《电机与变压器》(第四版)教学大纲

《电机与变压器》（第四版）教学大纲
一、课程的地位与任务：
《电机与变压器》是中等职业技术学校电工类专业的一门专
业课。

在电能的生产、传输、变配以及使用过程中，大量使用了
变压器与电机。

它们已普遍应用在国民经济和人民生活的各个方面，发挥着十分重要的作用。

二、课程简述：
1、课程目标：
通过本课程的学习，使学生掌握变压器、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；对同步电机
和特种电机有一定的了解；培养对电动机的故障处理、判断和分析。

2、教学方法：
（1）贯彻国家关于职业资格证书与学业证书并重的政策精神，确保毕业生到中级工以上标准，满足用人单位需求，不负高级技
校的称号。

（2）坚持以能力为主，重视实践能力之培养，突出技工教育特色，弱化难度过大的定量计算，较多采用定性分析，直观教学。

（3）随时补充有关杂志、资料中的新内容（如数字化仪表、分时和远程电度表）。

三、教学要求及课时数分配：
绪论2学时
第一单元12学时
第二单元11学时
第三单元4学时
第四单元8学时第五单元9学时第六单元18学时第七单元14学时第八单元11学时第九单元16学时第十单元8学时总学时113学时
绪言
1、教学内容
①电机在国民经济建设中的作用
②电机发展史
③我国电机制造工业的发展状况
2、教学要求
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。

3、重点和难点
重点：学习本课程的方法
难点：发展概况
4、教学建议
通过介绍提起学生学习本门课程的兴趣。

5、学时分配
绪论2学时
第一单元变压器的分类、结构和原理
1、教学内容
①变压器的分类和用途
②变压器的结构与冷却方式
③变压器的原理
④变压器的空载试验与短路试验
2、教学要求
①了解变压器的常用分类及用途。

②了解变压器的结构和主要附件的作用。

③掌握单相变压器的工作原理。

④熟练掌握变压器空载运行时电压变换关系、变比及负载运
行时的电流变换关系和阻抗变换计算。

⑤掌握变压器的外特性、了解其运行时损耗、效率及其简单
计算。

⑥掌握变压器空载和短路试验的目的和实际意义。

3、重点和难点
重点：变压器的工作原理
难点：变压器的外特性
4、教材分析
本章介绍了变压器的分类和用途、变压器的结构与冷却方式、变压器的原理以及变压器的空载试验与短路试验四个方面的内容，这些内容是学习变压器的最基础的知识。

变压器的分类和用途：本节明确了变压器主要是一种用来改
变交流电压大小的供电设备。

它是根据电磁感应原理，把某一等
级的交流电压变换成频率相同的另一等级的交流电压，以满足不
同负载的需要。

在分析变压器常用分类和主要用途时，通过表格的形式将变压器按相数、用途、贴心结构形式和冷却方式进行分类，具体再通过变压器的外形图来增强学生对变压器的感性认识，帮助学生理解各种变压器的主要用途。

变压器的结构与冷却方式：在这一节中，教材以国产油浸式电力变压器为例说明了它的组成部分及各部分的作用。

变压器由铁心和绕组组成器身。

其他如油箱、绝缘套管、储油柜、冷却装置、压力释放阀、安全气道、温度计和气体继电器（也称瓦斯继电器）等附件，是为了解决变压器散热、绝缘、密封、安全等问题的需要而设置的。

应重点突出绕组和铁心的结构材料与作用。

变压器的冷却方式部分是通过变压器老化后会产生严重后果而引入变压器冷却这一概念，具体介绍了4种油浸式冷却方式的冷却原理及适用范围。

变压器的工作原理：这一节中，教材先分析空载运行，后分析负载运行。

在空载运行分析中，首要的任务是明确空载运行的定义；明白理想变压器空载运行原理图中标出的各交流量方向为参考方向，各交流量参考方向相互之间有一定的联系，不能像电工基础等课程中可以任意假设其参考方向；再通过理想变压器的空载运行来了解变压器的工作原理。

在此基础上，建立起一次侧、
二次侧绕组的电压平衡方程式为。

根据电磁
感应定律可推导出变压器等交流磁路中很重要的公式：。

现在变压器中的绕组采用集中绕组形式，分布系数；在交流电动机中，绕组不采用集中绕组形式，则分布系数。

由理想变压器的概念，得到
，结合变压比的定
义和感应电动势的计算公式可得出公式，即电压与匝数近似成正比的关系。

在实际变压器的空载运行的情况分析中，提出实际变压器由于一次绕组的电阻、空载励磁电流和漏
磁通很小，所对应的和漏抗电动势也很小，可以忽略不计。

得出实际变压器电压方程式U1≈−E1、U02≈E2，空载电流的有效值I0=I OP2+I OQ2。

变压器的负载运行时，由于二次侧出现了负载电流I2，I2产生的磁通对主磁通Φm存在阻碍作用，使铁心中磁通Φm发生改变趋势，根据U1=E1=4.44fN1Φm，在电源电压一定时，磁通Φm要保持不变，因此，一次绕组电流将从I0增加到I1，其增加的电流所产生的磁通补偿Φ2对Φm有阻碍作用。

所以，变压器负载运行时，铁心中磁场是由一、二次绕组中电流共同产生的。

磁势平衡方程
式中，如果忽略I0不计，I1≈N1
N2I2，可得出变压器变比K=N1
N2
=I2
I1。

负载状态下的磁势平衡方程式是本节的重点内容。

实际变压器的电压方程式中由于一次绕组的r1、x s1均很小，即使在满负载的情况下，与E1比较仍然可以忽略，因此可以近似认为U1=−E1、U2= I2。

变压器阻抗变换在电子线路中应用较广泛，教材通过实际例子说明：通过变压器的阻抗变换可以把负载较小的阻抗变换成较大的等效阻抗，与放大电路的输出阻抗匹配，从而使负载获得最大的输出功率。

变压器的外特性是反映二次侧电压U2与负载电流I2的关系特性，主要论述变压器接不同负载时，二次侧发生变化的原因及电
压调整率的物理意义。

变压器的损耗基本上就是铜耗和铁耗，其中铜耗是可变损耗，随着负载的变化而变化；铁耗是不变损耗。

在了解损耗的基础上，给出效率η的计算公式，通过例题帮助学生理解变压器效率η的实际意义和计算方法。

在变压器空载试验和短路试验这一节中，教材主要论述了试验的目的和方法，同时制作了表格要求学生记录实验数据，帮助学生理解试验的意义。

其中空载试验，主要是为了测定变压比K、空载电流I0、空载损耗功率P0和励磁阻抗Z m等。

而励磁阻抗是决定I0大小的重要参数。

短路试验，主要是为了测取额定铜耗、短路电压和短路阻抗。

短路阻抗是一个较重要的参数。

5、教学建议
重点要求学生掌握变压器的工作原理，能量转换关系和运行特性。

6、学时分配
课题一变压器的分类和用途2学时课题二变压器的结构与冷却方式2学时课题三变压器的原理4学时课题四变压器的空载试验与短路试验4学时
第二单元变压器绕组的极性测定与连接
1、教学内容
①单相变压器绕组的极性
②三相变压器绕组的连接及连接组别
③用交流法测定三相变压器绕组极性
④电力变压器的铭牌参数
2、教学要求
①熟悉单相变压器绕组极性的概念和判别方法。

②了解三相变压器的组成和三相绕组的首尾判别。

③掌握三相变压器的连接组别概念，了解常用三相变压器连接组别的判别方法，会用交流法测定三相变压器绕组极性。

④了解电力变压器铭牌参数的含义，能进行变压器简单的参数计算。

3、重点和难点
重点：三相变压器连接组的判别。

难点：用相量图分析三相变压器绕组极性的方法。

4、教材分析
这一章首先介绍了单相变压器绕组极性的意义及重要性，之后具体介绍了变压器绕组极性的测定方法，以使学生能正确判断单相变压器的同名端。

三相变压器绕组的连接主要是以三相芯式变压器绕组的连接为例介绍三相绕组的首尾判别，具体介绍了交流法和直流法两种方法。

会正确判别三相绕组的首尾端之后，介绍变压器连接组别的概念，它反映了变压器一、二次绕组接法和一、二次绕组对应线电动势（线电压）之间的相位关系。

一次绕组采用三角形接法用D表示，采用星形接法用Y表示，采用星形接法有中线时用YN表示；二次绕组则分别用小写d、y和yn表示。

一次、二次绕组不同的接法，形成了不同的连接组别，也反映出不同的一次侧、二次侧的线电压之间的相位关系。

为表示这种相位关系，国际上采用了时钟表示法的连接组标号予以区分：即把一次侧线电压相量作为长针，永远指向12点位置；相对应二
次侧线电压相量作为短针，它指几点，连接组别的标号就是几。

变压器的铭牌上记载了变压器的型号及各种额定的参数，这些参数是保证变压器安全、可靠、经济运行的主要依据，变压器在实际运行时，一般不允许超过额定值。

5、教学建议
重点要求学生掌握变压器的连接。

6、学时分配
课题一单相变压器绕组的极性1学时课题二三相变压器绕组的连接及连接组别4学时课题三用交流法测定三相变压器绕组的极性2学时课题四电力变压器的铭牌参数4学时
第三单元变压器并联运行、维护和检修
1、教学内容
①三相变压器的并联运行
②变压器的维护与检修
2、教学要求
①掌握变压器的并联运行的原因、条件和并联运行的接线。

②了解变压器运行中的日常维护方法，知道变压器的常见故障原因、处理方法和原则。

3、重点和难点
重点：三相变压器并联运行条件
难点：变压器常见的故障
4、教材分析
通过三相变压器并联运行的原因引入变压器并联运行的条件，归纳为变比K相等、连接组别相同和短路阻抗相等。

否则将造成变压器产生环流，不能合理分配负载等不良结果。

变压器的维护
和检修介绍了变压器运行中日常维护时需检查的项目以及一些特
殊巡视检查项目。

变压器的常见故障处理分析故障产生的原因，
再根据不同故障现象，进行正确的处理方法。

5、教学建议
重点要求学生掌握变压器的并联运行。

6、学时分配
课题一三相变压器的并联运行2学时
课题二变压器的维护及检修2学时
第四单元特殊用途的变压器
1、教学内容
①自耦变压器
②仪用变压器
③电焊变压器
④小型单相变压器的设计（选学）
2、教学要求
①了解自耦变压器的工作原理和自耦变压器的运行特点。

②掌握仪用变压器的结构及使用注意事项。

③了解电焊变压器的结构特点、外特性及输出电流的调节方法。

④清楚小型单相变压器的设计方法及绕制方法。

3、重点和难点
重点：专用变压器的结构与运行特点及使用时应注意的事项。

难点:电焊变压器的工作原理。

4、教材分析
本章介绍了其它三种用途的变压器即仪用变压器、电焊变压
器和自耦变压器的结构特点和工作原理及小型单相变压器的设计。

自耦变压器。

着重分析了它的结构特点和其电流、功率的关系。

自耦变压器的一次、二次绕组之间既有磁的联系，又有电的
联系。

根据这一特点，一方面从磁势平衡方程式得出了
I=I2−I1=K−1I1的关系，当K接近于1时，I比I1要小得多，所以，在同容量的前提下，自耦变压器与普通变压器相比较，显
示出省材、体积小、质量轻、效率高的优点。

另一方面从视在功
率传递的过程分析，自耦变压器能量从一次侧传递到二次侧有两
种途径，一部分靠电磁感应传递；另一部分从电路直接输送，也
暴露了它因有电的直接连接，二次侧可能产生高电压的缺点。

仪用变压器主要介绍了电压互感器和电流互感器两个部分。

教材首先说明了互感器的作用。

电流互感器一次侧的匝数很少，
而且是串联在电路中，二次侧的匝数很多，所接的负载阻抗均很小，相当于短路运行状态，同时，一次侧的电流不受二次侧负载
的影响。

电压互感器实质上是一台降压变压器，它有更准确的变比，所接的负载阻抗均很大，相当于空载运行状态。

其次分析了
电流互感器和电压互感器的原理及选用，对电流互感器和电压互
感器的使用注意事项列表进行了比较。

电焊变压器是一种特殊的降压变压器，教材介绍了电焊变压
器应满足弧焊过程中的工艺要求。

同时还介绍了几种不同形式的
电焊变压器，如可调电抗器的电焊变压器、磁分路动铁式电焊变
压器、动圈式电焊变压器的特点。

小型单相变压器的设计为选学内容。

教材介绍了小型单相变压器设计时的常用公式，之后举例说明如何根据已知要求，正确设计变压器；最后通过一系列小型变压器制作过程的照片帮助学生理解小型变压器的绕制过程。

5、教学建议
重点要求学生掌握自耦变压器和仪用变压器的原理。

6、学时分配
课题一自耦变压器2学时课题二仪用变压器2学时课题三电焊变压器2学时课题四小型单相变压器的设计（选学）2学时
第五单元电动机的基础知识
1、教学内容
①电动机的种类和用途
②异步电动机的结构
③三相异步电动机的拆装
④异步电动机的工作原理
⑤电动机的铭牌和型号
2、教学要求
①了解交流电动机的分类和用途，理解铭牌数据的意义。

②掌握旋转磁场的产生及三相异步电动机的工作原理。

③了解三相异步电动机的基本机构及其主要性能。

④掌握异步电动机的机械特性，理解转差率的意义。

⑤通过电动机的拆装实训，清楚三相异步电动机一般拆装流程。

3、重点和难点
重点：三相异步电动机的结构
难点：三相异步电动机的工作原理、转速公式及应用
4、教材分析
电动机是工农业生产及家用电器中应用最为广泛的动力机械，它的作用是将电能转换成机械能，本章内容分为三大部分，第一
部分为入门知识，介绍电动机的种类和用途、三相异步电动机的
结构、铭牌和型号，教学中应从应用、优越性等方面让学生体会“生活中的电动机”在现代生产、生活中的价值。

第二部分为异步电动机的工作原理，是本章的重点和难点内容，而磁场对通电导线和
通电线圈的作用是学习电动机的基础，旋转磁场的概念一定要重
点讲透。

第三部分为应用实践，结合电动机拆装实训，使学生清
楚三相异步电动机的拆装流程。

5、教学建议
重点要求学生掌握异步电机的工作原理，工作特性。

6、学时分配
课题一电动机的种类和用途1学时
课题二异步电动机的结构2学时
课题三三相异步电动机的拆装2学时
课题四异步电动机的工作原理2学时
课题五电动机的铭牌和型号2学时
第六单元三相异步电动机的运行
1、教学内容
①三相异步电动机的启动
②三相异步电动机的调速
③三相异步电动机的反转与制动
④三相异步电动机的启动、反转和制动试验
⑤三相绕线式异步电动机的调速
2、教学要求
①了解笼型转子异步电动机的启动方法和特点；熟悉绕线转子异步电动机的启动方法。

②了解三相异步电动机的各种调速方法及特点；清楚绕线转子异步电动机转子绕组串电阻调速时的特点。

③了解三相异步电动机反转和制动的实现方法、原理及其应用。

3、重点和难点
重点：掌握三相异步电机的启动、调速、反转、制动方法
难点：掌握三相异步电机的启动、调速、反转、制动特点4、教材分析
异步电动机有三种运行状态：发电机、电动机、电磁制动。

异步电动机主要作电动机运行。

为了保证电动机运行安全可靠，本章内容分为两大部分，第一大部分（课题一至课题三）为理论知识，分别介绍了三相异步电动机的启动、调速、反转与制动的原理，方法及其应用，教学中应结合生活中的实例，如机床用冷却泵电动机的直接启动，搅拌机正向搅拌与反向出料所用电动机的正反转控制，电梯、吊车、卷扬机等升降机械用电动机的断电电磁抱闸制动方式，以此激发学生的学习兴趣，掌握电动机的工
作原理和方法。

第二大部分（课题四至课题五）为操作实践，结合三相异步电动机的启动、反转、调速、制动等典型控制线路图，观察实验现象，记录测量数据，更好地验证了机械特性曲线的变化情况，反映了电动机的运行性能。

5、教学建议
重点要求学生掌握三相异步电机的启动、调速、反转、制动方法。

6、学时分配
课题一三相异步电动机的启动2学时课题二三相异步电动机的调速4学时课题三三相异步电动机的反转与制动4学时课题四三相异步电动机的启动、反转和制动试验4学时课题五三相绕线式异步电动机的调速4学时
第七单元单相异步电动机
1、教学内容
①单相异步电动机的原理、结构及分类
②单相异步电动机的绕组和嵌线
③单相异步电动机的运行
④单相异步电动机的常见故障及处理
⑤小功率三相电动机改为单相电动机运行
2、教学要求
①掌握单相异步电动机的结构、工作原理和启动方法。

②了解一般单相电容式异步电动机定子绕组的结构及展开图的绘制方法。

③了解单相异步电动机实现反转和调速的方法。

④了解三相小型异步电动机改为单相电动机时的连接方法。

⑤了解单相异步电动机的常见故障及分析方法。

3、重点和难点
重点：掌握单相异步电动机的原理、结构和分类。

难点：掌握单相异步电动机的绕组和嵌线，反转、制动方法。

4、教材分析
单相异步电动机是用单相交流电源供电的一类驱动用电动机，凡是有普通民用电源的地方都可以使用，广泛应用于各行各业和
人们的日常生活中，如风扇、洗衣机、电冰箱、手电钻和一些医
疗器械中，都采用单相异步电动机作动力，其功率较小，一般为
几瓦至几百瓦。

在讲述课题一时，应围绕单相异步电动机的工作
原理展开讨论，单相异步电动机的工作基础是脉振磁场，脉振磁
场作用在笼型转子上，无启动转矩，不能自行启动，而对于如何
解决单相异步电动机启动的问题，教材阐述了单相异步电动机的
结构及启动方法，即电阻、电容分相启动法和罩极启动法的实质，根据不同启动方法的实质，引导出对不同启动方法的单相交流异
步电动机改变转向的方法；课题二和课题三中单相异步电动机的
定子绕组和调速问题与三相异步电动机大同小异，但由于三相异
步电动机绕组这一知识点本教材没有提及，课题二应重点讲授电
容电动机定子绕组的结构及展开图绘制，如同心绕组和链绕组，
可介绍洗衣机、电冰箱的电动机线路，讲解速度宜慢；课题四和
课题五为一体化实践，建议安排在实训室进行。

5、教学建议
重点要求学生掌握单相异步电动机的原理、结构和分类；绕
组和嵌线；反转、制动方法。

6、学时分配
课题一单相异步电动机的原理、结构及分类2学时课题二单相异步电动机的绕组和嵌线4学时课题三单相异步电动机的运行4学时课题四单相异步电动机的常见故障及处理2学时课题五小功率三相电动机改为单相电动机运行2学时
第八单元直流电动机
1、教学内容
①直流电动机的原理、构造、分类及铭牌。

②直流电动机的基本性能分析。

③直流电动机运行。

④直流电动机的逆运行——直流发电机。

⑤直流他励电机试验。

2、教学要求
①掌握直流电动机的基本工作原理。

②熟悉直流电动机的结构与分类，理解铭牌数据的意义。

③了解直流电动机电枢绕组的特点，熟悉绘制直流电动机电枢绕组展开图方法。

④清楚直流电动机电枢电动势、电磁功率和电磁转矩等有关概念，会进行简单计算。

⑤了解直流电动机电枢反应和换向过程，掌握改善换向的方法。

⑥理解直流电动机的功率、转矩、电动势平衡方程式及其物
理意义，并能进行简单计算。

⑦掌握直流电动机的机械特性。

⑧熟悉直流电动机的启动、调速、反转和制动的方法及其特点。

⑨了解直流发电机的工作特性和主要特点。

3、重点和难点
重点：直流电动机的基本工作原理。

难点：直流电动机的机械特性。

4、教材分析
直流电动机流入的直流电借助换向装置变成交变电流，在磁场的作用下，使电枢旋转。

这就是直流电机的工作原理，教材首先作了阐述，接下来对电动机的构造进行了详细介绍。

电磁转矩、电枢电动势、电磁功率、机械特性和电枢反应是直流电机的重要参数，对这些参数大小的计算、物理意义等，教材作了全面阐述。

直流电动机的运行，教材中介绍了直流电动机的启动、调速、反转、制动的内容。

直流电动机的启动，教材从直接启动的电流大会引起电动机换向困难，并使供电线路产生很大的压降这个缺陷引入采用限制启动电流的两种启动方法，即电枢回路串变阻器启动和降压启动。

直流电动机的正反转通常采用改变电枢电流的方向来实现。

直流电动机的调速，教材从电枢回路中有外加电阻时的转速公式中分析出改变电源电压、电枢外加电阻及主磁通等三个因素中的任何一个都能达到调速的目的。

接下来针对这三种调速方法列表进行对比，内容包括调速实现方法、电路图、机械特性和特
点。

直流电动机的制动包括机械制动和电气制动，教材详细介绍了三种电气制动的方法，即能耗制动、反接制动和再生制动的原理图、实现方法及特点。

直流电动机的逆运行——直流发电机是选学内容。

生产已经很少，逐步被整流电源代替。

教材介绍了目前还应用较多的并励发电机和直流电焊机，重点阐述了并励发电机的工作特性和主要特点。

直流他励电机试验中主要介绍了用伏安法测直流电的电枢绕组的冷态电阻和直流他励电机的启动、调速及改变转向这两个试验的试验操作步骤。

5、教学建议
重点要求学生掌握直流电机的工作原理，能量转换关系及运行特性。

6、学时分配
课题一直流电动机的原理、构造、分类及铭牌2学时课题二直流电动机的基本性能分析2学时课题三直流电动机运行3学时课题四直流电动机的逆运行——直流发电机2学时课题五直流他励电机试验2学时
第九单元三相同步电动机
1、教学内容
①同步发电机的工作原理
②同步发电机的基本结构及应用。