【正文】 第 2 課時課題:電磁學基礎(chǔ)知識教學目的和要求: 補充了解磁場的基本物理量以及鐵磁材料的性質(zhì)和磁路歐姆定律，掌握交流鐵心線圈電路中的電磁關(guān)系并了解其功率損耗情況。重點與難點:掌握鐵磁材料的性質(zhì)、交流鐵心線圈電路中的電磁關(guān)系及其功率損耗。教學方法: 繪圖說明，簡單推正，結(jié)論分析，應(yīng)用介紹，案例教學。預復習任務(wù): 復習前期學的《電工技術(shù)基礎(chǔ)》相關(guān)知識。一、磁路的基本物理量磁場可由電流產(chǎn)生，用磁感線來描述。磁場的強弱可用磁感線的疏密程度來表示。磁感線可以看成是無頭無尾的閉合曲線。1)磁感線的回轉(zhuǎn)方向和電流方向之間的關(guān)系遵守右手螺旋法則。 2)磁感線總是閉合的，既無起點，也無終點。 3)磁場中的磁感線不會相交，因為磁場中每一點的磁感應(yīng)強度的方向都是確定的、唯一的。 磁場中穿過某一截面積A的總磁線數(shù)稱為通過該面積的磁通量，簡稱磁通Ф，單位WB。磁場中穿過某一截面積A的總磁線數(shù)稱為通過該面積的磁通量，簡稱磁通Ф，單位WB。 當線圈中通以電流后，大部分磁感線沿鐵心、銜鐵和工作氣隙構(gòu)成回路，這部分磁通稱為主磁通；還有一部分磁通，沒有經(jīng)過氣隙和銜鐵，而是經(jīng)空氣自成回路，這部分磁通稱為漏磁通。 磁通經(jīng)過的閉合路徑叫磁路。磁路和電路一樣，分為有分支磁路和無分支磁路兩種類型。2．磁感應(yīng)強度B 描述磁介質(zhì)中實際的磁場強弱和方向的物理量，是矢量，用B表示。均勻磁場中，若通過與磁感線垂直的某面積A的磁通為Ф，則 B = Ф/ A 所以磁感應(yīng)強度也稱磁通密度，單位T3．磁場強度H 是進行磁場計算時引進的一個物理量，電流產(chǎn)生磁場外，介質(zhì)被磁化后還會產(chǎn)生附加磁場。單位安每米。 H代表電流本身產(chǎn)生的磁場的強弱，反映了電流的勵磁能力，大小只與該電流的大小成正比，與介質(zhì)的性質(zhì)無關(guān)； B代表電流所產(chǎn)生的以及介質(zhì)被磁化所產(chǎn)生的總磁場的強弱，其大小不僅與電流的大小有關(guān)，還與介質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)。4．磁導率μ磁感應(yīng)強度B與磁場強度H之比，是衡量物質(zhì)導磁能力的物理量。μ = B / Hμ為導磁物質(zhì)的磁導率。真空的磁導率為 。鐵磁材料的 ，例如鑄鋼的μ約為 的1000 倍，各種硅鋼片的μ約為 的6000～7000 倍。5．磁場儲能 磁場能夠儲存能量，這些能量是在磁場建立過程中由其他能源的能量轉(zhuǎn)換而來的。電機就是借助磁場儲能來實現(xiàn)機電能量轉(zhuǎn)換的。二、磁性材料的性質(zhì)1．高導磁性磁性物質(zhì)的內(nèi)部存在著很多很小的區(qū)域，稱為“磁疇”，磁化前，無外磁場的作用，雜亂無章地排列，磁場互相抵消，對外界不顯示磁性。若將鐵磁材料放入磁場，在外磁場的作用下，磁疇的軸線趨于一致，形成一個附加磁場，疊加在外磁場上，從而使合成磁場大為增強。變壓器和電機中的磁場是由通過線圈的電流來產(chǎn)生，這些線圈都是繞在磁性物質(zhì)（稱為鐵心）上的。采用鐵心后，在同樣的電流下，鐵心中的磁感應(yīng)強度B和磁通Ф將大為增加，且比鐵心外的B和Ф大很多，一方面可用較小的電流產(chǎn)生較強的磁場，另一方面可使絕大部分磁通集中在由磁性材料限定的空間內(nèi)。2．磁飽和性如上圖中：oa段，外磁場H較弱，H的增加主要是與外磁場同方向的磁疇邊界增大的過程，B的增加緩慢；ab段，外磁場H較強，主要是磁疇沿外磁場的方向轉(zhuǎn)動的過程，B迅速增大；bc段，可隨外磁場方向轉(zhuǎn)動的磁疇越來越少，H的增加變慢，出現(xiàn)了磁飽和現(xiàn)象；cd段，類似于真空中的情況。3．磁滯性磁性材料都具有保留其磁性的傾向，B的變化總是滯后于H的變化，稱磁滯現(xiàn)象。當H降為零時，保留的磁感應(yīng)強度Br稱為剩磁強度，永久磁鐵的磁性就是由Br產(chǎn)生的。三、磁路的歐姆定律正如電動勢作用在一定電阻的電路上產(chǎn)生的電流遵循歐姆定律一樣，一定的磁動勢作用在一定磁阻的磁路上可以產(chǎn)生磁通。磁通的大小同樣遵循磁路的歐姆定律。當磁路中有空氣隙存在，磁路的磁阻Rm將顯著增加。四、鐵心損耗1．磁滯損耗Ph磁性材料被交變磁化時，磁疇之間相互摩擦，要消耗能量，對應(yīng)的功率損耗Ph = KhfBmαV式中α與材料的性質(zhì)有關(guān)，——，V為鐵心體積2．渦流損耗Pe磁性材料不僅是導磁材料，又是導電材料。在交變磁場作用下，鐵心是也會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，從而在垂直于磁通方向的鐵心平面內(nèi)產(chǎn)生旋渦狀的感應(yīng)電流表，稱渦流。渦流在鐵心電阻上的功率損耗稱渦流損耗。Pe = Ked2f2Bm2V 式中d為鋼片厚度第 4 課時課題:變壓器的工作原理和結(jié)構(gòu)教學目的和要求: 變壓器的一種機電能量轉(zhuǎn)換或信號轉(zhuǎn)換的電磁機械裝置。要求根據(jù)電磁感應(yīng)原理掌握變壓器的工作原理、電力變壓器的基本結(jié)構(gòu)、電力變壓器額定值的計算、了解電力變壓器的型號及主要系列。重點與難點:重點是變壓器的工作原理、電力變壓器的額定值的計算。難點是變壓器的工作原理、電力變壓器的結(jié)構(gòu)。教學方法:以變壓器的廣泛應(yīng)用為切入點，以圖片和實物為依托，說明其工作原理。繪圖說明，簡單推正，結(jié)論分析，應(yīng)用介紹。預復習任務(wù): 完成課后作業(yè)l 變壓器：是一種靜止的電氣設(shè)備。它是根據(jù)電磁感應(yīng)的原理，將某一等級的交流電壓和電流轉(zhuǎn)換成同頻率的另一等級電壓和電流的設(shè)備。l 作用：變換交流電壓、變換交流電流和變換阻抗。一、變壓器的基本工作原理變壓器是在一個閉合的鐵心磁路中，套上兩個相互獨立的、絕緣的繞組，這兩個繞組之間只有磁的耦合，沒有電的聯(lián)系，如圖11所示。一次繞組（也稱原繞組或初級繞組）：接交流電源；其匝數(shù)為N1；二次繞組（也稱副繞組或次級繞組）：接負載；其匝數(shù)為N2。當在一次繞組中加上交流電壓u1時在一、二次繞組中其感應(yīng)電動勢瞬時值分別為 （11）二、變壓器的應(yīng)用與分類：變壓器能夠變換交變電壓、變換交變電流、變換阻抗。：l）電力變壓器：供輸配電系統(tǒng)中升壓或降壓用。2）特殊變壓器：如電爐變壓器、電焊變壓器和整流變壓器等。3）僅用互感器：如電壓互感器與電流互感器。4）試驗變壓器：高壓試驗用。5）控制用變壓器：控制線路中使用。6）調(diào)壓器：用來調(diào)節(jié)電壓。三、電力變壓器的基本結(jié)構(gòu)電力變壓器主要由鐵心、繞組、絕緣套管、油箱及附件等部分組成。以油浸式電力變壓器為例其基本結(jié)構(gòu)如圖1－2所示。鐵心是變壓器的磁路部分，是繞組的支撐骨架。鐵心由心柱和磁軛兩部分組成，表面涂有絕緣漆的熱軋硅鋼片或冷軋硅鋼片疊裝而成。繞組是變壓器的電路部分，常用絕緣銅線或鋁線繞制而成。工作電壓高的繞組稱為高壓繞組，工作電壓低的繞組稱為低壓統(tǒng)組。絕緣套管是變壓器繞組的引出裝置，將其裝在變壓器的油箱上，實現(xiàn)帶電的變壓器繞組引出線與接地的油箱之間的絕緣。油箱安裝變壓器的鐵心與繞組。變壓器油起絕緣和冷卻作用。電力變壓器附件還有安全氣道、測溫裝置、分接開關(guān)、吸濕器與油表等。四、電力變壓器的額定值與主要系列(1)額定容量SN :指的是變壓器的視在功率，單位為VA或kVA。:SN=UN1IN1=UN2IN2 （1－2）:SN=UN1IN= UN2IN2 （1－3）(2)額定電壓U1N和U2NUN1為一次側(cè)繞組額定電壓，它是根據(jù)變壓器的絕緣強度和允許發(fā)熱條件而規(guī)定的一次繞組正常工作電壓值。UN2為二次繞組額定電壓，它是當一次繞組加上額定電壓，二次繞組的空載電壓值。對于三相變壓器，額定電壓值指的是線電壓，單位為V或kV。(3)額定電流IN1和IN2 :額定電流是根據(jù)允許發(fā)熱條件所規(guī)定的繞組長期允許通過的最大電流值，單位是A或KA。IN1是一次繞組的額定電流；IN2是二次繞組的額定電流。對于三相變壓器，額定電流是指線電流。(4)額定頻率f我國規(guī)定的標準工業(yè)用電頻率為50HZ。2．電力變壓器的型號及主要系列 第 6 課時課題:單相變壓器的空載運行教學目的和要求: 掌握單相變壓器的空載運行特性。重點與難點:重點是空載運行時電動勢平衡方程式,空載電流的作用。難點是變壓器空載運行時的相量圖。教學方法:繪圖說明，簡單推正，結(jié)論分析。預復習任務(wù): 復習電工基礎(chǔ)相關(guān)知識,題解正弦量的正方向的規(guī)定。變壓器的空載運行是指變壓器的一次繞組接在額定電壓的交流電源上，而二次統(tǒng)組開路時的工作情況，如圖14所示。一、空載運行時各物理量正方向的規(guī)定正弦量的正方向通常規(guī)定如下：1）電源電壓正方向與其電流正方向采用關(guān)聯(lián)方向，即兩者正方向一致。2）繞組電流產(chǎn)生的磁通勢所建立的磁通，這二者的正方向符合右手螺旋定則。3）由交變磁通φ產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢產(chǎn)，二者的正方向符合右手螺旋定則，即它的正方向與產(chǎn)生該磁通的電流正方向一致。由上述規(guī)定，在圖l4中標出各電壓、電流、磁通、感應(yīng)電動勢的正方向如圖中所示。二、感應(yīng)電動勢與漏磁電動勢若主磁通，φ=Φmsinωt，則一、二次繞組感應(yīng)電動勢瞬時值為：其有效值為：E1= (15)E2= (16) 相量表示為： （17） （18）變壓器一次繞組漏磁感應(yīng)電動勢為：=jωL1 =jX1三、變壓器空載運行時的電動勢平衡方程式和電壓比一次繞組電動勢平衡方程式： (1 9) (110)二次繞組的端電壓等于其感應(yīng)電動勢： （111）變壓器一次繞組的匝數(shù)Nl與二次繞組匝數(shù)N2之比稱為變壓器的電壓比k，即 k=N1/N2=E1/E2≈U1/U2 (112)當N2＞N1時，k＜1，則U2＞U1，為升壓變壓器；若N2＜N1，k＞1，則U2＜U1，為降壓變壓器。若改變電壓比k，即改變一次或二次繞組匝數(shù)，則可達到改變二次繞組輸出電壓時目的。四、空載電流和空載損耗變壓器空載運行時，空載電流分解成兩部分：1．無功分量，用來建立磁場，起勵磁作用，其與主磁通同相位；2．有功分量，用來供給變壓器鐵心損耗，其相位超前主磁通約900。即五、變壓器空載運行時的相量圖第 8 課時課題:單相變壓器的負載運行教學目的和要求: 與空載運行時相比較，掌握單相變壓器的負載運行特性，強調(diào)變壓器的三個變換特性以及運行特性。重點與難點:重點是負載運行時的磁通勢平衡方程式和電動勢平衡方程式，變壓器的作用，電壓變化率。難點是負載運行時的基本方程式，變壓器負載運行時的相量圖。教學方法:繪圖說明，簡單推正，結(jié)論分析。預復習任務(wù): 復習單相變壓器空載運行時的特性，預習本節(jié)內(nèi)容，作比較分析。變壓器的負載運行：是指變壓器在一次繞組加上額定正弦交流電壓，二次繞組接負載ZL的情況下的運行狀態(tài)，如圖l6所示。一、負載運行時的各物理量負載運行時一、二次電流關(guān)系 (114)上式表明變壓器負載運行時，二次電流的變化同時引起一次電流的變化。二、變壓器負載運行時的基本方程式（1） 變壓器負載運行時磁通勢平衡方程式為 (115)（2） 電流平衡方程式為(116)忽略I10時，一、二次繞組電流有效值關(guān)系為I1=I2/k （117）二次繞組中漏磁電動勢即： （118）(120)(119)負載運行時的一、二次繞組的電動勢平衡方程式為(119)(120)(121)綜上所述，變壓器負載運行時的基本方程式有三、變壓器負載運行時的相量圖四、變壓器的作用通過對變壓器負載運行的分析，可以清楚地看出變壓器具有變電壓、變電流、變阻抗的作用。U1/U2≈E1/E2=k=N1/N2I1/I2≈N2/N1=1/k(122)上式表明，經(jīng)變壓器把負載阻抗變換為。通過選擇合適的電壓比k，可把實際負載阻抗變換為所需的阻抗值，這就是變壓器的變換阻抗作用。五、變壓器的運行特性變壓器運行特性主要有：（1）外特性（2）效率特性。1. 變壓器的外特性和電壓變化率(1) 變壓器的外特性：是指在一次繞組加額定電壓，負載功率因數(shù)cosφ2為額定值時，二次繞組端電壓U2隨負載電流I2的變化關(guān)系，即U2=f(I2) 曲線，如圖l9所示。在純電阻負