电机与变压器教案

绪论一、教学目标1、了解电机在电能产生、传输、转换中的作用2、了解电机的发展概况3、明确本课程的任务和要求二、教学重点与难点1、电机在电能产生、传输、转换中的作用2、明确本课程的任务和要求三、教学时间：1学时四、教学过程及主要内容一、电机在电能产生、传输、转换中的作用一）电能是怎样产生的？一般情况下，水能、热能、核能等其他自然能源水水轮机、气轮机等原动机转动，再由原动机带动三相同步发电机转动产生三相电能。

二）变压器在电能的传输中有什么作用？1、减少输电线电阻2、提高输电电压三）电动机在电能的使用上有什么优点？二、电机发展概况三、本课程的任务和要求一）任务1、掌握变压器、异步电动机、直流电动机的结构、原理、主要特性、使用和维护知识；2、了解同步电动机和特种电动机；二）要求1、学习要理论联系实际2、注重对电机故障的分析、判断和检修能力的培养3、为生产实习课与解决实际技术问题奠定理论和技能基础第一单元变压器的分类、结构和原理课题一变压器的分类和用途一、教学目标1、学生掌握变压器的定义2、学生了解变压器的用途和分类二、教学重点与难点变压器的用途和分类三、教学时间：1学时四、教学过程及主要内容一、变压器的主要用途变压器是一种通过电磁感应作用将一定数值的电压、电流、阻抗的交流电转换成同频率的另一数值的电压、电流、阻抗的交流电的静止电器。

在电力系统中，专门用于升高电压和降低电压的变压器统称为电力变压器。

变压器是利用电磁感应原理制成的静止电气设备。

它能将某一电压值的交流电变换成同频率的所需电压值的交流电，以满足高压输电、低压供电及其他用途的需要。

二、变压器的分类变压器可以按照用途、绕组数目、相数、冷却方式、调压方式分类。

1、按照用途分，主要有电力变压器、调压变压器、仪用互感器（如测量用电流互感器和电压互感器）、供特殊电源用的变压器（如整流变压器、电炉变压器、电焊变压器、脉冲变压器）。

2、按照绕组数目分，主要有双绕组变压器、三绕组变压器、多绕组变压器、自耦变压器。

3、按照相数分，主要有单相变压器、三相变压器、多相变压器。

4、按照冷却方式分，主要有干式变压器、充气式变压器、油浸式变压器（按照冷却条件，又可细分为自冷、风冷、水冷、强迫油循环风冷、强迫油循环水冷变压器）。

5、按照调压方式分，主要有无载调压变压器、有载调压变压器、自动调压变压器。

容量大小：小型变压器、中型变压器、大型变压器和特大型变压器。

五、作业变压器的分类方式有很多，按用途可以分为哪几种？课题二变压器的结构与冷却方式一、教学目标1、学生掌握变压器的基本结构2、学生了解变压器的冷却方式3、熟悉变压器的主要附件二、教学重点与难点1、变压器的基本结构2、变压器的主要附件三、教学时间4学时四、教学过程及主要内容一、变压器的结构图1-1为三相油浸式电力变压器的结构示意图。

图1-1 三相油浸式电力变压器1—油箱 2—铁心及绕组 3—储油柜 4—散热筋 5—高、低压绕组 6—分接开关 7—气体继电器 8—信号温度计三相油浸式电力变压器主要由铁心、绕组及其他部件组成。

1．铁心铁心作为变压器的闭合磁路和固定绕组及其他部件的骨架。

为了减小磁阻、减小交变磁通在铁心内产生的磁滞损耗和涡流损耗，变压器的铁心大多采用薄硅钢片叠装而成。

变压器的铁心有心式和壳式两种基本形式。

心式变压器的铁心由铁心柱、铁轭和夹紧器件组成，绕组套在铁心柱上。

2．绕组绕组是变压器的电路部分，原绕组吸取供电电源的能量，副绕组向负载提供电能。

变压器的绕组由包有绝缘材料的扁导线或圆导线绕成，有铜导线和铝导线两种。

按照高、低压绕组之间的安排方式，变压器的绕组有同心式和交叠式两种基本形式。

二、变压器的冷却方式1、三相油浸自冷式2、三相油浸风冷式3、三相强迫油循环风冷式4、三相强迫油循环水冷式三、变压器的主要附件1）油箱变压器的器身放置在灌有高绝缘强度、高燃点变压器油的油箱内。

变压器运行时，铁心和绕组都要发出热量，使变压器油发热。

发热的变压器油在油箱内发生对流，将热量传送至油箱壁及其上的散热器，再向周围空气或冷却水辐射，达到散热的目的，从而使变压器内的温度保持在合理的水平上。

（2）储油柜（也称为油枕）储油柜装置在油箱上方，通过连通管与油箱连通，起到保护变压器油的作用。

变压器油在较高温度下长期与空气接触容易吸收空气中的水分和杂质，使变压器油的绝缘强度和散热能力相应降低。

装置储油柜的目的是为了减小油面与空气的接触面积、降低与空气接触的油面温度并使储油柜上部的空气通过吸湿剂与外界空气交换，从而减慢变压器油的受潮和老化的速度。

（3）气体继电器（也称为瓦斯继电器）气体继电器装置在油箱与储油柜的连通管道中，对变压器的短路、过载、漏油等故障起到保护的作用。

（4）安全气道（也称为防爆管）安全气道是装置在较大容量变压器油箱顶上的一个钢质长筒，下筒口与油箱连通，上筒口以玻璃板封口。

当变压器内部发生严重故障又恰逢气体继电器失灵时，油箱内部的高压气体便会沿着安全气道上冲，冲破玻璃板封口，以避免油箱受力变形或爆炸。

（5）绝缘套管绝缘套管是装置在变压器油箱盖上面的绝缘套管，以确保变压器的引出线与油箱绝缘。

（6）分接开关分接开关装置在变压器油箱盖上面，通过调节分接开关来改变原绕组的匝数，从而使副绕组的输出电压可以调节，以避免副绕组的输出电压因负载变化而过分偏离额定值。

分接开关有无载分接开关和有载分接开关两种。

一般的分接开关有三个挡位，+5%挡、0挡和-5%挡。

若要副绕组的输出电压降低，则将分接开关调至原绕组匝数多的一挡，即+5%挡；若要副绕组的输出电压升高，则将分接开关调至原绕组匝数少的一挡，即-5%挡。

五、作业1、变压器的主要结构是怎样的？各部分有什么功能？2、变压器铁心是主磁通的通道，为什么铁心常用导磁材料---硅钢片叠装而成？3、试简述三相油浸自冷式变压器的冷却方式。

课题三 变压器的原理一、教学目标1、熟悉变压器的空载运行2、掌握变压器的负载运行 二、教学重点与难点1、理想变压器空载运行状态下各物理量的关系2、实际变压器空载运行状态下各物理量的关系 三、教学时间 6学时 四、教学过程及主要内容一、变压器的空载运行什么是空载运行：变压器一次绕组加额定电压，二次绕组开路的工作状态。

（一） 空载运行时的物理情况原绕组接交流电源时有电流通过，称空载电流。

。

交变的0I 流过原绕组，产生磁动势10N I •，产生通过绕组中心的交变的磁通，此磁通由•0I 单独激励，所以也称为励磁电流或激磁电流。

•0I图1.5 单相变压器空载运行原理图主磁通：绝大部分的磁通经由铁心闭合，称为主磁通，用m Φ表示。

作用：主磁通与原、副绕组同时交链而传递能量。

在原、副绕组中产生感应电动势1e ,2e 。

漏磁通：很少一部分磁通经由原绕组周围的空气或变压器油闭合，它不是传递能量的载体，称漏磁通。

（二） 感应电动势1．各电、磁量正方向的规定有利于讨论各电、磁量的量值关系和相位关系。

原边：视变压器原边为电源的负载，原边电流的正方向与电源电压的正方向一致。

副边：将副边视为负载的电源，副边电流的正方向由副边电势的正方向确定，副边电压的正方向依据副边电流流过负载的压降方向确定。

磁通：正方向与电流的正方向符合右手螺旋定则。

感应电动势：正方向与磁通的正方向符合右手螺旋定则，实际方向由楞次定律确定。

2．感应电动势交流电压产生交流磁通，有t m ωΦΦsin = 则tN e d d 11Φ-= 且1E 在相位上以90°滞后于m Φ E 2在相位上也以90°滞后于Φ m变压器的原绕组有漏磁通链过，漏磁通也是按正弦规律变化的，由于漏磁路主要由非磁性介质构成，可近似地看成线性磁路，其磁阻也可近似地看成常数，则漏电感L1σ和漏电抗x1也可近似地看成常数，因此，漏感电势可以看成是漏电抗上的压降。

3．电压平衡关系据基尔霍夫电压定律，得到原、副边的电压平衡方程式1001110111j r I I x E r I E E U ++-=+--=σ 1011101)j (z I E x r I E +-=++-= 220E U = 由于漏磁路磁阻很大，漏磁通很小，因此反映漏磁通的漏电感和漏电抗很小，I 0Z 1也很小，有m N f E U Φ 11144.4j -=-≈由此看出，主磁通的大小主要决定与电源电压的大小，只要电源电压不变，主磁通维持不变，这是一个很重要的结论，对变压器负载运行时仍然成立。

（三）空载电流和空载损耗空载运行时，只有原绕组流过空载电流，所以励磁电流也就是空载电流。

由于铁心采用高磁化能力、低涡流损耗和磁滞损耗的硅钢片叠压而成，空载电流是很小的，只占原边额定电流的4%～10%，甚至更低。

空载运行时，交变的磁通一方面在铁心中产生涡流，另一方面使铁磁材料中的磁畴随磁场方向的交变而运动，其后果都会使铁心发热，将变压器原边吸收电源能量的一部分消耗掉。

分别称为涡流损耗和磁滞损耗，合称为铁损耗。

一、 变压器的负载运行 （一）负载运行时的物理情况负载运行时，副绕组中有电流流过，变压器便可以同时与原、副绕组相交链的主磁通为媒介，将原绕组从电源吸收的电能传送到副绕组，向负载供电。

负载运行时，副绕组中有电流2I 流过，副绕组中产生相应的磁动势22N I ，与原绕组中产生的磁动势 11N I 共同作用，产生铁心中的主磁通。

（二） 负载运行时的基本方程式 1．磁动势平衡方程式铁心中的磁动势由原边磁动势11N I 和副边磁动势22N I 合成，为2211N I N I •+ 。

由于电压不变，主磁通不变，即磁动势仍然为10N I 。

有 102211N I N I N I ••=+)(221011N I N I N I ••-+= 由此看出，负载运行时的原边磁动势11N I 有两部分作用：一是产生铁心中的励磁磁动势10N I ，以产生主磁通m Φ ；二是产生一个与副边磁动势22N I 大小相等、方向相反的磁动势（－22N I ），抵消副边磁动势的作用，以维持铁心中的主磁通不变。

该式称为磁动势平衡方程式。

将磁动势平衡方程式改变为)(21201••-+=I N N I I 负载运行时的原边电 流1I 大于变压器空载运行时的原边电流 0I 的，它由反映主磁通大小的励磁电流分量0I 和反映负载大小的负载电流分量（－212•I N N）组成。

当负载增加时，2I 增加，副边磁动势22N I 增加，原边电流的负载电流分量（－212•I N N ）也相应增加，可见，虽然变压器的原、副边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改变。

2．电压平衡方程式副边电路流过电流2I ，产生副边磁动势22N I 。

副边磁动势一方面与原边磁动势11N I 共同作用产生铁心中的主磁通，另一方面还产生仅与副绕组交链的漏磁通σΦ2 。