资源简介

任务19 认识常用变压器
课 时：4课时
一、教材分析与处理
本课题选自高等教育出版社出版、崔陵主编的浙江省电气技术应用专业课程改革成果教材《电工基本电路安装与测试》项目五认识电动机与变压器，任务4认识常用变压器。
变压器是变电系统的核心设备。教材内容主要包括“认识常用变压器、检测小型变压器、判别变压器的同名端”等内容。变压器是学生学习的第四个电磁器件，教材中给定常见变压器若干，通过外观识别变压器的类型，会测量变压器，判断变压器的同名端。因此，根据“做中学、做中教”的教学理念，围绕“认识常用变压器”这一具体的工作任务，将教材中的教学内容划分为“认识常用变压器、检测小型变压器、判别变压器的同名端”等具体的任务。
二、学情分析
授课对象是电气技术应用、电气运行与控制等专业一年级学生，《电工基本电路安装与测试》是学生专业学习的第一门专业核心课程。高一学生学习基础一般，学生学习能力较弱。通过前面学习，学生已认识电动机、电感器等，并具备一定的电磁知识。学生对学习本课程的知识、技能有较强烈的兴趣与愿望。
三、设计理念
电工基本电路的识图、安装、测试与应用是本课程的核心技能。基于现代教育思想和教学理论，充分利用信息化技术、数字化资源和理实一体教学环境，通过转换教师角色、优化教学内容、创新教学方法、加强师生互动、注重过程评价等手段，通过“认识常用变压器、检测小型变压器、判别变压器的同名端”等具体的任务学习，引导学生主动探索、勤于动手、相互竞争学习，激发学生学习兴趣和参与意识，体验“学中做”、“做中学”的乐趣，引导学生通过学习过程的认识常用变压器，提高学习兴趣，激发学习动力，掌握相应的知识和技能。
四、教学目标
1.知识目标
（1）知道互感现象。
（2）知道变压器的分类，熟悉变压器的作用，熟悉常用变压器的功能和典型应用。
2.技能目标
（1）会测量小型变压器。
（2）会判断变压器的同名端。
3.情感目标
（1）感受学习电气技术的乐趣，激发学习兴趣。
（2）养成仔细观察、认真记录的职业素养。
五、教学重点与难点
1.教学重点：常见变压器的识别
2.教学难点：变压器同名端的判别
六、教法与学法
1.学法
建议根据学情设计任务书，学生根据任务书，通过小组合作学习，认识常用变压器、检测小型变压器、判别变压器的同名端，养成仔细观察、认真记录的职业素养。
2.教法
主要采用任务驱动法，以“认识变压器”为任务主线，应用实践操作法，让学生做中学，达成教学目标。
七、教学准备
1.教师准备
学习任务书1份/人，常见变压器若干/组，万用表1只/组。
2.学生准备
按同组异质对学生进行分组，每组2人。1人为检测员，1人为记录员，操作过程中，2人互换角色。
八、课时安排
4课时
九、教学资源
教学课件（高等教育出版社中职网站http://sve..cn下载）、任务书（教师根据学情设计）。
十、教学实施建议
1．建议本课在具有理实一体教学功能的“电工基本电路安装与测试实训室”进行，要求实训室设置理论学习区和实践操作训练区，配备多媒体教学设备、计算机及互联网、参考资料柜、器材柜、工具柜等设施，使实训室具备知识讲授、实践操作、小组讨论、成果展示、资料检索等功能，保障学习性工作任务的实施，为完成课程设计目标提供有力支撑。
2．为了保证教学效果，建议课前培养“小导师”，作为课堂教学的助手。
3．建议为每组学生配备电动机2台，以保证每位学生都能进行实践操作。
4．课堂教学组织建议采用“任务导入—任务实施—任务小结—任务拓展—评价反馈”的流程形式。
十一、教学过程
（一）任务导入
实物（如常用变压器）演示及列举实例，让学生认识变压器，激发学生学习兴趣，明确本次课的学习任务。
（二）任务实施
任务1 认识常用变压器
教师讲解电变压器的基础知识：
（1）互感现象
如图所示，A、B是两个互相独立的线圈，线圈B套在线圈A的外面，线圈A与开关S、滑动变阻器RP及直流电源E串联组成闭合电路，线圈B与灵敏电流计串联组成闭合回路。在开关S闭合的瞬间，灵敏电流计指针偏转；当线圈A电路中电流稳定时，灵敏电流计指针不偏转；当改变滑动变阻器RP的阻值时，灵敏电流计指针偏转；在开关S断开瞬间，灵敏电流计指针偏转。
研究互感现象
结论：当线圈A中的电流发生变化时，线圈B产生了感应电动势。由于一个线圈的电流变化，导致另一个线圈产生感应电动势的现象，称为互感现象。在互感现象中产生的感应电动势，叫互感电动势。
（2）变压器的基本原理
变压器是由一个矩形铁心和两个互相绝缘的线圈所组成的装置，是利用互感原理工作的，如图所示。两个线圈中，左边一个线圈与交流电源相接，称为原线圈，又称初级线圈或一次线圈（一次侧），右边一个线圈与用电设备（如电灯、电动机等）或电路元件（如电阻、电感等）相接叫副线圈，又称次级线圈或二次线圈（二次侧）。
最简单的变压器
①如图所示，将变压器的原线圈接上交流电压，副线圈不接负载，变压器空载运行。
变压器空载运行原理图
设原线圈匝数为N1，副线圈匝数为N2，忽略线圈内阻，变压器原、副线圈的电压比
==n
n为变压器的变压比。
变压器原、副线圈的电压比等于它们的匝数比。如果N1 < N2，n< 1，电压上升，称为升压变压器。如果N1 > N2，n>1，电压下降，称为降压变压器。
②变换交流电流
将变压器视作理想变压器，变压器的输入功率全部消耗在负载上，即
U1I1= U2I2
===
变压器工作时原、副线圈的电流与线圈的匝数成反比。变压器不但能改变原、副边（初、次级）电压，还能改变原、副边（初、次级）的电流。
③变换交流阻抗
变压器负载运行时，设变压器初级输入阻抗为z1，次级负载阻抗为z2，则
z1=n2 z2
这说明变压器副边接上负载z2时，相当于原边接上一个阻抗为n2 z2的负载。
（3）变压器的分类
用途分：电力变压器、试验变压器、仪表变压器、特殊用途变压器
按相数分：三相变压器、单相变压器
按绕组形式分：三绕组变压器、双绕组变压器和自耦变压器
按铁心形式分：心式变压器、壳式变压器、环型变压器
按冷却方式分：油浸式变压器、干式变压器、充气式变压器、蒸发冷却变压器
教师结合实物讲解：
变压器的图形符号如图所示，文字称号为T。
（a）双绕组变压器 （b）三绕组变压器
变压器的一般图形称号
（1）电力变压器
为有效解决“输电要经济用电要安全”的矛盾，在电力系统中广泛采用了电力变压器。由于电力系统是三相供电系统，因此，电力变压器大部分是三相变压器。常用电力变压器如图所示。
电力变压器
（2）小型变压器
①电源变压器
电源变压器的功能是功率传送、电压变换和绝缘隔离，作为一种主要的软磁电磁元件，在电源技术中和电力电子技术中得到广泛的应用。其外形如图所示。
小型电源变压器
②高频变压器
高频变压器是指用在高频电路中的变压器，如图所示。主要用于高频开关电源中作高频开关电源变压器，也有用于高频逆变电源和高频逆变焊机中作高频逆变电源变压器的。
中频变压器
③环形变压器
环形变压器的铁心是用优质冷轧硅钢片，无缝地卷制而成，这就使得它的铁心性能优于传统的叠片式铁心，如图所示。广泛应用于家电设备和其它技术要求较高的电子设备中，它的主要用途是作为电源变压器和隔离变压器。
环形变压器
（3）自耦变压器
自耦变压器是原、副线圈共用一部分绕组，它们之间不仅有磁耦合，还有电的关系，如图所示。
（a）实物图 （b）原理图
自耦变压器
常见的交流调压器、家用小型交流稳压器内的变压器、三相电机自耦减压起动箱内的变压器等，都是自耦变压器的应用范例。
自耦变压器原、副线圈电压之比和电流之比的关系为
（4）互感器
互感器是一种专供测量仪表、控制设备和保护设备中使用的变压器。
①电压互感器
电压互感器的作用是将电力设备上的高电压变换成低电压（一般电压互感器的二次侧电压都设计为100V），再供给测量仪表。常用电压互感器如图所示。
电压互感器实质上就是降压变压器，因此主要构造和工作原理与降压变压器相似。
使用时，电压互感器的高压绕组跨接在需要测量的供电线路上，低压绕组则与电压表相连，如图所示。电压互感器高压侧的电压U1等于所测量电压U2和变压比n的乘积，即
U1=n U2
电压互感器 电压互感器的接线
②电流互感器
电流互感器的作用是把电路中大电流变成小电流（一般电流互感器的二次侧电流都设计为5A），再供给测量仪表。常用电流互感器如图所示。
电流互感器的主要构造与普通双绕组变压器相似。不同点在于原绕组匝数很少，它串联在被测电路中；副绕组的匝数比较多，常与电流表或其他仪表或电路的电流线圈串联成闭合回路。
电流互感器的工作原理与普通双绕组变压器相似。电流互感器副边的额定电流通常为5A，原边额定电流在10～25 000A之间。
使用时，电流互感器的初级绕组与待测电流的负载串联，次级绕组则与电流表串联成闭和回路，如图所示。电流互感器通过负载的电流等于所测电流和变压比倒数的乘积，即
I1=
电压互感器 电压互感器的接线
教师巡视、指导、答疑，并根据学生学习情况解疑，点评学生学习情况。
任务2 检测小型变压器
教师讲解检测小型变压器操作要点。
（1）用万用表检测小型变压器的绕组
将万用表拨至合适的电阻挡，按照小型变压器的各绕组引脚排列规律，逐一检查各绕组的通断情况，检测出小型变压器的绕组，进而判断其绕组是否正常，如图所示。
用万用表检测小型变压器绕组电阻值
（2）用兆欧表判断小型变压器的好坏
将兆欧表的两个接线端分别接被测变压器的两个测试端，如图所示，以120r/min的速度用手平稳地摇动手柄。
兆欧表测量绝缘电阻
分别用兆欧表测出初级绕组与次级绕组间的电阻值；初级绕组与外壳之间的电阻值；次级绕阻与外壳之间的电阻值。当测量的电阻值为无穷大时，电源变压器正常；当测量的电阻值为零时，电源变压器有短路性故障；当测量的电阻值小于无穷大，但大于0时，有漏电性故障。
一般小型变压器（工作电压在220V左右的）绝缘电阻值在2MΩ以上时为正常，若小于0.5MΩ以下时就不能使用。
学生检测小型变压器，并在任务书作相关记录。
教师巡视、指导、答疑，并根据学生学习情况解疑，点评学生学习情况。
任务3 判别变压器的同名端
教师讲解变压器同名端判别方法。
互感线圈由于电流变化所产生的自感电动势极性与互感电动势的极性始终保持一致的端点叫同名端，反之叫异名端。
在电路中，一般用“ ”表示同名端，如图所示。在标出同名端后，每个线圈的具体绕法和它们之间的相对位置就不需要在图上表示出来了。
同名端的表示法
同名端的判定方法如下。
（1）根据线圈绕向判定
如图所示，线圈L1通有电流i，并且电流随时间增加时，电流i所产生的自感磁通和互感磁通也随时间增加。由于磁通的变化，线圈L1中要产生自感电动势，线圈L2中要产生互感电动势。以磁通Ф作为参考方向，应用右手螺旋定则，则线圈L1上的自感电动势A点为正极性点，B点为负极性点；线圈L2上的自感电动势C点为正极性点，D点为负极性点。由此可见，A与C、B与D的极性相同。
互感线圈的极性
因此，无论电流从哪一端流入线圈，大小变化如何，A与C、B与D端的极性都保持一致，即线圈绕向一致的A与C、B与D为同名端。
（2）用实验法判定
若不知道线圈的具体绕法，可以用实验法来判定。如图所示是判定同名端的实验电路。当开关S闭合时，电流从线圈的端点1流入，且电流随时间在增大。若此时电流表的指针向正方向偏转，说明1与3是同名端，否则1与3是异名端。
同名端的判定方法
学生小组合作，根据任务书，判别变压器同名端，并将相关记录填入任务书中。
教师巡视、指导、答疑，并根据学生操作情况解疑，点评学生学习情况。
（三）任务小结
学生小结本次课知识与技能要点，以小组为单位完成任务评价表。
任务评价表
序号 考核项目 配分 评分细则 得分
1 认识常用变压器 30 1. 能正确认识常用变压器，识别错误5分 2. 能正确画出变压器的图形符号，符号错误每个扣5分
2 检测小型变压器 30 能正确检测小型变压器的绕组，检测错误每个扣5分 能正确检测变压器的绝缘电阻，检测错误每个扣5分 能正确使用仪表，使用仪表错误每处扣10分
3 判别变压器的同名端 20 能正确判别变压器的同名端，判别错误每个扣10分 能正确使用仪表，使用仪表错误每处扣10分
4 安全文明生产 20 1.劳动保护品穿戴符合要求，不符合要求每次扣5分 2．严格遵守操作规程，违规操作每次扣10分 3．安全文明操作，工完场清，不整理工位扣10分
合计 100
教师小结；点评、分析学生学习情况；布置作业。
（四）任务拓展
本内容视教学情况，可安排为学生课后延伸拓展作业。
学习变压器的功率等相关知识。
十二、作业布置
1.教材P154第6、7题。
2.学习辅导与练习P91－95任务4认识常用变压器。
3.完成任务评价表相关内容。
十三、教学反思
1.学生学习情况反馈
教学的亮点、不足及改进策略
教学附件:
课后拓展材料
1.变压器的功率
变压器原边的输入功率
P1 =U1I1 cos1
变压器副边的输出功率
P2 =U2I2 cos2
变压器功率损耗包括铁损和铜损两部分。铁损是由于交变的主磁通在铁心中产生的磁滞损耗和涡流损耗引起的。铁损基本不变。铜损是由于原、副边绕组有电阻，电流在电阻上要损耗一定的功率。负载变化时，原、副边绕组的电流要相应变化，铜损也随之变化。
变压器的功率损耗为
P =PCu+PFe
变压器的功率损耗等于输入功率与输出功率之差，即
P =P1 P2
2．变压器的效率
变压器的效率为变压器输出功率与输入功率的百分比，即
由于变压器的铁损和铜损都很小，变压器的效率很高，大容量变压器的效率可达98%～99%，小型电源变压器效率约为70%～80%。
3. 涡流
把块状金属放在交变磁场中，金属块内将产生感应电流。这种电流在金属块内自成回路，象水的旋涡，因此叫涡电流，简称涡流。
由于整块金属电阻很小，所以涡流很大，不可避免地使铁心发热，温度升高，引起材料绝缘性能下降，甚至破坏绝缘造成事故。铁心发热，还使一部分电能转换为热能白白浪费，这种电能损失叫涡流损失。
为减小涡流损失，电动机和变压器的铁心通常不用整块金属，而用涂有绝缘漆的薄硅钢片叠压制成。
铁心采用硅钢片，是因为这种钢比普通钢电阻率大，可以进一步减少涡流损失，硅钢片的涡流损失只有普通钢片的1/5 ~1/4。
在一些特殊场合，涡流也可以被利用，如可用于有色金属和特种合金的冶炼。利用涡流加热的电炉叫高频感应炉，如图所示。它的主要结构是一个与大功率高频交流电源相接的线圈，被加热的金属就放在线圈中间的坩埚内，当线圈中通以强大的高频电流时，它的交变磁场在坩埚内的金属中产生强大的涡流，发出大量的热，使金属熔化。
高频感应炉

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