電機(jī)及電力拖動(dòng)教案之變壓器
| 授課題目 | 項(xiàng)目三 變 壓 器 | ||||||
| 授課方式 | 多媒體教學(xué) | 課型 | 新授 | 課時(shí) | 8 | ||
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教 學(xué) 目 標(biāo) |
知識(shí)目標(biāo) |
1．掌握變壓器的工作原理和銘牌數(shù)據(jù)的含義，了解變壓器的分類和結(jié)構(gòu) 2．了解變壓器空載運(yùn)行和負(fù)載運(yùn)行的物理情況 3．掌握變壓器空載運(yùn)行和負(fù)載運(yùn)行時(shí)的基本方程式、等效電路 4．掌握變壓器的運(yùn)行特性 5．了解三相變壓器并聯(lián)運(yùn)行的原因，掌握三相變壓器并聯(lián)運(yùn)行的條件 6．了解自耦變壓器、儀用互感器、電焊變壓器的結(jié)構(gòu)、工作原理 |
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| 技能目標(biāo) |
1．掌握進(jìn)行空載試驗(yàn)和負(fù)載試驗(yàn)的方法 2．能夠計(jì)算變壓器的參數(shù) 3．能夠折算繞組得到變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)的等效電路 |
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| 教學(xué)重點(diǎn) | 變壓器的結(jié)構(gòu)、“T”形等效電路、變壓器的外特性 | ||||||
| 教學(xué)難點(diǎn) | 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、負(fù)載運(yùn)行時(shí)的電磁關(guān)系、自耦變壓器 | ||||||
| 教學(xué)方法 | 行動(dòng)導(dǎo)向教學(xué)法 | ||||||
| 教學(xué)內(nèi)容 |
1．了解變壓器的基本知識(shí) 2．了解變壓器的空載運(yùn)行 3．了解變壓器的負(fù)載運(yùn)行 4．掌握變壓器參數(shù)的測(cè)定方法 5．掌握變壓器的運(yùn)行特性 6．認(rèn)識(shí)三相變壓器 7．認(rèn)識(shí)其他用途變壓器 |
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| 教學(xué)過程 | 任務(wù)一 | ||||||
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1．相關(guān)知識(shí) 1）變壓器的工作原理 2）變壓器的分類 3）變壓器的結(jié)構(gòu) （1）鐵芯 （2）繞組 繞組是變壓器的電路部分。它由漆包線或絕緣的扁銅線繞制而成，有同心式和交疊式兩種。同心式繞組是將高、低壓繞組套在同一鐵芯柱的內(nèi)外兩層，如圖3-7所示。交疊式繞組的高、低壓繞組是沿軸向交疊放置的，如圖3-8所示。   圖3-7 同心式繞組 圖3-8 交疊式繞組 （3）其他部件 4）變壓器的銘牌數(shù)據(jù) （1）變壓器的型號(hào) （2）變壓器的額定數(shù)據(jù) （3）變壓器的其他數(shù)據(jù) |
帶領(lǐng)學(xué)生學(xué)習(xí) 新知識(shí) |
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2．任務(wù)實(shí)施 老師提供可打開的變壓器實(shí)物，并組織學(xué)生共同完成以下任務(wù)。 1）將全班學(xué)生進(jìn)行分組，并選出小組長。 2）每組分別對(duì)照實(shí)物指出變壓器的各個(gè)部件，并做簡(jiǎn)要描述（如各部件的功能或作用原理）。 3）每組分別對(duì)照實(shí)物分析變壓器的工作原理。 4）討論結(jié)束后，小組長總結(jié)發(fā)言。 |
鞏固所學(xué)知識(shí)，提升學(xué)生實(shí)踐技能 | ||||||
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3．任務(wù)測(cè)試 學(xué)生利用所學(xué)知識(shí)，回答以下問題。 1）變壓器的類型有哪些？ 2）儲(chǔ)油柜、氣體繼電器和安全氣道各有什么作用？ |
進(jìn)一步 鞏固所學(xué)知識(shí) |
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| 任務(wù)二 | |||||||
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1．相關(guān)知識(shí) 1）空載運(yùn)行時(shí)的物理情況 2）空載運(yùn)行時(shí)的電磁關(guān)系 （1）各電、磁量正方向的規(guī)定 （2）感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) （3）電壓平衡關(guān)系 按圖3-12所示的各物理量的正方向，根據(jù)電路的基爾霍夫電壓定律，容易得出一、二次繞組的電壓平衡方程式如下。  （3-12） （3-13）式中：r1——一次繞組的電阻； Z1——一次繞組的漏阻抗；  ——二次繞組開路時(shí)的開路電壓有效值向量。由于漏磁路主要由非磁性介質(zhì)構(gòu)成，其磁阻很大，漏磁通很小，因此反映漏磁通的漏電感和漏電抗很小，I0Z1也很小，有：  （3-14）由此看出，主磁通的大小主要決定于電源的大小，只要電源電壓不變，可以認(rèn)為主磁通維持不變，這是一個(gè)很重要的結(jié)論，在變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)仍然成立。 3）空載電流和空載損耗 4）空載運(yùn)行時(shí)的等效電路 |
帶領(lǐng)學(xué)生學(xué)習(xí) 新知識(shí) |
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2．任務(wù)實(shí)施 老師組織一場(chǎng)分組討論。 1）將學(xué)生分組，并選出小組長。 2）每組同學(xué)自由模擬空載運(yùn)行過程。 3）模擬過程中，請(qǐng)小組長總結(jié)。 4）討論結(jié)束后，由老師提問，小組組長發(fā)言。 |
鞏固所學(xué)知識(shí)， | ||||||
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3．任務(wù)測(cè)試 學(xué)生利用所學(xué)知識(shí)，完成以下任務(wù)。 1）寫出空載運(yùn)行時(shí)的物理情況。 2）描述變壓器空載運(yùn)行時(shí)，各電、磁量的正方向是如何規(guī)定的。 |
進(jìn)一步 鞏固所學(xué)知識(shí) |
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| 任務(wù)三 | |||||||
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1．相關(guān)知識(shí) 1）負(fù)載運(yùn)行時(shí)的物理情況 2）負(fù)載運(yùn)行時(shí)的電磁關(guān)系 （1）磁動(dòng)勢(shì)平衡方程式 空載時(shí)的主磁通  由空載磁動(dòng)勢(shì) 建立，負(fù)載時(shí)主磁通 則由 建立。因?yàn)閺目蛰d到負(fù)載，電源電壓不變，所以主磁通不變，因此建立主磁通的磁動(dòng)勢(shì)相等，即： （3-18）這一關(guān)系式稱為磁動(dòng)勢(shì)平衡方程式。 式（3-18）兩邊同除以N1并移相，得：  （3-19）由式（3-19）可知，當(dāng)負(fù)載電流增大時(shí)，  增大，一次繞組的電流 也隨之增大�？梢姡m然變壓器的一、二次繞組之間沒有直接的電路聯(lián)系，但負(fù)載電流的變化也會(huì)使原邊電流相應(yīng)地發(fā)生改變。（2）電壓平衡方程式 3）負(fù)載運(yùn)行時(shí)的等效電路 （1）繞組的折 （2）“T”形等效電路 經(jīng)過折算繞組，可得變壓器的部分等效電路，如圖3-16（a）所示。其中一、二次側(cè)之間的耦合作用，由主磁通在繞組中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)  ， 反映出來，經(jīng)過折算繞組后， ，構(gòu)成了相應(yīng)的一、二次側(cè)部分的等效電路。又根據(jù) 和 的關(guān)系式，可將一、二次繞組的等效電路和勵(lì)磁支路連接起來，構(gòu)成圖3-16（b）所示的等效電路。由于它的6個(gè)參數(shù)分布如“T”形，所以稱為“T”形等效電路。 （a）部分等效電路  （b）“T”形等效電路 圖3-16 變壓器的“T”形等效電路的形成過程 （3）近似和簡(jiǎn)化等效電路 |
帶領(lǐng)學(xué)生學(xué)習(xí) 新知識(shí) |
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2．任務(wù)實(shí)施 老師組織學(xué)生用近似和簡(jiǎn)化等效電路完成一、二次側(cè)電流及二次側(cè)電壓的計(jì)算。 已知一臺(tái)單相變壓器的數(shù)據(jù)為：  ， ， ， ， ， ， ， 。一次側(cè)加上額定頻率的額定電壓，并保持不變，二次側(cè)接負(fù)載阻抗 。 |
鞏固所學(xué)知識(shí)， | ||||||
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3．任務(wù)測(cè)試 學(xué)生利用所學(xué)知識(shí)，完成以下任務(wù)。 1）描述負(fù)載運(yùn)行時(shí)的物理情況。 2）解釋這一原因：變壓器一、二次繞組沒有直接的電路連接，可是，當(dāng)負(fù)載運(yùn)行時(shí)，二次側(cè)電流增大或減小的同時(shí)，一次側(cè)電流也隨之增大或減小。 |
進(jìn)一步 鞏固所學(xué)知識(shí) |
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| 任務(wù)四 | |||||||
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1．相關(guān)知識(shí) 1）空載試驗(yàn) 2）短路試驗(yàn) 3）標(biāo)幺值 |
帶領(lǐng)學(xué)生學(xué)習(xí) 新知識(shí) |
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2．任務(wù)實(shí)施 老師給出如圖3-22、圖3-23所示空載試驗(yàn)和短路試驗(yàn)的線路圖，請(qǐng)同學(xué)們分組討論該試驗(yàn)的操作方法。  圖3-22 變壓器的空載試驗(yàn)線路圖  圖3-23 變壓器的短路試驗(yàn)線路圖 |
鞏固所學(xué)知識(shí)，提升學(xué)生實(shí)踐技能 | ||||||
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3．任務(wù)測(cè)試 學(xué)生利用所學(xué)知識(shí)，回答以下問題。 1）空載試驗(yàn)和短路試驗(yàn)的目的是什么？ 2）變壓器的空載試驗(yàn)一般在哪側(cè)進(jìn)行？短路試驗(yàn)一般在哪側(cè)進(jìn)行？ 3）標(biāo)幺值是如何定義的？ |
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| 任務(wù)五 | |||||||
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1．相關(guān)知識(shí) 1）變壓器的外特性和電壓變化率 （1）變壓器的外特性 （2）變壓器的電壓變化率 2）變壓器的損耗和效率 （1）變壓器的損耗 （2）變壓器的效率 |
帶領(lǐng)學(xué)生學(xué)習(xí) 新知識(shí) |
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2．任務(wù)實(shí)施 老師組織一場(chǎng)作圖比賽。 1）將學(xué)生分組，并選出小組長。 2）每組學(xué)生在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，畫出變壓器的外特性曲線和效率特性曲線，并做簡(jiǎn)要文字說明（組內(nèi)同學(xué)可分工合作）。 3）作圖結(jié)束后，由老師提問，小組組長發(fā)言。 |
鞏固所學(xué)知識(shí)，提升學(xué)生實(shí)踐技能 | ||||||
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3．任務(wù)測(cè)試 學(xué)生利用所學(xué)知識(shí)，回答以下問題。 1）變壓器的電壓變化率是如何定義的？它與哪些因素有關(guān)？ 2）變壓器的效率與哪些因素有關(guān)？ 3）變壓器運(yùn)行中有哪些基本損耗？它們與哪些因素有關(guān)？ |
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| 任務(wù)六 | |||||||
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1．相關(guān)知識(shí) 1）三相變壓器的磁路結(jié)構(gòu) （1）三相組式變壓器的磁路結(jié)構(gòu) （2）三相心式變壓器的磁路結(jié)構(gòu) 2）單相變壓器的極性 3）三相變壓器繞組的聯(lián)結(jié)及聯(lián)結(jié)組 （1）星形聯(lián)結(jié) （2）三角形聯(lián)結(jié) （3）Yy聯(lián)結(jié)組 （4）Yd聯(lián)結(jié)組 4）三相變壓器的并聯(lián)運(yùn)行 （1）三相變壓器并聯(lián)運(yùn)行的原因 （2）三相變壓器并聯(lián)運(yùn)行的條件 |
帶領(lǐng)學(xué)生學(xué)習(xí) 新知識(shí) |
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2．任務(wù)實(shí)施 老師組織開展一場(chǎng)關(guān)于“三相變壓器為什么要并聯(lián)運(yùn)行？并聯(lián)運(yùn)行時(shí)需要滿足什么條件？”的討論，帶領(lǐng)學(xué)生共同完成以下任務(wù)。 1）將學(xué)生分組，并選出小組長。 2）每組同學(xué)自由討論。 3）討論過程中，請(qǐng)小組長總結(jié)。 4）討論結(jié)束后，由老師提問，小組組長發(fā)言，每小組回答并聯(lián)運(yùn)行的原因或并聯(lián)運(yùn)行的一個(gè)條件。 |
鞏固所學(xué)知識(shí)， | ||||||
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3．任務(wù)測(cè)試 學(xué)生利用所學(xué)知識(shí)，回答以下問題。 1）三相心式變壓器與三相組式變壓器相比，有什么優(yōu)點(diǎn)？ 2）怎樣判斷變壓器的極性？ 3）什么是時(shí)鐘表示法？ |
進(jìn)一步 鞏固所學(xué)知識(shí) |
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| 任務(wù)七 | |||||||
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1．相關(guān)知識(shí) 1）自耦變壓器 （1）電壓關(guān)系 與單相變壓器相同，忽略漏阻抗壓降的影響，有：  （3-49） 式中：Ka——自耦變壓器的變壓比。 可見，在外加電壓U1一定時(shí)，通過移動(dòng)二次繞組的移動(dòng)觸頭，使二次繞組的匝數(shù)N2改變，便可改變自耦變壓器的變壓比Ka，達(dá)到調(diào)節(jié)二次繞組電壓U2的目的。 （2）電流關(guān)系 （3）功率關(guān)系 自耦變壓器的視在功率S為：  （3-55）上式說明，自耦變壓器提供給負(fù)載的視在功率為U2I2由兩部分組成：一部分來自一次繞組吸收電源的功率U2I1，通過電路直接向負(fù)載傳送，稱為傳遞功率；另一部分是通過電磁感應(yīng)產(chǎn)生并向負(fù)載傳送的功率U2I，稱為電磁功率。這一功率關(guān)系是自耦變壓器所特有的，所以相同容量的自耦變壓器比雙繞組變壓器消耗材料更少。 （4）自耦變壓器的優(yōu)缺點(diǎn) （5）自耦變壓器的應(yīng)用場(chǎng)合 2）儀用互感器 （1）電流互感器 （2）電壓互感器 3）電焊變壓器 |
帶領(lǐng)學(xué)生學(xué)習(xí) 新知識(shí) |
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2．任務(wù)實(shí)施 老師組織開展一場(chǎng)關(guān)于“常用其他用途變壓器有哪些？”的討論，帶領(lǐng)學(xué)生共同完成以下任務(wù)。 1）將學(xué)生分組，并選出小組長。 2）每組同學(xué)自由討論。 3）討論過程中，請(qǐng)小組長總結(jié)。 4）討論結(jié)束后，由老師提問，小組組長發(fā)言。 |
鞏固所學(xué)知識(shí)， | ||||||
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3．任務(wù)測(cè)試 學(xué)生利用所學(xué)知識(shí)，回答以下問題。 1）自耦變壓器有哪些優(yōu)缺點(diǎn)？ 2）使用電壓互感器時(shí)必須注意哪些事項(xiàng)？ 3）為了保證電焊的質(zhì)量和電弧燃燒的穩(wěn)定性，對(duì)電焊變壓器有哪些要求？ |
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| 課堂總結(jié) | |||||||
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