电工基础教案11章.doc

课题
11 — 1变压器的构造
11 — 2变压器的工作原理

课型
新课
授课班级

授课时数
3

教学目标
1．掌握变压器的构造和工作原理。
2．熟练掌握变压器变换电压、电流和阻抗的规律。

教学重点
1．变压器的工作原理。
2．变换电压、电流和阻抗的规律。

教学难点
阻抗变换规律及其应用。

学情分析
学生在实验中已接触过变压器。

教学效果

教后记

课前复习
1．电流产生的磁场。
2．右手螺旋定则。
3．楞次定律。

新课
第一节变压器的构造
一、构造

1．铁心
（1）磁路的通道。
（2）用彼此绝缘的硅钢片叠成，目的是增加电阻，减小涡流和磁滞损耗。
（3）结构形式：心式和壳式。
2．绕组
一次绕组（原绕组）：和电源相连的线圈。
二次绕组（副绕组）：与负载相连的线圈。
3．其他附件
绝缘层——冷却设备——铁壳或铝壳（电磁屏蔽作用）
二、用途和种类
1．符号

2．用途
改变交流电压，改变交流电流，改变阻抗，改变相位。
3．种类
电力变压器（输配电）：整流变压器；
调压变压器：输入、输出变压器。
第二节变压器的工作原理
演示变压器有载（灯座）的工作情况。
一、工作原理
电磁感应原理。
通过演示启发学生详细叙述变压器能量传递的过程。
二、变换交流电压
1．推导
因
E1 = N1
E2 = N2
所以
=
2．因
U1 » E1，U2 » E2
结论
» = K
即一次、二次绕组两端电压与绕组匝数成正比，K称为变压比。
3．讨论
K > 1，即N1 > N2 ，U1 > U2 降压
K < 1，即N1 < N2 ，U1 < U2 升压
三、变换交流电流
1．推导
由
P1 = I1 U1 cos j1，P2 = I2 U2 cos j2，P1 = P2
cos j1 » cos j2
得

I1 U1 » I2 U2
2．结论
» =
即一次、二次绕组中电流与绕组匝数成反比。
3．提问
为什么高压边线圈匝数多而导线细，低压边则相反？
四、变换交流阻抗
1．推导
由
=，=
得
= ()2 = K2
2．结论
在二次侧接上负载阻抗时，就相当于使电源直接接上一个阻值为K2的阻抗。
例1：[例1]
3．变换阻抗的应用
使负载阻抗与信号源内阻抗匹配，从而使负载获得最大的输出功率，这在电子技术上应用很广泛。
例2：[例2]
五、变压器的外特性和电压变化率
1．外特性
（1）当变压器的一次电压和负载功率因数都一定时，二次电压随二次电流变化的关系称为变压器的外特性。
（2）外特性曲线

2．电压变化率
它指空载时二次电压U2N和有载时二次电压U2之差与U2N的百分比，即
DU = ´ 100 %
电压变化率是变压器的主要性能指标之一，数值越小表示变压器性能越好，一般在5 %左右。

练习
习题（《电工基础》第2版周绍敏主编）
1．是非题（1）～（6）。
2．选择题（1）～（4）。

小结
1．变压器的结构和工作原理。
2．要求学生熟记变压器应用的三个公式，并强调公式的适用条件，应用时要特别注意。

布置作业
习题（《电工基础》第2版周绍敏主编）
4．问答与计算题（1）～（3）。

课题
11 — 3变压器的功率和效率

课型
新课
授课班级

授课时数
1

教学目标
掌握变压器功率和效率的计算。

教学重点
功率和效率的计算。

教学难点
一次电流的计算。

学情分析

教学效果

教后记

新课
课前复习
变压器的作用
1．变换交流电压。
2．变换交流电流。
3．变换阻抗。
强调三公式的适用条件。
那么如果考虑损耗情况将会怎样呢？
第三节变压器的功率和效率
一、功率
1．一次输入功率
P1 = U1I1 cos j1

2．二次输出功率
P2 = U2 I2 cos j1
3．损耗功率
P¢ = P1 - P2 = PFe + PCu
电流越大，铜损PCu越大；频率越高，铁损PFe越大。
二、掌握几个规律
1．二次输出电压的大小随一次输入电压的变化而变化（即U2的大小由U1决定）；
2．一次电流随二次电流的变化而变化（即I1由I2决定）；
3．一次输入功率随二次输出功率的变化而变化（即P1的大小由P2决定）。
三、效率
效率是指输出功率与输入功率的百分比，即
h = ´ 100 %
例1：本节例题
通过例题总结出解题规律：U2→P2→P1→I1。

练习

小结
1．变压器一次输入功率、二次输出功率的计算。
2．变压器效率的概念以及它的计算公式。

布置作业
习题（《电工基础》第2版周绍敏主编）
3．填充题（1）～（4）；4．问答与计算题（4）。

课题
11 — 4常用变压器
11 — 5变压器的额定值和检测

课型
新课
授课班级

授课时数
2

教学目标
1．了解常用变压器的结构、特点和用途。
2．了解变压器的额定值及检测方法。

教学重点
常用变压器的结构、特点和用途。

教学难点

学情分析

教学效果

教后记

新课
课前复习
变压器应用的三个公式，公式的适用条件。
第四节常用变压器
一、耦合变压器（调压变压器）
1．结构特点
变压器一次、二次绕组有一部分是共用的。

2．作用
连续改变输出电压。
3．分析
» = K，U2 = U1
即：改变N2即可改变U2。
4．优缺点
与同容量变压器相比重量轻、体积小，用铜量少、效率高。
» = ；I1 » I2
所以
Icb = I2 - I1 = I2 - I2 = I2（1 - ）
Icb < I2
用铜量减少，但高低压绕组存在着电气上的联系，所以它不能作为安全变压器。
二、多绕组变压器
1．结构特点
一次或二次都可能有多个绕组。
2．作用
可同时输出几个不同的电压。
3．分析
≈，≈
P1 =
I1 =
三、互感器
1．电压互感器
（1）结构特点N1 >> N2

（2）作用
测量高电压。
（3）分析
»= K >> 1；U1 = KU2
（4）注意点
二次绕组不能短路（配套一只电压表），二次绕组和铁心要可靠接地。
2．电流互感器
（1）结构特点N1 << N2

N1 < N2
（2）作用：测量大电流。
（3）分析
» =，K << 1
所以
I1 »I2
（4）注意点
二次绕组不能开路（配套一只电流表）；二次绕组和铁心要可靠接地。
（5）介绍钳形电流表结构、使用。
四、三相变压器
三相变压器实际上就是三个相同的单相变压器的组合。
1．结构特点
每个铁心柱上绕着同一相的一次和二次绕组。
2．作用
改变三相交流电的电压。
3．根据三相电源和负载情况，一次、二次绕组既可接成星形，又可接成三角形。
第五节变压器的额定值和检验
一、额定值
变压器额定运行的条件叫变压器的额定值。
1．额定容量：指二次侧的最大视在功率。
2．额定一次、二次电压：额定一次电压是指接到一次绕组电压的规定值；额定二次电压是指变压器空载时，一次加上额定电压，二次侧两端的电压值。
3．额定电流：指规定的满载电流值。
二、检验
1．区分各绕组
根据直流电阻值区分。方法：线细、匝数多，电阻大的是高压绕组；线粗、匝数少，电阻小的是低压绕组。
2．绝缘检查
使用兆欧表测量各绕组之间、各绕组到地（铁心）之间的绝缘电阻值。
3．各绕组的电压和变压比
电压低是绕组匝数少了，电压高是绕组匝数多了。
4．磁化电流Im
一次侧加上额定电压，二次侧开路时的一次电流称为磁化电流。Im一般为一次额定电流的3% ~ 4 %。磁化电流太大，变压器不能使用，表明一次绕组匝数绕少了（即电感量不够）或铁心结合处距离太大或铁心的磁导率太小。

练习

小结
填表

自耦
变压器
多绕组
变压器
电压
互感器
电流
互感器
三相
变压器
结构特点

作用

注意点

计算公式

布置作业
习题（《电工基础》第2版周绍敏主编）
4．问答与计算题（5）、（6）。

车辐中等专业学校 刘贤忠
2-181

课题
11 — 6三相异步电动机

课型
新课
授课班级

授课时数
4

教学目标
1．掌握三相异步电动机的构造、工作原理，并熟悉它的铭牌数据的意义。
2．掌握三相异步电动机极数与转速的计算。

教学重点
1．三相异步电动机的工作原理。
2．三相异步电动机极数与转速的计算。

教学难点
旋转磁场的产生。

学情分析
学生已掌握磁场的知识。

教学效果

教后记

新课
课前复习
1．电磁感应现象。
2．右手定则、左手定则。
第六节三相异步电动机
电动机是利用电磁感应原理，把电能转换为机械能，输出机械转矩的原动机。
电动机可分为：交流电动机和直流电动机。交流电动机分为：单相电动机和三相电动机，三相电动机分为：同步和异步。
一、结构
1．定子
机座：保护和散热作用。
铁心：是电动机的磁路部分。由彼此绝缘的硅钢片叠成目的是减小铁损（涡流和磁滞损耗）。
绕组：是电动机的电路部分。三组，空间位置彼此相差120°。
2．转子
转轴：输出机械转矩。
铁心：由彼此绝缘的硅钢片叠成。
绕组：绕线式、笼型
二、旋转磁场的产生
1．讲解

2．结论：当空间彼此相差120°的三个相同的线圈通入对称三相交流电时，就能够产生与电流有相同角速度的旋转磁场（即在一个周期内电流的相位角变化了360°，其合成磁场的方向在空间也旋转了360°）。
3．旋转磁场的旋转方向与三相电源的相序一致。要使旋转磁场反转，只要改变电源的相序，即只要把接到三相绕组始端上的任意两根电源线对调，就可以实现旋转磁场的反转。
4．直流电 —— 恒定磁场
单相交流电 —— 脉动磁场
三相交流电 —— 旋转磁场
三、工作原理
1．原理
定子绕组通入对称的三相交流电，产生旋转磁场；转子导体与旋转磁场之间有相对运动，就切割旋转磁场的磁感线，所以在闭合的转子导体中就产生感应电流；转子导体中感应电流一产生就受到旋转磁场的力矩作用，使电动机转动。
2．电动机的转动方向与旋转磁场的转动方向是相同的。
3．电动机的转速n总是小于旋转磁场的转速n0。
这是三相异步电动机工作的必要条件。若n = n0无相对运动，无感应电流，不转动。
四、电动机的转速
1．旋转磁场的转速
（1）磁极对数p，它的大小由每个绕组中串联的线圈个数决定。若每相绕组只有一个线圈，绕组的始端之间相差120°，则p = 1；若每相绕组有两个线圈串联，绕组的始端之间相差60°，则p = 2；依次类推。
（2）n0 =
若f = 50 Hz
P = 1，n0 =3000 r / min
P = 2，n0 = 1500 r / min
2．电动机的转速
（1）转差率
s = ´ 100 %
（2）电动机的转速n = n0 ( 1 - s )。
五、铭牌
1．型号
2．电压：指额定运行时定子绕组应加的线电压数值。
3．电流：指额定运行时定子绕组的线电流值。
4．转速：S在1% ~ 9 %之间，能正常工作。
5．功率和效率
（1）功率指额定运行时输出功率P2。
输入功率
P1 = Ul Il cos j
（2）效率
h = ´ 100 %
6．功率因数指满载时的值。
7．接法指定子绕组的接法。
8．绝缘等级指额定运行时机内温度最高点处所容许的极限温度值。
9．工作方式：连续、短时、断续。

练习
习题（《电工基础》第2版周绍敏主编）
1．是非题（7）~（10）。

小结
1．三相异步电动机的组成，各部分起的作用。
2．三相异步电动机的工作原理
3．三相异步电动机的转差率；旋转磁场的转速、电动机转速的计算。
4．动机的额定功率、额定电压、额定电流。

布置作业

习题（《电工基础》第2版周绍敏主编）
4．问答与计算题（7）～（9）。

课题
11 — 7三相异步电动机的控制

课型
新课
授课班级

授课时数
2

教学目标
了解三相异步电动机的起动、反转、调速和制动的基本原理与基本方法。

教学重点
三相异步电动机的起动、反转的基本原理与基本方法。

教学难点
制动的基本原理与基本方法。

学情分析

教学效果

教后记

新课
课前复习
在相同的线电压下，Y形联结时的线电流和Δ形联结时的线电流的关系。
第七节三相异步电动机的控制
一、起动
电动机的起动有全压起动和降压起动两种。
1．直接起动（全压起动）
加在电动机定子绕组的起动电压是电动机的额定电压，这样的起动叫全压起动。
（1）特点：转子电流很大，定子电流也很大。
（2）适用于小型电动机。
（3）缺点：起动电流大，是额定工作电流的5～7倍，使电动机本身的使用寿命降低，同时，还影响同一电网上邻近电气设备的正常工作。
2．降压起动
减小起动电流，避免直接起动时的缺点。
（1）串电阻降压起动——在电动机起动时将电阻串联在定子绕组与电源之间的起动方法。

（2）星形 — 三角形换接起动 —— 电动机在起动时把定子绕组连成星形，等到转速接近额定值时再换成三角形的起动方法。起动电流仅为直接起动时的，只适用于正常运行时定子绕组为三角形连接的电动机。

例1：已知：IN = 15A，IS / IN = 6（IS为直接起动的起动电流），求：采用Y - D 起动时，起动电流为多大？
（3）自耦降压起动

二、调速
n = n0 ( 1 - s ) = ( 1– s )
1．变频调速
2．变转差率调速：只适用于绕线式转子电动机
方法：在转子电路中接入一个调速电阻，通过改变电阻的大小来改变转速。
3．变极调速

三、反转
只要将三根相线中任意两根对调即可。

四、制动
1．机械制动
2．电气制动
（1）反接制动：在电动机停车时，将接到电源的三根导线中的任意两根对调位置，使旋转磁场反向旋转，而转子由于惯性仍在原方向转动。这时的转矩方向与电动机的转动方向相反，因而起制动的作用。当转速接近零时，利用某种控制电器将电源自动切断，否则，电动机将会反转。
缺点：反接后旋转磁场与电动机的相对运动转速（ n + n0 ）很大，因而电流较大。
（2）能耗制动：在切断三相电源的同时通入直流电，该直流电的恒定磁场与转动的转子相互作用产生的转矩与电动机转子惯性运动的方向相反，从而使电动机停下来。

练习

小结
1．全压起动、降压起动的概念。
2．降压起动的方法。
3．Y—Δ降压起动的原理。
4．改变三相异步电动机的旋转速度的方法；使三相异步电动机反转的方法。
5．三相异步电动机制动的方法。

布置作业
习题（《电工基础》第2版周绍敏主编）
2．选择题（5）～（10）。

课题
11 — 8单相异步电动机

课型
新课
授课班级

授课时数
2

教学目标
了解单相异步电动机的构造、工作原理和用途。

教学重点
单相异步电动机的构造、工作原理。

教学难点
起动原理和方法。

学情分析
学生会用相量图分析RLC串联电路。

教学效果

教后记

新课
课前复习
1．电流的磁场。
2．右手定则、左手定则。

第八节单相异步电动机
单相异步电动机：用单相交流电源供电的电动机。
构造：由定子和笼型转子组成。
一、工作原理
1．由于单相交流电产生的是脉动磁场，而脉动磁场可认为由两个大小相等、转速相同、但转向相反的旋转磁场所合成。当转子静止时，两个旋转磁场在转子上产生的两个转矩大小相等、方向相反，合转矩为零。所以，转子不能自行起动。
2．单相异步电动机转动的关键是产生一个起动转矩。
二、单相电容式异步电动机
1．与工作绕组并联一个起动绕组，而且起动绕组中串联一个适当容量的电容，使起动绕组中的电流相位超前工作绕组中电流的相位90º，而且二绕组在空间的位置也相差90º，从而产生旋转磁场使电动机起动。
2．结合如下两图分析旋转磁场的产生。

3．单相异步电动机的转向与旋转磁场的旋转方向相同，转速低于旋转磁场的转速。改变定子绕组接线的方法可改变电动机的转动方向。

练习

小结
1．单相异步电动机不能自行起动的原因。
2．单相电容式异步电动机的工作原理。

布置作业
习题（《电工基础》第2版周绍敏主编）
3．填充题（5）～（10）。