100%电压变化率反映了供电电压的稳定性，是变压器的一个重要性能指标。