《电机与变压器》教案

《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:其她形式的能转化为电能⑴火力发电:燃料的化学能→水与水蒸气的内能→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→水与蒸汽的内能→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、结构与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与短路试验的目的、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。

教学内容与步骤: ﻫ课题一变压器的分类与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。

变压器的种类特不多,分类方法也特不多。

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。

按用途能够把变压器分为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,作为测量与保护装置、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。

特点是输出电压特不高,能够高达100万伏,而电流特不小,用于电气设备与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、感应式调压变压器与移圈式调压变压器等。

7、矿用变压器(防爆变压器)。

８、其她变压器。

按相数能够把变压器分为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,产生磁通与感应电动势、高压绕组:工作电压高的绕组;低压绕组:工作电压低的绕组、绕组有同心式与交叠式。

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与铁轭,铁心柱上套装绕组,铁轭的作用是使磁路闭合。

为减少铁心内的磁滞损耗与涡流损耗,提高铁心导磁能力,铁心采纳含硅量约为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与壳式结构。

(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,电力变压器均采纳心式结构。

(2)壳式变压器:壳式变压器的铁心包围绕组的上下与侧面。

制造复杂,小型干式变压器多采纳。

二、变压器的冷却方式变压器的ONAＮ冷却方式为内部油自然对流冷却方式,即通常所讲的油浸自冷式、变压器的冷却方式是由冷却介质与循环方式决定的; 由于油浸变压器还分为油箱内部冷却方式与油箱外部冷却方式,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:内部冷却介质的循环方式。

Ｎ－－-－—-—－流经冷却设备与绕组内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,流经绕组内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与散热管,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,又分强油风冷与强油水冷两种、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不形状,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):装在变压器的油箱与储油柜间的管道中,主要保护装置。

内部有一个带有水银开关的浮筒与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范围内,变压器的原边绕组匝数要求在一定范围内调节,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与无载调压分接开关。

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采纳瓷质绝缘套管,电压在10－35KＶ采纳充气或充油套管,电压高于110KＶ采纳电容式套管。

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,油箱内的压强增大,气体与油将冲破防爆膜向外喷出,幸免油箱爆裂。

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。

另外有特不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, 依照电磁感应定律,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讲明其基本工作原理: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,两侧绕组分不感应电势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、二次绕组的电阻与铁耗, 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) = -N１ｄφ/dｔe2(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,依照能量守恒原理可得由此得出一次、二次绕组电压与电流有效值的关系 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内感应电势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＝i ｍRm+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、1３ｏhｍＫ1=66、13/4开平方＝4、07 N2=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在二次绕组内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与二次绕组电动势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、ΔU％越小,讲明变压器二次绕组输出的电压越稳定,因此要求变压器的ΔU％越小越好。