电机拖动与电气控制 第2版 教案全套 葛芸萍 第1--7章 变压器 ---典型机床电气控制.docx

电机拖动与电气控制课程教案

章节名称

第1章变压器

1.1变压器的结构和工作原理

授课时数

2

授课形式

教学目标

1.知识目标:

*掌握变压器的基本结构组成（铁心、绕组、绝缘材料等）及其功能。

*理解变压器的工作原理，包括电磁感应定律、变比关系及能量传递过程。

*熟悉变压器的空载与负载运行特性。

2.能力目标:

*能够分析变压器参数（变比、效率、电压调整率）对性能的影响。

*具备初步设计小型变压器的能力（如计算绕组匝数、选择铁心材料）。

3.素质目标:

*培养学生严谨认真的学习态度和科学探究精神。

*提高学生分析问题和解决问题的能力。

*增强学生的实践意识和团队合作精神。

教学重点

难点

1.教学重点:

*结构解析：铁心的叠片设计（减少涡流损耗）、高低压绕组的布置形式（同心式或交叠式）。

*工作原理：法拉第电磁感应定律的应用，变比公式的推导与验证。

*运行特性：空载时的励磁电流特性、负载时的电压调整与效率计算

2.教学难点:

*磁场分布分析：主磁通与漏磁通对变压器性能的影响。

*损耗与效率：铁损（涡流损耗、磁滞损耗）与铜损的区分。

教学内容

1生活场景引入：发现变压器的存在

提问互动：

“大家有没有注意到手机充电器上的‘输入220V，输出5V’字样？它是如何将高压电变成低压电的？”

“为什么远距离输电需要将电压升高到几十万伏特？高压电直接送到家里会怎样？”

目的：

通过日常生活中的实例（如充电器、电力塔），引发学生对“电压变换”的兴趣，并思考背后的物理原理

2：变压器的基本结构

核心组件

铁心：硅钢片叠压结构的作用（减少涡流）、形状分类（芯式、壳式）。

绕组：高压绕组与低压绕组的匝数差异、绝缘材料的选择（如环氧树脂、Nomex纸）。

附属部件：油箱（散热）、套管（引出线绝缘）、分接开关（调压功能）。

结构设计原则

磁路闭合性：确保主磁通高效传递能量。

散热与绝缘：防止局部过热和击穿风险。

3.变压器的工作原理

电磁感应定律的应用

（1）电磁感应定律的应用

原边通电产生交变磁通，副边感应电动势

变比关系推导:(理想变压器假设)

（2）空载与负载运行分析

空载运行:原边电流主要为励磁电流，副边开路。

负载运行:副边电流产生去磁效应，原边电流自动调整以维持主磁通平衡。

3.实验与仿真验证（有条件选做）

（1）实验操作

空载实验:测量空载电流I0和铁损PFe。

短路实验:测量短路阻抗Zk和铜损PCu。

负载实验:验证电压调整率△U%=（U20-U2）/U20×100%。。

（2）仿真演示

使用PSIM或ANSYSMaxwell模拟变压器磁场分布及能量传递过程。

课外拓展

1.电力系统：特高压变压器在输电网络中的作用（降低线路损耗）。

2.电子设备：开关电源中的高频变压器设计（铁氧体磁芯与绕组优化）。

3.新能源领域：光伏逆变器与储能系统中的隔离变压器应用。

4.浏览相关资源，完成相关作业或任务，巩固学习成果，提升综合素养。

电机拖动与电气控制课程教案

章节名称

第1章变压器

1.2变压器的运行原理及特性

授课时数

2

授课形式

教学目标

1.知识目标:

*掌握变压器的基本结构、工作原理及能量传递过程。

*理解变压器的空载、负载运行特性。

*熟悉变压器的外特性、效率特性。

2.能力目标:

*能够分析变压器电压、电流的变换关系。

*能运用等效电路解决实际工程问题（如电压调整率计算）。

3.素质目标:

*培养安全操作意识（高压实验规范）。

*增强团队协作能力（小组实验与讨论）。

*建立工程思维（理论与实际应用的结合）。

*培养学生严谨认真的学习态度和科学探究精神。

*提高学生分析问题和解决问题的能力。

*增强学生的实践意识和团队合作精神。

教学重点

难点

1.重点:

*变压器的工作原理（电磁感应定律）。

*变压器的空载与负载运行特性。

2.教学难点:

*磁路与电路的能量耦合关系。

*三相变压器的联结组别与不平衡负载分析。

教学内容

1.变压器基础与原理

(1)结构与分类

核心部件：铁芯（硅钢片叠压）、绕组（高压/低压线圈）。

分类：电力变压器、自耦变压器、三相变压器。

(2)工作原理

电磁感应定律推导:U1/U2=N1/N2。

空载运行分析(主磁通与漏磁通)，

负载运行的能量传递过程(电流比I1/I2≈N2/N1)。。教学方式:实物拆解演示+动态磁场仿真动画

2.运行特性与等效电路

外特性曲线(电压调整率△U%=(U20-U2)/U20×100%)

效率特性(最大效率条件:铜损=铁损)

教学方式:Matlab仿真对比不同负载下的特性曲线。

3.实验与工程应用

实验设计

空载实验：测定铁损与励磁参数。

短