電機拖動與電氣控制課程教案章節名稱第1章變壓器1.1變壓器的結構和工作原理授課時數2授課形式教學目標1.知識目標:

*掌握變壓器的基本結構組成（鐵心、繞組、絕緣材料等）及其功能。*理解變壓器的工作原理，包括電磁感應定律、變比關系及能量傳遞過程。*熟悉變壓器的空載與負載運行特性。2.能力目標:

*能夠分析變壓器參數（變比、效率、電壓調整率）對性能的影響。*具備初步設計小型變壓器的能力（如計算繞組匝數、選擇鐵心材料）。3.素質目標:

*培養學生嚴謹認真的學習態度和科學探究精神。

*提高學生分析問題和解決問題的能力。

*增強學生的實踐意識和團隊合作精神。教學重點難點1.教學重點:

*結構解析：鐵心的疊片設計（減少渦流損耗）、高低壓繞組的布置形式（同心式或交疊式）。*工作原理：法拉第電磁感應定律的應用，變比公式的推導與驗證。*運行特性：空載時的勵磁電流特性、負載時的電壓調整與效率計算2.教學難點:

*磁場分布分析：主磁通與漏磁通對變壓器性能的影響。*損耗與效率：鐵損（渦流損耗、磁滯損耗）與銅損的區分。教學內容1生活場景引入：發現變壓器的存在提問互動：“大家有沒有注意到手機充電器上的‘輸入220V，輸出5V’字樣？它是如何將高壓電變成低壓電的？”“為什么遠距離輸電需要將電壓升高到幾十萬伏特？高壓電直接送到家里會怎樣？”目的：通過日常生活中的實例（如充電器、電力塔），引發學生對“電壓變換”的興趣，并思考背后的物理原理2：變壓器的基本結構核心組件鐵心：硅鋼片疊壓結構的作用（減少渦流）、形狀分類（芯式、殼式）。繞組：高壓繞組與低壓繞組的匝數差異、絕緣材料的選擇（如環氧樹脂、Nomex紙）。附屬部件：油箱（散熱）、套管（引出線絕緣）、分接開關（調壓功能）。結構設計原則磁路閉合性：確保主磁通高效傳遞能量。散熱與絕緣：防止局部過熱和擊穿風險。3.變壓器的工作原理電磁感應定律的應用（1）電磁感應定律的應用原邊通電產生交變磁通，副邊感應電動勢變比關系推導:(理想變壓器假設)（2）空載與負載運行分析空載運行:原邊電流主要為勵磁電流，副邊開路。負載運行:副邊電流產生去磁效應，原邊電流自動調整以維持主磁通平衡。3.實驗與仿真驗證（有條件選做）（1）實驗操作空載實驗:測量空載電流I0和鐵損PFe。短路實驗:測量短路阻抗Zk和銅損PCu。負載實驗:驗證電壓調整率△U%=（U20-U2）/U20×100%。。（2）仿真演示使用PSIM或ANSYSMaxwell模擬變壓器磁場分布及能量傳遞過程。課外拓展1.電力系統：特高壓變壓器在輸電網絡中的作用（降低線路損耗）。2.電子設備：開關電源中的高頻變壓器設計（鐵氧體磁芯與繞組優化）。3.新能源領域：光伏逆變器與儲能系統中的隔離變壓器應用。4.瀏覽相關資源，完成相關作業或任務，鞏固學習成果，提升綜合素養。電機拖動與電氣控制課程教案章節名稱第1章變壓器1.2變壓器的運行原理及特性授課時數2授課形式教學目標1.知識目標:

*掌握變壓器的基本結構、工作原理及能量傳遞過程。*理解變壓器的空載、負載運行特性。*熟悉變壓器的外特性、效率特性。2.能力目標:

*能夠分析變壓器電壓、電流的變換關系。*能運用等效電路解決實際工程問題（如電壓調整率計算）。3.素質目標:

*培養安全操作意識（高壓實驗規范）。*增強團隊協作能力（小組實驗與討論）。*建立工程思維（理論與實際應用的結合）。*培養學生嚴謹認真的學習態度和科學探究精神。

*提高學生分析問題和解決問題的能力。

*增強學生的實踐意識和團隊合作精神。教學重點難點1.重點:

*變壓器的工作原理（電磁感應定律）。*變壓器的空載與負載運行特性。2.教學難點:

*磁路與電路的能量耦合關系。*三相變壓器的聯結組別與不平衡負載分析。教學內容1.變壓器基礎與原理(1)結構與分類核心部件：鐵芯（硅鋼片疊壓）、繞組（高壓/低壓線圈）。分類：電力變壓器、自耦變壓器、三相變壓器。(2)工作原理電磁感應定律推導:U1/U2=N1/N2。空載運行分析(主磁通與漏磁通)，負載運行的能量傳遞過程(電流比I1/I2≈N2/N1)。。教學方式:實物拆解演示+動態磁場仿真動畫2.運行特性與等效電路外特性曲線(電壓調整率△U%=(U20-U2)/U20×100%)效率特性(最大效率條件:銅損=鐵損)教學方式:Matlab仿真對比不同負載下的特性曲線。3.實驗與工程應用實驗設計空載實驗：測定鐵損與勵磁參數。短路實驗：測定銅損與短路阻抗。變比測試與極性判別。4.工程案例配電變壓器容量選擇（負載率與溫升關系）。變壓器并聯運行條件（變比、阻抗電壓、相位一致）。教學方式：分組實驗操作+工廠參觀（配電房實地講解）。課外拓展1.前沿技術非晶合金變壓器（節能降噪技術）。智能變壓器（集成傳感器與物聯網監控）。2.行業應用新能源領域：風電/光伏逆變系統中的高頻變壓器。軌道交通：牽引變壓器的諧波抑制技術。3.瀏覽相關資源，完成相關作業或任務，鞏固學習成果，提升綜合素養。電機拖動與電氣控制課程教案章節名稱第1章變壓器1.1變壓器的結構和工作原理授課時數2授課形式教學目標1.知識目標:

*掌握三相變壓器磁路系統的結構特點與磁通分布規律。*理解三相變壓器連接組別的定義、標號方法及其工程意義。*熟悉三相變壓器并列運行的條件及不滿足條件時的危害。2.能力目標:

*能夠通過繞組接線圖判斷三相變壓器的連接組別（如Yyn0、Dd11）。**能根據實際需求設計變壓器并列運行方案。3.素質目標:

*強化電力系統安全操作意識（如并列運行前的相位校驗）。*培養工程規范思維（遵循IEC標準與行業規程）。*提升團隊協作能力（分組完成連接組別實驗與案例分析）。*培養學生嚴謹認真的學習態度和科學探究精神。

*提高學生分析問題和解決問題的能力。

*增強學生的實踐意識和團隊合作精神。教學重點難點1.教學重點:

*三相變壓器磁路系統的分類與特點（獨立磁路與共磁路）。*連接組別的時鐘表示法（如Yd11、Dy5）及其判定方法。*并列運行的四個必要條件（變比、組別、阻抗電壓、容量比）。2.教學難點:

*繞組極性對連接組別的影響（同名端判定）。*并列運行時環流計算與負載分配不均問題分析。教學內容1.三相變壓器磁路系統磁路結構分類組式變壓器（三相磁路獨立，鐵芯柱對稱分布）。芯式變壓器（三相磁路相互關聯，中間相磁路短）。磁通分布特點空載運行時主磁通與漏磁通的相位關系。負載運行時磁路不對稱對三相電壓的影響。教學方式：三維磁路仿真動畫+鐵芯實物剖解展示。2.連接組別判定與分析繞組連接方式星形（Y）、三角形（D）接法的電壓矢量關系。中性點引出（yn、zn）的接地保護意義。組別判定方法時鐘表示法（高壓側線電壓為12點，低壓側對應相位差）。實驗法（雙電壓表法測定組別標號）。教學方式：接線圖繪制練習+Multisim電路仿真驗證。3.并聯運行條件與工程應用并聯運行條件變比相等（偏差<±0.5%）。連接組別相同（避免相位差導致環流）。短路阻抗標幺值相近（偏差<10%）。容量比不超過3:1（防止小容量變壓器過載）。故障案例分析組別不同導致環流燒毀變壓器實例（如Yy0與Yd11并聯）。阻抗電壓差異引起的負載分配不均問題。教學方式：MATLAB/Simulink環流仿真+電力系統事故錄像解析。課外拓展1.前沿技術立體卷鐵心三相變壓器（磁路對稱性優化技術）。智能相位監測裝置（實時檢測并聯變壓器相位差）。2.行業應用數據中心雙電源系統：變壓器并聯運行的冗余設計。新能源并網：三相變壓器組別對逆變器諧波抑制的影響。3.瀏覽相關資源，完成相關作業或任務，鞏固學習成果，提升綜合素養。電機拖動與電氣控制課程教案章節名稱第1章變壓器1.4其他變壓器授課時數2授課形式教學目標1.知識目標:

*掌握自耦變壓器的結構特點、電壓關系及工程應用場景。*理解電流互感器（CT）與電壓互感器（PT）的工作原理、誤差來源及接線規范。*熟悉電焊變壓器的陡降外特性、電流調節方法及電弧穩定性控制原理。2.能力目標:

*能分析自耦變壓器與雙繞組變壓器的效率差異及經濟性對比。*具備正確使用儀用互感器進行高電壓、大電流測量的操作技能。*能設計電焊變壓器的簡易電流調節電路并分析負載特性。3.素質目標:

*強化電氣安全操作意識（如互感器二次側開路/短路危害）。*培養工程實踐思維（特種變壓器的選型與調試）。*提升創新意識（新型互感器在智能電網中的應用）。*培養學生嚴謹認真的學習態度和科學探究精神。

*提高學生分析問題和解決問題的能力。

*增強學生的實踐意識和團隊合作精神。教學重點難點1.教學重點:

*自耦變壓器的等效容量計算與功率傳遞關系。*電流互感器的變比誤差、相位誤差及10%誤差曲線。*電焊變壓器的陡降外特性實現原理（串聯電抗器/磁分路法）。2.教學難點:

*自耦變壓器一、二次側共用繞組的電氣隔離風險分析。*電壓互感器的鐵磁諧振現象及抑制措施。*電焊變壓器動態負載下電弧穩定性與電流波動的關聯機制。教學內容1.自耦變壓器結構與原理單繞組設計：公共繞組（低壓側）與串聯繞組（高壓側）的電壓關系U1/U2=(N1+N2)/N2等效容量計算：S等效=(1?1/k)S額定（k為變比）。工程應用與限制優勢：體積小、成本低（適用于變比接近1的場合，如電機降壓啟動）。風險：高低壓側直接電氣連接導致絕緣要求提高。教學方式：實物拆解對比（自耦變壓器vs雙繞組變壓器）+效率計算案例。2.儀用互感器電流互感器（CT）工作原理：二次側額定電流5A/1A，嚴禁開路（避免高壓危險）。誤差分析：勵磁電流引起的比差與角差（精度等級0.2/0.5/10P）。電壓互感器（PT）工作原理：二次側額定電壓100V，嚴禁短路（采用熔斷器保護）。鐵磁諧振案例：中性點不接地系統PT飽和引發的過電壓。教學方式：Multisim仿真CT二次側開路電壓波形+PT諧振抑制實驗。3.電焊變壓器外特性與電流調節陡降特性：負載短路時電流穩定（電弧電壓20-30V）。調節方法：移動鐵芯（磁分路）或調節電抗器氣隙。電弧穩定性控制動態阻抗匹配：焊接過程中弧長變化