1、緒論一、教學目標1、了解電機在電能產生、傳輸、轉換中的作用2、了解電機的發展概況3、明確本課程的任務和要求二、教學重點與難點1、電機在電能產生、傳輸、轉換中的作用2、明確本課程的任務和要求三、教學時間：1學時四、教學過程及主要內容一、電機在電能產生、傳輸、轉換中的作用一）電能是怎樣產生的？ 一般情況下，水能、熱能、核能等其他自然能源水水輪機、氣輪機等原動機轉動，再由原動機帶動三相同步發電機轉動產生三相電能。二）變壓器在電能的傳輸中有什么作用？ 1、減少輸電線電阻 2、提高輸電電壓三）電動機在電能的使用上有什么優點？二、電機發展概況三、本課程的任務和要求 一）任務1、掌握變壓器、異步電動機、直流

2、電動機的結構、原理、主要特性、使用和維護知識； 2、了解同步電動機和特種電動機； 二）要求 1、學習要理論聯系實際 2、注重對電機故障的分析、判斷和檢修能力的培養 3、為生產實習課與解決實際技術問題奠定理論和技能基礎第一單元 變壓器的分類、結構和原理課題一 變壓器的分類和用途一、教學目標1、學生掌握變壓器的定義2、學生了解變壓器的用途和分類二、教學重點與難點變壓器的用途和分類三、教學時間：1學時四、教學過程及主要內容一、變壓器的主要用途 變壓器是一種通過電磁感應作用將一定數值的電壓、電流、阻抗的交流電轉換成同頻率的另一數值的電壓、電流、阻抗的交流電的靜止電器。在電力系統中，專門用于升高電壓和降

3、低電壓的變壓器統稱為電力變壓器。 變壓器是利用電磁感應原理制成的靜止電氣設備。它能將某一電壓值的交流電變換成同頻率的所需電壓值的交流電，以滿足高壓輸電、低壓供電及其他用途的需要。二、變壓器的分類 變壓器可以按照用途、繞組數目、相數、冷卻方式、調壓方式分類。1、按照用途分，主要有電力變壓器、調壓變壓器、儀用互感器（如測量用電流互感器和電壓互感器）、供特殊電源用的變壓器（如整流變壓器、電爐變壓器、電焊變壓器、脈沖變壓器）。2、按照繞組數目分，主要有雙繞組變壓器、三繞組變壓器、多繞組變壓器、自耦變壓器。3、按照相數分，主要有單相變壓器、三相變壓器、多相變壓器。4、按照冷卻方式分，主要有干式變壓器、充

4、氣式變壓器、油浸式變壓器（按照冷卻條件，又可細分為自冷、風冷、水冷、強迫油循環風冷、強迫油循環水冷變壓器）。5、按照調壓方式分，主要有無載調壓變壓器、有載調壓變壓器、自動調壓變壓器。 容量大小：小型變壓器、中型變壓器、大型變壓器和特大型變壓器。五、作業變壓器的分類方式有很多，按用途可以分為哪幾種？課題二 變壓器的結構與冷卻方式一、教學目標1、學生掌握變壓器的基本結構2、學生了解變壓器的冷卻方式3、熟悉變壓器的主要附件二、教學重點與難點1、變壓器的基本結構2、變壓器的主要附件三、教學時間 4學時四、教學過程及主要內容一、變壓器的結構圖1-1為三相油浸式電力變壓器的結構示意圖。 圖1-1 三相油浸

5、式電力變壓器1油箱 2鐵心及繞組 3儲油柜 4散熱筋 5高、低壓繞組 6分接開關 7氣體繼電器 8信號溫度計 三相油浸式電力變壓器主要由鐵心、繞組及其他部件組成。1鐵心 鐵心作為變壓器的閉合磁路和固定繞組及其他部件的骨架。為了減小磁阻、減小交變磁通在鐵心內產生的磁滯損耗和渦流損耗，變壓器的鐵心大多采用薄硅鋼片疊裝而成。變壓器的鐵心有心式和殼式兩種基本形式。心式變壓器的鐵心由鐵心柱、鐵軛和夾緊器件組成，繞組套在鐵心柱上。2繞組 繞組是變壓器的電路部分，原繞組吸取供電電源的能量，副繞組向負載提供電能。變壓器的繞組由包有絕緣材料的扁導線或圓導線繞成，有銅導線和鋁導線兩種。按照高、低壓繞組之間的安排方

6、式，變壓器的繞組有同心式和交疊式兩種基本形式。二、變壓器的冷卻方式1、三相油浸自冷式2、三相油浸風冷式3、三相強迫油循環風冷式4、三相強迫油循環水冷式三、變壓器的主要附件1）油箱 變壓器的器身放置在灌有高絕緣強度、高燃點變壓器油的油箱內。 變壓器運行時，鐵心和繞組都要發出熱量，使變壓器油發熱。發熱的變壓器油在油箱內發生對流，將熱量傳送至油箱壁及其上的散熱器，再向周圍空氣或冷卻水輻射，達到散熱的目的，從而使變壓器內的溫度保持在合理的水平上。（2）儲油柜（也稱為油枕） 儲油柜裝置在油箱上方，通過連通管與油箱連通，起到保護變壓器油的作用。 變壓器油在較高溫度下長期與空氣接觸容易吸收空氣中的水分和雜質

7、，使變壓器油的絕緣強度和散熱能力相應降低。裝置儲油柜的目的是為了減小油面與空氣的接觸面積、降低與空氣接觸的油面溫度并使儲油柜上部的空氣通過吸濕劑與外界空氣交換，從而減慢變壓器油的受潮和老化的速度。（3）氣體繼電器（也稱為瓦斯繼電器） 氣體繼電器裝置在油箱與儲油柜的連通管道中，對變壓器的短路、過載、漏油等故障起到保護的作用。（4）安全氣道（也稱為防爆管） 安全氣道是裝置在較大容量變壓器油箱頂上的一個鋼質長筒，下筒口與油箱連通，上筒口以玻璃板封口。 當變壓器內部發生嚴重故障又恰逢氣體繼電器失靈時，油箱內部的高壓氣體便會沿著安全氣道上沖，沖破玻璃板封口，以避免油箱受力變形或爆炸。 （5）絕緣套管 絕

8、緣套管是裝置在變壓器油箱蓋上面的絕緣套管，以確保變壓器的引出線與油箱絕緣。（6）分接開關 分接開關裝置在變壓器油箱蓋上面，通過調節分接開關來改變原繞組的匝數，從而使副繞組的輸出電壓可以調節，以避免副繞組的輸出電壓因負載變化而過分偏離額定值。 分接開關有無載分接開關和有載分接開關兩種。一般的分接開關有三個擋位，+5%擋、0擋和-5%擋。若要副繞組的輸出電壓降低，則將分接開關調至原繞組匝數多的一擋，即+5%擋；若要副繞組的輸出電壓升高，則將分接開關調至原繞組匝數少的一擋，即-5%擋。五、作業1、變壓器的主要結構是怎樣的？各部分有什么功能？2、變壓器鐵心是主磁通的通道，為什么鐵心常用導磁材料-硅鋼片

9、疊裝而成？3、試簡述三相油浸自冷式變壓器的冷卻方式。課題三 變壓器的原理一、教學目標1、熟悉變壓器的空載運行2、掌握變壓器的負載運行二、教學重點與難點1、理想變壓器空載運行狀態下各物理量的關系2、實際變壓器空載運行狀態下各物理量的關系三、教學時間 6學時 四、教學過程及主要內容一、變壓器的空載運行 什么是空載運行：變壓器一次繞組加額定電壓，二次繞組開路的工作狀態。 （一） 空載運行時的物理情況原繞組接交流電源時有電流通過，稱空載電流。 。交變的流過原繞組，產生磁動勢，產生通過繞組中心的交變的磁通，此磁通由單獨激勵，所以也稱為勵磁電流或激磁電流。圖1.5 單相變壓器空載運行原理圖 主磁通：絕大部

10、分的磁通經由鐵心閉合，稱為主磁通，用表示。作用：主磁通與原、副繞組同時交鏈而傳遞能量。在原、副繞組中產生感應電動勢,。漏磁通：很少一部分磁通經由原繞組周圍的空氣或變壓器油閉合，它不是傳遞能量的載體，稱漏磁通。（二） 感應電動勢 1各電、磁量正方向的規定有利于討論各電、磁量的量值關系和相位關系。原邊：視變壓器原邊為電源的負載，原邊電流的正方向與電源電壓的正方向一致。副邊：將副邊視為負載的電源，副邊電流的正方向由副邊電勢的正方向確定，副邊電壓的正方向依據副邊電流流過負載的壓降方向確定。磁通：正方向與電流的正方向符合右手螺旋定則。感應電動勢：正方向與磁通的正方向符合右手螺旋定則，實際方向由楞次定律確

11、定。2感應電動勢 交流電壓產生交流磁通，有 則且在相位上以90°滯后于 E2在相位上也以90°滯后于F m變壓器的原繞組有漏磁通鏈過，漏磁通也是按正弦規律變化的，由于漏磁路主要由非磁性介質構成，可近似地看成線性磁路，其磁阻也可近似地看成常數，則漏電感L1s和漏電抗x1也可近似地看成常數，因此，漏感電勢可以看成是漏電抗上的壓降。3電壓平衡關系據基爾霍夫電壓定律，得到原、副邊的電壓平衡方程式由于漏磁路磁阻很大，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，有由此看出，主磁通的大小主要決定與電源電壓的大小，只要電源電壓不變，主磁通維持不變，這是一個很重要的結論，

12、對變壓器負載運行時仍然成立。 （三）空載電流和空載損耗空載運行時，只有原繞組流過空載電流，所以勵磁電流也就是空載電流。由于鐵心采用高磁化能力、低渦流損耗和磁滯損耗的硅鋼片疊壓而成，空載電流是很小的，只占原邊額定電流的4%10%，甚至更低。空載運行時，交變的磁通一方面在鐵心中產生渦流，另一方面使鐵磁材料中的磁疇隨磁場方向的交變而運動，其后果都會使鐵心發熱，將變壓器原邊吸收電源能量的一部分消耗掉。分別稱為渦流損耗和磁滯損耗，合稱為鐵損耗。一、 變壓器的負載運行（一）負載運行時的物理情況 負載運行時，副繞組中有電流流過，變壓器便可以同時與原、副繞組相交鏈的主磁通為媒介，將原繞組從電源吸收的電能傳送到

13、副繞組，向負載供電。負載運行時，副繞組中有電流流過，副繞組中產生相應的磁動勢，與原繞組中產生的磁動勢 共同作用，產生鐵心中的主磁通。（二） 負載運行時的基本方程式 1磁動勢平衡方程式 鐵心中的磁動勢由原邊磁動勢和副邊磁動勢合成，為。由于電壓不變，主磁通不變，即磁動勢仍然為。有由此看出，負載運行時的原邊磁動勢有兩部分作用：一是產生鐵心中的勵磁磁動勢，以產生主磁通；二是產生一個與副邊磁動勢大小相等、方向相反的磁動勢（），抵消副邊磁動勢的作用，以維持鐵心中的主磁通不變。該式稱為磁動勢平衡方程式。將磁動勢平衡方程式改變為 負載運行時的原邊電 流大于變壓器空載運行時的原邊電流 的，它由反映主磁通大小的勵

14、磁電流分量和反映負載大小的負載電流分量（）組成。當負載增加時，增加，副邊磁動勢增加，原邊電流的負載電流分量（）也相應增加，可見，雖然變壓器的原、副邊沒有直接的電路聯系，但負載電流的變化也會使原邊電流相應地改變。 2電壓平衡方程式副邊電路流過電流，產生副邊磁動勢。副邊磁動勢一方面與原邊磁動勢共同作用產生鐵心中的主磁通，另一方面還產生僅與副繞組交鏈的漏磁通。漏磁通在副繞組中感應出漏感電動勢，也可以以副邊漏電抗上的壓降形式來表示，有 據原、副邊電路，列出變壓器負載運行時的電壓平衡方程式綜上所述，可以列出變壓器負載運行時的基本方程式組如下課題四 變壓器的空載試驗與短路試驗一、 教學目標1、 掌握變壓器

15、空載與短路試驗的目的及應用2、 培養學生的動手操作能力和實驗數據的取得與分析能力3、 實驗中要注意安全，教師檢查接線以后學生再閉合電路二、 教學重點與難點1、變壓器空載與短路試驗2、變壓器空載與短路試驗的應用三、 教學時間：4學時四、 教學內容：一）、空載試驗 試驗目的：確定變壓器的變比k、鐵損耗pFe和勵磁阻抗zm。 為便于測量儀表的選用、確保試驗安全，空載試驗在低壓邊進行。將高壓邊開路，在低壓邊加電壓為額定值U2N、頻率為額定值的正弦交變電源，測出開路電壓U10、空載電流I20、空載損耗p0。 對單相變壓器，有據空載等效電路，以及,，有，勵磁感抗可由,計算空載銅損很小，有 對于三相變壓器的

16、空載試驗，測出的電壓、電流均為線值，測出的功率為三相功率值，計算時應進行相應的換算，即將電壓、電流換算為相值，將功率換算為單相值。 二、短路試驗 目的：是確定變壓器的銅損耗、短路阻抗。短路試驗在高壓邊進行，將低壓端短接，高壓邊交流電源，緩慢升壓至I1I1N時停止，測出短路電壓U1s、短路電流I1s、短路損耗ps。短路電壓U1s相對于額定電壓U1N來說很小，故磁通很小，鐵損pFe很小，有 銅損為原、副銅損之和短路試驗接線圖因是在額定電流時測定，故為額定運行時的銅損耗。由于短路試驗時，又有，因此可以用簡化等效電路來進行計算。有 U1s稱為短路電壓，常用對 的百分值us%來表示，us%稱短路電壓百分

17、值 上式中 Zs%為短路阻抗百分值可見，us%zs%。短路電壓百分值反映了變壓器漏阻抗的大小。變壓器是負載的電源，其漏阻抗就是電源的內阻抗。us%或zs%越小，變壓器的輸出電壓隨負載變化而變化的程度就越小。us%是變壓器的一個很重要的參數。 五、 處理課后習題第二單元 變壓器繞組的極性測定與連接課題一 單相變壓器繞組的極性一、 教學目標1、掌握單相變壓器繞組的極性及其判定二、教學重點與難點單相變壓器繞組的極性及其判定三、教學時間：2課時四、教學內容一）、變壓器繞組的極性 變壓器繞組的極性是指變壓器一次側、二次側繞組在同一磁通作用下所產生的感應電動勢之間的相位關系，通常用同名端來標記。在圖2-1

18、中，鐵心上繞制的所有線圈都被鐵心中交變的主磁通所穿過，在任何某個瞬間，電動勢都處于相同極性(如正極性)的線圈端就稱同名端；而另一端就成為另一組同名端，它們也處于同極性(如負極性)。不是同極性的兩端就稱為異名端。例如在交變磁通曲的作用下，感應電動勢與的正方向所指的lU2、2U2是一對同名端，在互感器繞組上常用“+”和“”來表示(并不表示真正的正負意義)。 對一個繞組而言，哪個端點作為正極性都無所謂，但一旦定下來，其他有關的線圈的正極性也就根據同名端關系定下了。有時也稱為線圈的首與尾，只要一個線圈的首尾確定了，那些與它有磁路穿通的線圈的首尾也就定下了。 二）、極性的重要性 1繞組串聯時 (1)正向

19、串聯，也稱為首尾相連，即把兩個線圈的異名端相連，總電動勢為兩個電動勢相加，電動勢會越串越大。 (2)反向串聯，也稱為尾尾相連(或首首相連)，總電動勢為兩個電動勢之差，電動勢將變小。 正因為正、反向串聯的總電動勢相差很大，所以常用此法來判別兩個繞組的同名端。 2繞組并聯時也有兩種連接方法。 (1)同極性并聯，它又分兩種情況。 1)與大小一樣，則兩個繞組回路內部的總電動勢為零，不會產生內部環流，這是最理想狀態，變壓器的并聯，就應符合這種條件：2) 與大小不等，則兩個繞組回路內部的總電動勢不為零，外部不接負載時，也會產生一定的環流。這對繞組的正常工作不利，環流會產生損耗和發熱，輸出電壓、電流都減少，

20、嚴重時甚至燒壞繞組。 (2)反極性并聯 這時兩個繞組回路內部的環流將很大，甚至燒壞線圈，這種接法是不允許的，應絕對避免。以上說明繞組極性判別對變壓器繞組的連接是十分重要的。 三）、極性的判別 1直觀法 因為繞組的極性是由它的繞制方向決定的，所以可以用直觀法判別它們的極性。2測試法無法觀察到繞組的繞制方向(如繞組密封在內部)，只能借助儀表來測試。（1）如果U3=U1+U2，則是正向串聯，1U1與2U1是異名端；如果U3=U1U2則是反向串聯，1U1與2U1是同名端 (2)檢流計法 P為檢流計(檢流計指針偏向電流流人的一端)。當合上開關飛，如電流向下，說明這時1U1與2U1都處于高電位，所以它們是

21、同名端。用這個方法時，為了省電和保護檢流計，一般將高壓側接檢流計。也可用直流毫安表代替檢流計，直流毫安表量程由大至小試用，直到反應明顯為止。 以上是對單相繞組的極性判別。對三相變壓器來說，它的每一相的一次側、二次側繞組之間的同名端判別，同單相變壓器一樣。但三相繞組之間嚴格地講不屬于同名端判別范疇。五、 處理課后習題課題二 三相變壓器繞組的連接及連接組別一、教學目標： 1、掌握三相變壓器及連接組別二、教學重點與難點 掌握三相變壓器及連接組別三、教學時間：2學時四、教學內容三相交流電無論在經濟、技術上都有極大的優越性，所以現代電力系統都采用三相交流電，為此三相交流變壓器被廣泛應用。它可以由三個單相

22、變壓器連接組成，稱為三相組式變壓器。但大多數均采用三相合為一體的三相芯式變壓器，因為它體積小，經濟性也好。一、三相變壓器的磁路結構1三相組式變壓器的磁路它的三個單相變壓器鐵心磁路是各自獨立的，只要三相電壓平衡，則磁路也是對稱一樣的，每只變壓器可作為單相變壓器來分析。2三相芯式變壓器的磁路三相芯式變壓器有三個鐵心柱，供三相磁通、v、w分別通過。在三相電壓平衡時，磁路也是對稱的，總磁通=+v +w=0，所以就不需要另外的鐵心來供參總通過。類似于三相對稱電路中省去中線一樣，這樣就大量節省了鐵心的材料。但由于中間鐵心磁路短一些，造成三相磁路不平衡，使三相空載電流也略有不平衡，但大變壓器的空載電流Io很

23、小，影響不大。由于三相芯式變壓器體積小，經濟性好，所以被廣泛使用。二、 相芯式變壓器繞組的連接1、 三相繞組的首尾判別2、 星型接法(1)星形接法的優點1）與三角型接法相比，相電壓低，可節省絕緣材料，對高電壓特別有利；2)有中性點可引出，適合于三相四線制，可提供兩種電壓；3)中點附近電壓低，有利于裝分接開關；4）相電流大，導線粗，強度大，匝間電容大，能承受較高的電壓沖擊。(2)星形接法的缺點1）存在諧波，造成損耗增加，1800kVA以上的變壓器不能采用此種接法2)中性點要直接接地，否則當三相負載不平衡時，中點電位會嚴重偏移，對安全不利3）當某相發生故障時，只好整機停用。3三角形接法它是把三相繞

24、組的各相首尾相接構成一個閉合回路，把三個連接點接到電源上去。因為首尾連接的順序不同，可分為正相序和反相序兩種接法。與星形接法一樣，如果一次側有一相首尾接反了，磁通也不對稱，就會同樣出現空載電流急劇增加，比星形接法還嚴重，這是不允許的。二次側繞組正確接法時，閉合回路的三相電動勢之和為零，所以也就不產生環流。電動勢相量圖是閉合的，這時任意打開回路中的一個接點，測量該點兩端所得的電壓，稱為三角形的開口電壓，其值應該為零。（1） 三角形接法的優點1)輸出電流比星形接法大，可以省銅，對大電流變壓器很合適，2)當一相有故障時，另外兩相可接成V形運行。（2） 缺點是沒有中性點，沒有接地點，不能接成三相四線制

25、。三、連接組及其判別1連接組根據不同的需要，一次側、二次側有各種不同接法，形成了不同的連接組別，也反映出不同的一次側、二次側的線電壓之間的相位關系。兩臺三相變壓器并聯，如果它們的一次側、二次側電壓大小一樣，但相位不同，不能并聯，要求它們的連接組別一樣才能并聯，從而說明連接組別判別的重要性。國際上規定，標志三相變壓器高、低壓繞組線電動勢的相位關系用時鐘表示法。即規定高壓側線電動勢為長針，永遠指向12點位置；低壓側線電動勢為短針，它指向幾點鐘，就是連接組別的標號。如Y，d11表示高壓邊為星形接法，低壓邊為三角形接法，一次側線電壓落后二次側線電壓相位30°。雖然連接組別有許多，但為了便于制

26、造和使用，國家標準規定了五種常用的連接組。2連接組別的判別方法在常用的連接組別中，可分成Y，y和Y，d兩類接法，下面分別介紹它們的判別方法。(1)Y，y接法 知道變壓器的繞組連接圖及各相一次側、二次側的同名端，如圖2-15a所示，可按下列步驟判別。步驟一，首先要在接線圖中標出每個相電動勢的正方向及和的正方向，一次側和二次側都指向各自的首端即1U1、2U1。再畫出一次側繞組(高壓邊)電動勢相量圖，最好按書中方位畫，這樣畫出的線電勢，正巧在鐘表“12”的位置，不用再移動了。步驟二，畫出二次側繞組的電動勢相量圖，由接線圖中的同名端可判斷出，和一次側的電動勢是同相位(即同極性)，所以它的相量圖也和一次

27、側一樣步驟三，畫出時鐘的鐘點，只要把一次側的直l放在“12”點，再把二次側作為短針放上去即可，很明顯二次側是12點，也就是0點，所以是Y，y0連接組。如果接線圖改變了，二次側的同名端換成另一端，則二次側的相電動勢反相，結果會怎樣呢?不需重新畫圖，只要把二次側的線電壓反過去180°就可以了，即由0點變成了6點，標記變成了Y，y6。當然，如果二次側不變，而把一次側的極性接反，結果也是一樣。五、處理課后習題課題三 電力變壓器的銘牌參數一、教學目標：認識電力變壓器銘牌二、教學重點、難點1、認識電力變壓器銘牌2、掌握各參數的意義三、教學時間：4學時四、教學內容一、 國產電力變壓器的銘牌1 型號型號表示變壓器的結構特點、額定容量(kVA)和高壓側的電壓等級(kV)。(1)舊型號 SJL56010。第一字母S三相，D單相；第二字母J油浸自冷，F風冷，G干式，S水冷；第三字母L鋁線，P強迫油循環；數字560額定容量(kVA)，10高壓側電壓(kV)。(2)新型號 S750010三相電力變壓器第7設計序號。S=500kVA， =10kV(高壓側)。S98010三相