电工学第四章.docx
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电工学第四章
安阳鑫龙煤业（集团）技工学校教案（首页）
科室:
教务科授课时间：
课程名称
煤矿电工学
学
时
分
配
总学时:
12
讲授:
10
课程类别
必修课（√）选修课（）公选课（）
实验:
授课专业
井下电钳工
授课班级
50班
课堂讨论:
任课教师
魏晓丽
职称
助理讲师
习题课:
2
选用教材
煤炭工业出版社
机动:
教学
目的
要求
了解变压器的结构特点，掌握变压器的工作原理及其功率、效率。
了解几种常用的变压器、互感器的结构、原理。
了解直流电动机的基本结构及其工作原理。
了解三相异步电动机的基本结构及其工作原理。
教学
重点
难点
重点:
变压器的工作原理及其功率、效率;直流电动机、三相异步电动机的基本结构及其工作原理。
难点:
直流电动机、三相异步电动机的基本结构及其工作原理。
参
考
书
目
学校
审阅
意见
负责人年月日
安阳鑫龙煤业（集团）技工学校教案（内页）
授课时间：
授课章节
第四章变压器与交直流电动机
第一节变压器的结构及原理
教学目的
了解变压器的结构特点，掌握变压器的工作原理及其功率、效率。
重点与难点
教学重点
变压器的工作原理
教学难点
变压器的工作原理
教学方法
讲授法、讲练结合
教学手段
教学过程
时间分配
教学内容
学时数
教学过程设计
复习提问
组织教学
引入新课
讲授新课
课堂小结
布置作业
实验
思考题及作业题
教后感
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教学内容
教提示法及备注
变压器的结构及原理
一、变压器的作用：
变压器是一种静止的电器，它能把一种等级的交变电压变换为同频的另一种等级交变电压。
变压器除了能改变交变电压外，还可以改变交变电流、变换阻抗以及改变相位等，由此可见，变压器是输配电系统中一种重要的设备。
二、变压器的结构和铭牌
1、主要组成部分：
铁心和绕组
铁心：
变压器的磁路通道，同时也是变压器的骨架。
为了减小涡流和磁滞损耗，铁心通常由磁导率较高又相互绝缘的薄硅钢片叠合而成。
绕组：
变压器的电路部分。
由绝缘良好的漆包线或纱包线绕制而成。
工作时与电源相连的绕组称为一次绕组，与负载相连的线圈称为二次绕组。
2、变压器符号：
3、变压器分类：
按绕组和铁心的安装位置不同，分
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教学内容
教提示法及备注
为心式和壳式两种。
（见课本图示）
三、变压器工作原理
1、变压原理：
理想变压器一次、二次绕组端电压之比等于绕组的匝数比，即变压器的变压比。
当N1﹥N2时，变压器是降压变压器；当N1﹤N2时，变压器是升压变压器。
2、变流原理：
变压器工作时，一次、二次绕组中的电流跟匝数成反比，即变压器的变流比。
3、变压器的功率关系及效率
初次级电压电流的关系为：
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教学内容
教提示法及备注
则I1U1=I2U2，即P1=P2，原、副绕组视在功率近似相等。
原绕组以铁芯中的磁通为媒介，通过电磁感应的形式将能量传递到副绕组中，根据能量守恒原理，P1=P2。
但在能量的传输过程中，原、副绕组和铁芯要消耗一部分电功率，即铜损和铁损，应有：
P1=P2+P铜+P铁
变压器的效率为：
变压器的铜损和铁损一般很小，因此变压器的效率较高，小型变压器的效率为70%-80%，而大容量的变压器满载时效率可达99%以上。
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第二节几种常用的变压器
教学目的
了解几种常用的变压器、互感器的结构、原理。
重点与难点
教学重点
互感器的选择计算
教学难点
互感器的选择计算
教学方法
讲授法、讲练结合
教学手段
教学过程
时间分配
教学内容
学时数
教学过程设计
复习提问
组织教学
引入新课
讲授新课
课堂小结
布置作业
实验
思考题及作业题
教后感
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教学内容
教法提示及备注
第二节几种常用的变压器
一、三相变压器
三相变压器由三个同容量的单相变压器组成。
在每一个铁芯柱上绕有同一相的高、低压绕组，高压绕组的始端分别用1U1、1V1、1W1表示，末端用2U1、2V1、2W1表示；低压绕组的始端用1U2、1V2、1W2表示，末端用2U2、2V2、2W2表示，零点用○表示。
电力变压器常用的接法为Y/Y0-12、Y/△-11、Y0/△-11等，其中分子表示原绕组的接法，分母代表副绕组的接法；符号后面的数值11或12代表变压器的连接组别，表示变压器原、副绕组线电压的相位关系。
变压器的连接组别的区分采用时钟法表示，即把时钟的长针作为高压侧线电势的矢量，把它放在钟面12的数字上；把时钟的短针作为低压侧线电势的矢量，短针在钟面上所指的数字即为变压器的连接组别。
三相变压器的连接组别所课本图示所示。
二、自耦变压器
将变压器的副绕组与原绕组合并，即原绕组的一部分兼作副绕组，这种变压器称为自耦变压器。
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教学内容
教法提示及备注
低压小容量的自耦变压器，其副绕组的一个接头常做成自由滑动的触头，次级电压可平滑地调节，这种变压器称自耦变压器。
自耦变压器有单相，也有三相的。
三相自耦变压器接成星形，可用作三相异步电动机的起动设备。
自耦变压器的原理与普通变压器相同，原、副绕组两端的电压之比仍为：
一般自耦变压器的变比为1.25-2。
自耦变压器不允许作为安全变压器使用，万一接错线路，将会发生触电事故。
三、互感器
互感器是电工测量和自动保护装置中使用的特殊双绕组变压器。
使用互感器的目的在于使测量仪表与高压电路隔开，以保证安全；另一方面上扩大测量仪表的量程。
根据用途不同，互感器可分为电流互感器和电压互感器两种。
1、电压互感器
电压互感器的原理接线图和外形结构图如图
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教学内容
教法提示及备注
所示（课本图示）。
使用时将匝数多的高压绕组接在待测的供电线上，匝数少的低压绕组与电压表相联，其工作原理与普通变压器空载状态时相似，即：
被测的电压等于次级所测出的电压乘以电压互感器的变比。
电压互感器的副绕组和铁壳均需接地，以防止因高低压绕组间绝缘损坏，低压绕组和测量仪表对地出现危及工作人员安全；同时副绕组不能短路，短路时电流过大将烧毁互感器。
不论是哪一种型号的电压互感器，其次级电压皆为100V。
2、电流互感器
电流互感器原绕组只有一匝或几匝，用粗导线绕成；副绕组匝数较多，用细导线绕制。
使用时原绕组与待测电流的负载串联；副绕组与电流表联成一闭合回路。
工作原理与普通变压器相似，即：
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第三节直流电动机的结构和工作原理
教学目的
了解直流电动机的基本结构及其工作原理。
重点与难点
教学重点
直流电动机的结构、工作原理
教学难点
直流电动机的工作原理
教学方法
讲授法、讲练结合
教学手段
教学过程
时间分配
教学内容
学时数
教学过程设计
复习提问
组织教学
引入新课
讲授新课
课堂小结
布置作业
实验
思考题及作业题
教后感
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教学内容
教法提示及备注
第三节直流电动机的结构和工作原理
直流电动机最大的特点是调速平滑、调速范围广和起动转矩大。
矿用提升机、电机车往往采用直流电动机拖到。
一、直流电动机的基本结构
直流电动机由两大部分组成，即固定部分（定子）和转动部分（电枢）。
1、定子
定子包括主磁极、换向磁极、机座、端盖和电刷架等。
1）主磁极
主磁极的主要作用是产生磁场，它由铁芯、极靴和励磁绕组组成，当励磁线圈通过直流电流时，铁芯就成为一个固定极性的磁极。
主磁极的数目均为偶数如2极、4极、6极……等。
2）换向磁极
换向磁极的铁芯多采用扁钢，大容量电动机才采用薄钢片叠成。
换向磁极由铁芯和套在上面的绕组构成，通常安装在两个相邻的主磁极中心线上。
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教法提示及备注
3）机座
机座通常由铸铁或钢板焊接而成。
它由电动机的骨架，用以固定主磁极、换向磁极和端盖等部件。
4）端盖
端盖用以保护电动机免受外界损害，同时支撑轴承，固定电刷装置。
5）电刷装置
电刷装置是将直流电引入旋转电枢绕组的一个重要部件。
2、电枢
电枢主要包括电枢铁芯、电枢绕组、换向器、风扇和转轴等。
1）电枢铁芯
电枢铁芯采用0.3-0.5mm厚冲有槽孔的硅钢片叠压而成。
片间涂有一层绝缘漆，以减少电枢旋转时产生的涡流。
2）电枢绕组
电枢绕组用铜线或扁钢线绕成线圈，嵌入电枢铁芯的槽内，然后按一定规则与换向片相联而成。
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教学内容
教法提示及备注
3）换向器
换向器由紧压在一起的许多换向片组成，片间用云母隔开。
整个换向片组用V形钢环和螺旋压圈固定在钢套上。
三、直流电动机的工作原理
当直流电动机的电枢绕组和励磁绕组都与直流电源接通后，励磁绕组产生磁场，使主磁极产生固定极性。
电枢绕组在励磁绕组所产生的磁场中受到电磁力的作用，产生电磁转矩，从而使电枢旋转。
电磁转矩的大小，与电枢绕组中的电流IS及主磁通Φ的乘积成正比，即：
M=CMΦIS
式中CM-电动机转矩常数；
Φ-励磁绕组产生的主磁通，Wb；
IS-电枢电流，A。
电枢转动后又将切割主磁通Φ而产生感应电动势。
根据楞次定律可知，这个感应电动势与接在电枢两端的电压极性相反，它有限制电流流入电枢的趋势。
所以就把此感应电动势叫做反电动势，以E反
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教学内容
教法提示及备注
来表示。
它的大小为：
E反=CeΦn
式中Ce-与电动机结构有关的常数；
n—电机的转速，r/min。
上式说明，直流电动机的反电动势与电动机的转速、主磁通成正比，即电动机转速越高，主磁通越大，电枢上的反电动势越高。
由于电枢绕组中存在反电动势，所以加在电枢绕组两端的电压应为两部分，一部分用来平衡电动机的反电动势E反，另一部分就是电枢绕组的电阻电压降。
用公式表示为：
U=E反+ISRS
式中RS-电动机电枢绕组的电阻，Ω。
三、直流电动机的分类及机械特性
直流电动机按励磁方式可分为他励和自励两大类。
所谓他励，是指励磁电流由另外的电源供给，与电枢电路没有电的联系。
所谓自励，是指发电机所需的励磁电流由该电机自身电枢供给。
自励电动机又分为并励、串励和复励三种类型。
四、直流电动机的铭牌
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教学内容
教法提示及备注
1、型号
产品型号是便于使用、制造、设计等部门进行业务上联系和简化技术文件中产品名称、规格、型式等叙述而引起的一种代号。
直流电动机的型号是用汉语拼音字母和阿拉伯数字表示的。
2、额定值
（1）额定功率：
在额定条件下，电动机轴上输出的有效机械功率，单位为W或kW。
（2）额定电压：
在额定电压下，加在电动机电枢绕组两端的直流电压。
（3）额定电流：
电动机在额定条件下从电源取用的电流，不超过该值时，电动机的各导电部分的温升不超过允许值。
（4）额定转速：
在额定条件下，电动机电枢的转速。
3、接线标记
在使用电动机时，应仔细分清接线板上各出线端的标记，以防接错线而造成事故。
直流电动机在使用中应特别注意的问题是：
励磁绕组电路绝对不允许开路。
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第四节三相异步电动机
教学目的
了解三相异步电动机的基本结构及其工作原理。
重点与难点
教学重点
三相异步电动机的基本结构
教学难点
三相异步电动机的基本结构
教学方法
讲授法、讲练结合
教学手段
教学过程
时间分配
教学内容
学时数
教学过程设计
复习提问
组织教学
引入新课
讲授新课
课堂小结
布置作业
实验
思考题及作业题
教后感
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教学内容
教法提示及备注
第四节三相异步电动机
一、三相异步电动机的基本结构
三相异步电动机由两个基本部分组成：
静止部分-定子；转动部分-转子。
定子与转子之间有一个很小的间隙为空气隙，它是磁路的一部分。
1.定子
定子由机座、定子铁芯和定子绕组三部分组成。
1）机座
机座的主要作用是固定和支撑定子铁芯，同时也是主要的通风散热部件。
中、小型异步电动机一般采用铸铁机座；中等容量以上的异步电动机一般采用钢板焊接的机座。
2）定子铁芯
定子铁芯是电动机磁路的一部分。
为了减少涡流损耗，定子铁芯由0.5mm厚的硅钢片叠成筒形装在机座内。
在硅钢片两面涂以绝缘漆作为片间绝缘。
3）定子绕组
三相定子绕组是产生旋转磁场的电路部分，它由绝缘材料包扎的扁钢线绕制而成。
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2.转子
三相异步电动机的转子分为鼠笼式和绕线式两种。
1）鼠笼式转子
鼠笼式转子铁芯也是由0.5mm厚两面涂有绝缘漆的硅钢片叠成，压装在转子轴上。
转子外圆周上冲有许多均匀的平行槽，用来嵌放转子绕组。
鼠笼式转子绕组是由安放在转子铁芯槽内的裸导条和两端的环形端环连接而成。
如果去掉转子铁芯，绕组的形状就像一个“鼠笼”，故称为鼠笼式转子。
2）绕线式转子
绕线式转子的铁芯和鼠笼式转子的铁芯相同，一般都是直槽。
转子绕组与定子绕组类似，在小型电动机中常采用单层同心式绕组；在中型电动机中多采用双层波绕组。
二、三相异步电动机的工作原理
三相异步电动机是依靠旋转磁场的作用是电动机旋转的。
1.旋转磁场的建立
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教学内容
教法提示及备注
三相绕组成星形连接，首端和尾端彼此相差1200，对称分布在定子铁芯中。
当三相对称定子绕组接入对称的三相电源时，随着定子绕组中的三相电流不断变化，它所产生的合成磁场也就在空间不断地旋转。
2.异步电动机的工作原理
当三相异步电动机的三相绕组接入三相交流电源后，在定子内的空间便产生旋转磁场。
假定旋转磁场按顺时针方向旋转，则静止的转子与旋转磁场间就有相对运动，相当于磁场不动，转子导体以逆时针方向运动切割磁力线。
按照右手定则可确定转子上半部导线产生的感应电动势的方向是由纸面垂直出来的，下半部导线产生的感应电动势的方向是垂直纸面进去的。
由于转子绕组是闭合的，故便在转子绕组中产生感应电流。
载流的转子绕组在磁场中受力，其方向用左手定则确定。
这时电磁力对轴形成一个转矩，称为电磁转矩。
在电磁转矩的作用下，转子就顺着旋转磁场的方向并以小于旋转磁场的转速转动。
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教学内容
教法提示及备注
三、异步电动机的铭牌
每一台电动机上都有铭牌，它给用户提供了简要的正确使用和维修这台电动机的数据。
1）型号：
表示电动机的品种、性能、防护型式、转子类型等。
国产异步电动机的型号用汉语拼音字母和阿拉伯数字组成。
2）功率：
表示满载运行时电动机轴上所输出的额定机械功率，单位为kW。
3）电压：
指接在电动机绕组上的额定线电压。
电动机所接的电压值的变动一般不应超过额定值的
5%，单位为V。
4）电流：
指电动机在额定电压和额定功率下，输出额定功率时三相定子绕组的线电流，单位为A。
5）频率：
指电动机所接交流电源的频率。
我国电力网的频率规定为50HZ。
6）转速：
对于异步电动机，指在额定电压、额定频率和额定负载下，电动机每分钟的转数。
7）绝缘等级：
表示电动机所用材料的绝缘等级，它决定了电动机的允许温升。
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