电动机与变压器教案（精选7篇）
一、变压器的结构
举例说明油浸式电力变压器的结构
其中主要结构包括：绕组、铁芯
为了散热、绝缘、密封、安全等问题，还需要储油柜、气体继电器、低压套管、高压套管、压力释放阀、油位计、铭牌、散热器、引线接地螺栓、油箱、放油阀门等
1、变压器绕组（1）按绕组材料选用。
绕组是变压器的电路部分，常用绝缘铜线或铜箔绕制而成，也有用铝线或铝箔绕制的。（2）绕组命名。
接电源的绕组称为一次绕组，接负载的绕组称为二次绕组。按绕组所接电压高低可分为高压绕组和低压绕组。
（3）绕组类型。按绕组绕制的方式不同，绕组可分为同心绕组和交叠绕组两种类型
同心绕组
特点：
将一次侧、二次侧线圈套在同一铁芯柱的内外层，一般低压绕组在内测，高压绕组在外层，当低压绕组电流较大时，绕组导线较粗，也可以放到外层，绕组的层间留有油道，以利于绝缘和散热。同心绕组结构简单，绕制方便。应用范围：
大多用于电力变压器中 交叠绕组
特点：将高压绕组绕成饼状，沿铁芯轴向交叠放臵，一般两端靠近铁轭处放臵低压绕组，有利于绝缘。应用范围：
大多用于壳式、干式变压器及电炉变压器中。
2、变压器铁芯 铁芯是主磁通的通道，也是安放绕组的骨架
铁心是变压器中主要的磁路部分。通常由含硅量较高，厚度分别为 0.35 mm.3mm.27 mm，表面涂有绝缘漆的热轧或冷轧硅钢片叠装而成
铁心分为铁心柱和横片俩部分，铁心柱套有绕组；横片是闭合磁路之用
铁心结构的基本形式有心式和壳式两种
二、变压器的冷却方式 变压器冷却系统可分为：(一)油浸自冷式
较小容量的变压器采用这种结构，它分为平滑式箱壁，散热筋式箱壁，散热管或散热器式冷却三种形式。(二)油浸风冷式
在大、中型变压器的拆卸式散热器的框内，可装上风扇，当散热管内油循环时，依靠风扇的强烈吹风，使管内流动的热油迅速得到冷却，冷却效果比自然冷却的效果好得多。(三)强迫油循环冷却
这是变压器最常用的冷却方式，它又分为强油循环风冷却和强油循环水冷却两种方式，变压器的ONAN冷却方式为内部油自然对流冷却方式，即通常所说的油浸自冷式。变压器的冷却方式是由冷却介质和循环方式决定的；由于油浸变压器还分为油箱内部冷却方式和油箱外部冷却方式，因此油浸变压器的冷却方式是由四个字母代号表示的。第一个字母：与绕组接触的冷却介质。
O--------矿物油或燃点大于300℃的绝缘液体；
K--------燃点大于300℃的绝缘液体变压器冷却系统可分为： 第二个字母：内部冷却介质的循环方式。
N--------流经冷却设备和绕组内部的油流是自然的热对流循环； F--------冷却设备中的油流是强迫循环，流经绕组内部的油流是热对流循环；
D--------冷却设备中的油流是强迫循环，至少在主要绕组内的油流是强迫导向循环；
第三个字母：外部冷却介质。A--------空气； W--------水；
第四个字母：外部冷却介质的循环方式。N--------自然对流；
F--------强迫循环（风扇、泵等）。； L--------燃点不可测出的绝缘液体；
三、变压器的主要附件
1、气体继电器（瓦斯继电器）
气体继电器是油浸式变压器的重要安全保护装臵，安装在变压器箱盖与储油柜的连管上，在变压器内部故障产生的气体或油流作用下，可接通信号或跳闸回路，使相关装臵发出警告信号或使变压器从电网中切除，起到保护变压器的作用。
2、分接开关
分接开关是变压器高压绕组改变抽头的装臵。调整分接开关位臵，可以增加或减少高压绕组的匝数，以改变其变压比，使低压侧输出电压得到调整。运行中的变压器，高压侧供电电压偏高或偏低时，致使低压侧电压值过高或过低，这种情况下，需要调整其分接开关位臵，改变其变压比，以使低压侧电压恢复到额定电压下正常运行。分接开关分为三档，Ⅰ档为10.5KV（额定电压、绕组圈数最多），Ⅱ档为10 KV，Ⅲ为9.5KV；
任何电压等级的电力系统，其实际电压都允许在一定范围内波动，此时，二次电压也会波动，这就会影响到用户的用电。为使变压器二次电压维持在额定值附近，又要适应一次电压的波动，所以变压器上装有分接开关。当二次变压器长期偏高或者长期偏低时，就应调节分接开关，使二次电压恢复正常。通过调节分接开关的接头来改变一次绕组的匝数而维持二次电压在额定值附近。变压器铭牌上标明的电压调整范围即表明了保证二次电压为额定值时，一次电压的几个标准值。变压器铭牌所标示的电压调整范围说明，当一次电压升高到10.5kV时，把分接开关调整到Ⅰ位，能保持二次电压为额定值；当一次电压降到9.5kV时，调整分接开关到Ⅲ位，同样能使二次电压维持在额定值。
3、绝缘套管
绝缘套管穿过油箱盖，将油箱中变压器绕组的输入、输出线从箱内引导箱外与电网相接。绝缘套管由外部的瓷管和中间的导电杆组成，对它的要求主要是绝缘性能和密封性能要好。
4、安全气道和压力释放阀
变压器的压力释放阀是变压器非电量保护的安全装臵。
压力释放阀是用来保护油浸电气设备的装臵。即在变压器油箱内部发生故障时，油箱内的油被分解、气化，产生大量气体，油箱内压力急剧升高，此压力如不及时释放，将造成变压器油箱变形、甚至爆裂。安装压力释放阀可使变压器在油箱内部发生故障、压力升高至压力释放阀的开启压力时，压力释放阀在2ms内迅速开启，使变压器油箱内的压力很快降低。当压力降到关闭压力值时，压力释放阀便可靠关闭，使变压器油箱内永远保持正压，有效地防止外部空气、水份及其他杂项进入油箱。安全气道又称防爆管。
5、测温装臵
关键词：实验台,调压器,接触器,工控机
0 引言
无论是电力系统的运行还是工矿企业的生产运行都离不开变压器及电动机，变压器及电动机的使用情况直接影响电力系统及工矿企业的经济节能及安全性。因此对变压器及电动机的定期检修实验就变得异常重要，变压器及电动机检修实验应综合考虑并简单实用，便于经常操作还应具有移动性，因此研制一套功能全实用性强可移动的综合实验台是最可行的方法。
本试验台已经在多个煤矿企业进行实践使用，因煤矿企业的厂用变压器及电动机较多，故此试验台非常实用。
1 变压器与电动机综合实验台功能概述
1.1 空载试验：
空载试验是指在变压器及电动机在空载状态时对三相电流、三相电压、功率因数及三相平衡进行测试，计算出其空载特性、空载损耗，铁损铜损。根据测出数据判断出变压器及电动机的工艺制造是否满足标准要求，检查变压器铁心是否存在缺陷。
1.2 负载实验：
负载实验是测取变压器及电动机的工作特性曲线，并考察变压器及电动机的效率及功率因数是否合格。负载损耗对变压器及电动机的经济运行影响很大。
1.3 短路试验：
计算和确定变压器有无可能与其它变压器并联运行；计算和试验变压器短路时的热稳定和动稳定；计算变压器的效率；计算变压器二次侧电压由于负载改变而产生的变化。
1.4 交流耐压试验：
交流耐压试验是鉴定电力设备绝缘强度最有效和最直接的方法。变压器的交流耐压只限于工频耐压，而国际上工业频率主要指50Hz和60Hz两种，故IEC标准规定对高压绝缘的工业试验频率范围为45-65Hz，在我国额定工频为50Hz。GB/T16927.1-1997规定工频试验频率范围为45-55Hz。流耐压试验是一种破坏性试验。
1.5 电动机转子开路实验：
量取定子在额定电压时转子的开路电压，求出开路电压比，检查三相绕组是否平衡。
1.6 绝缘电阻实验：
根据测量绝缘电阻可以判断变压器及电动机的绝缘整体受潮、表面部件受潮或脏污情况。
2 变压器与电动机综合实验台的硬件组成
变压器与电动机综合实验台的硬件部分由标准的电控柜及操作台组成，电控柜柜体外形尺寸为2200mm×800mm×600mm，柜内安装有接触器，断路器等电气设备，用于变压器与电动机大电流实验；操作台为琴台式操作台，操作台内装有工控机、显示器等设备；实验台最重要的硬件设施还包括一台调压器，由于调压器体积较大，于电控柜之外独立安装。
操作台斜面上安装显示器及部分显示数据表，横面上设有操作按钮和开关，台内设有常规继电器等，这样设计便于电脑输入数据及常规手动加入数据均可实现实验内容。
电控柜及操作台四角可装有滑轮，对于不需要调压器的场合，比如一些小功率的电动机调试时，电控柜及操作台可随意移动。
硬件简易组成如图：
3 变压器与电动机综合实验台的软件设计
一般用户要求软件安装条件能在Windows2000、Windows XP等软件下正常工作。
本综合试验台的软件功能包括：
通讯采用485总线，抗干扰能力强，由于使用一些强电设备，干扰不可避免，采用485总线可有效的抑制干扰。
强大的数据库功能，本系统采用Ms sql server数据库，存储容量大，查询速度快，可方便历史查询，统计，分析，便于管理。
采用最小二乘法拟合曲线，结果比较准确。
采用plc进行控制，由于plc具有编程方便，安全可靠的特点，所以应用plc进行开出闭锁的控制。
采用14位的pci采集卡，采集精度高，采集速度快，实时强。
软件人机界面友好直观，由于在Windows操作系统下运行，采用微软最新推出的ms visual studio.net开发，图形化的界面，人性化的操作习惯，便于学习，易于操作。
强大的打印功能，可以就地按照默认格式打印，也兼容ms excel进行输出打印。
实验可以手动和自动灵活切换，灵活方便。
本软件为全套中文操作软件，可对变压器或电动机进行各种大型复杂及自动化程度更高的校验工作，可方便地测试及扫描各种保护定值，可实时存贮测试数据，显示矢量图，绘制故障波形，联机打印报表等。
本综合实验台的软件采用先进的VC++语言及数据库编写而成，人机界面主要依靠VB 6.0的控件组合完成。
本操作台的软件功能比较直观易懂，不需要计算机专业人员就可以操作，方便电力系统或工厂企业内一般操作人员使用。本操作台除具有通讯功能，试验后的数据可通过打印机打印保存，亦可通过数据口传送到其他计算机或局域网。
4 结束语
以前的变压器及电动机保护实验工具主要是用调压器及移相器组合而成，精度不高，操作也繁琐。所以随着科学技术的发展，微机产品价格也不再高不可攀，所以微机式综合试验台成为现代电力系统及工厂中电气试验工作人员必不可少的实验工具。
综合试验台还将不断改进，以简单实用为原则，方便灵活的操作及设备可移动性必然会成为新的开发趋势，而且试验台的外壳应做的美观、实用、防护等级高，这样可以用于一些恶劣的环境。
参考文献
[1]DL/T871-2004电力系统继电保护产品动模实验[Z].
[2]DL/T624-1997继电保护微机型实验装置技术条件[Z].
【关键词】 涡轮增压器；工作原理；预防性维护；注意的事项；故障诊断；维修检查
一、涡轮增压器的工作原理
内燃机的基本工作原理及其同空气增压系统的关系。内燃机是一种耗气机械，因为燃油需要与空气混合才能完成燃烧冲程。一旦空燃比达到某一值后，再增加燃油，除了将黑烟和未燃尽的燃油排到大气中外，不会产生更多功率。发动机供油越多，黑烟就越浓。因此，超过空燃比极限后，增加供油量只会造成燃油消耗量过多、大气污染、废气温度升高，并使柴油机寿命缩短。由此可见，增加空气量的能力对发动机来说是多么重要。涡轮增压器是一种利用发动机排气中的剩余能量来工作的空气泵。废气驱动涡轮叶轮总成，它与压气机叶轮相连接，如图1 所示。当涡轮增压器转子转动时，大量的压缩空气被输送到发动机的燃烧室里。由于增加了压缩空气的重量，就可以使更多的燃油喷入到发动机里去，使发动机在尺寸不变的条件下而产生更多的功率。
二、涡轮增压器的优点
涡轮增压有许多好处。非增压发动机通过曲轴的运动直接从大气中吸进空气，而涡轮增压器向发动机提供压缩空气。由于进入气缸的空气增多，所以允许喷入较多的燃油，使发动机产生较多的功率并具有较高的燃烧效率。这意味着一台尺寸和重量相同的发动机经增压后可以产生较多的功率，或者说，一台小排量发动机经增压后可产生与较大发动机相同的功率。其它还有节约燃油和降低排放等优点。由于涡轮增压器为发动机提供了更多的空气，燃油在发动机气缸里燃烧时会燃烧得更充分、更彻底。发动机进气管的空气保持正压力（大于大气压的压力）对发动机有几方面的好处。当发动机进排气门重叠开启时，新鲜空气吹入燃烧室，清除所有残留在燃烧室里的废气，同时冷却气缸头、活塞和气门。涡轮增压器可使非增压发动机在高原上工作时得到氧气补偿（使其达到标准大气条件）。发动机和涡轮增压器相匹配，使进气管压力保持海平面大气压。而一台自然吸气的发动机，随着海拔高度的增加，其功率将下降。
三、涡轮增压器的预防性维护
多年的经验告诉我们，造成涡轮增压器事故的主要原因是润滑问题，例如润滑油供油滞后、节流或缺油和在润滑油里有杂质等。占第二位的原因是外来物体进入压气机叶轮或涡轮叶轮。要有良好的维护保养习惯，特别是对空气滤清器、润滑油品质和润滑油滤清器等的维护保养。因为涡轮增压器工作转速很高，所以良好的维护保养是非常重要的。适当的操作步骤和预防性的维护保养，可以保证涡轮增压器的使用寿命和良好性能。除了偶尔要对压气机进行清洗以外，不需要单独对涡轮增压器作周期性的维护保养。因为一般的维修人员没有专用设备是不能对涡轮增压器做校准和调整工作，并且涡轮增压器的润滑油是由它所在的发动机供应的。所以涡轮增压器的预防性维护保养主要是保证发动机与空气增压系统的完整性以及不让发动机以损害涡轮增压器和发动机自身的方式来工作。
四、使用中应注意的事项
应该鼓励车主遵守以下预防性措施，以确保涡轮增压器有最长的工作寿命：
1、在发动机润滑油压力建立以前，必须使发动机保持在怠速状态。
发动机在启动之后立即加速，会使涡轮增压器在其轴承还来不及得到充分润滑的情况下就以最大转速工作。涡轮增压器在润滑不充分的情况下工作会损坏它的轴承。重复地这样做会导致涡轮增压器过早地损坏。
建议操作者起动发动机后应先怠速运行3~5分钟。
2、在发动机停车之前，要使它的温度和转速逐步地从最大值降下来。
涡轮增压器的工作转速和连续工作温度都比其它机器要高。当发动机在最大输出功率或最大扭矩状态下工作时，涡轮增压器的转速和温度也达到最大值。当发动机在这一工作点突然停车时，会使发动机尤其是涡轮增压器出问题。这时需要发动机中速怠速或在轻负荷工况下工作一段时间，同时仍要保持发动机的润滑油压力和流过冷却系统的空气量不变。遵循这些准则可以防止涡轮增压器长期在缺乏润滑油的情况下运转，并可以防止涡轮增压器内部积碳现象，这是在热回吸的作用下使轴承或中间壳里的残留润滑油碳化而形成的。
建议操作者在停机前应先怠速运行3~5分钟。
3、预先润滑涡轮增压器。
在更换滑油或做任何维修（包括放出润滑油）之后，涡轮增压器需要进行预先润滑。在发动机启动前要将曲轴盘动几次。启动发动机后，在进入高速运转前，让它怠速一段时间，以建立起整个润滑油循环和压力。
4、低温时启动发动机必须谨慎。
当环境温度过低或车辆长时间不用时，会影响发动机建立正常的润滑油压力和流量。在这种情况下，发动机启动后必须怠速几分钟才能进入高速工作状态。
5、要避免发动机长时间的怠速。
当涡轮和压气机中气体压力过低和涡轮增压器轴的转速过低时，润滑油会通过密封件渗漏到涡轮和压气机中。
五、涡轮增压器故障诊断
在找出问题的原因之前，不能如通常所做的那样先轻率地把涡轮增压器从发动机上拆下来，而应该先检查和评估涡轮增压器的工作情况。现场出现的问题大多数可以通过系统故障诊断来解决。如果必须把涡轮增压器从发动机上拆下来，则在把软管、夹头和接头拆下来时，要确定接头是否是紧的，是否有漏气。因为一旦把涡轮增压器拆下来后，就很难证实产生这类问题的真正原因。
更换了新的涡轮增压器的立即出现故障可能与下列因素有关：（1）没有完全解决造成需要更换涡轮增压器的问题；（2）在更换涡轮增压器时产生的问题；（3）涡轮增压器本身有缺陷。
一台已经正常运行的涡轮增压器，在以后的日子里是不大可能再发现缺陷的。因为在涡轮增压器工作时，只要观察它的转速和温度就可以很快地发现问题。安装或发动机系统的问题也可以在更换涡轮增压器时立即暴露出来。
注意：如果涡轮增压器能自由转动并不擦内壳的话，就不要急于判定为涡轮增压器的问题。
必须强调的是，涡轮增压器根本不会改变发动机本身的工作特性。涡轮增压器不是一种能源，它唯一作用是向发动机提供更多的压缩空气，使发动机可以燃烧更多的燃油，从而产生更多的功率。它之所以能够工作完全是取决于发动机废气的流量、压力和温度。涡轮增压器是一个完整的工作系统中的一个主要部件。只是为了方便起见，才把涡轮增压器用螺栓安装在发动机的外面，但它的作用绝不亚于发动机的凸轮轴或活塞。涡轮增压器不可能纠正或克服诸如发动机燃油系统、发动机定时、空气滤清器堵塞、轴瓦故障等一类的机械故障或缺陷问题。因此，如果一台增压的发动机发生故障，而涡轮增压器已经被检查并已确定是工作正常的，那么就要象对非增压的发动机一样进行故障检修。简单地替换一台好的涡轮增压器并不能排除发动机本身的机械故障。
了解涡轮增压器在整个发动机工作系统中的作用，对成功地诊断和排除故障是非常重要的。同样，更好地了解涡轮增压器的一些特点会有助于判定涡轮增压器的损坏或缺陷以及每次都能一次就安装正确。下面的步骤是对发动机工作情况变化的综合评估。在发动机上进行故障分析也将有助于揭露任何外部的或与造成涡轮增压器故障有关的发动机的问题，这些故障必须被排除，以避免新换上的涡轮增压器的损坏。
特别提示：
1、做增压器检查时不能起动发动机，且必须要等到发动机冷下来后才能开始检查。
2、在不装进气管和不连接空气滤清器的情况下使涡轮增压器运转，会造成人员伤害。外来物体进入涡轮增压器内可能会造成机组损坏。
六、涡轮增压器维修检查
基本步骤如下：
1、目测和仪器检测
检查涡轮增压器的外部和安装情况。听一听是否有不正常的机械噪声。目测一下是否有漏气、堵塞、温度过高、节流或叶轮碰壳体的情况。在怠速或低功率时看起来似乎是少量的、不严重的系统漏气，在额定负荷时会严重地影响发动机的空燃比和涡轮增压器壳体中的气体压力。所以一旦这种漏气发生，在额定负荷时将会产生严重问题。
a、听一听是否有不正常的机械噪声并看一看振动情况。
b、听一听是否有高频噪声，这可能表明有空气或燃气泄漏。
c、听一听周期性噪声的程度，这可能表明在空气滤清器和管道中有节流。
d、检查螺母、螺栓、压板和垫片是否有漏装或松动现象。
e、检查发动机进排气管及其管道和固定件是否有松动和损坏。
f、检查润滑油进出管道是否有节流或损坏现象。
g、检查涡轮增压器壳体是否有裂纹或损坏。
h、检查外部润滑油或冷却介质是否有泄漏，检查涡轮增压器外表面是否有污物沉淀(表明空气、润滑油、排气或冷却介质泄漏）。
i、检查是否有明显的热变色。
j、 检查空气滤清器是否有明显的节流现象。
k、查废气放气阀是否有自由运 动和损坏。必须确保软管情况良好，接头是紧的。按照设备的原始规范来检查校准和控制系统。
2、核实涡轮增压器的结构参数对该用途来说是否是正确的
记住：这些问题被排除的本身往往不会除掉作为故障指示物的残留物。这些残留物的存在常常会引起对涡轮增压器的不准确评价。当问题已经被排除而残余物仍旧保留着时，会造成对涡轮增压器的错误评价。例如，若在检测前已先把空气滤清器调换成新的，但是残留物（如发动机进气管中由于以前节流时残留的润滑油助保留着，会使您错误地认为残留物不是节流造成的，而是别的原因造成的，人人而得出不存在空气阻塞的结论，即使残留物证明可能发生过节流。
在完成故障诊断的其余部分之后，再排除任何安装上的问题。如果涡轮增压器的零件损坏了，则应当先更换零件，然后再进行校正，以防重新产生问题。
废气涡轮增压器是由废气驱动的涡轮和径流式压气机组成的，它们分别被安装在轴的两头并有各自的铸造壳体。轴本身被安装在中间壳中并由中间壳来支撑。中间壳的两侧分别同压气机壳和涡轮壳相连接，典型的涡轮增压器转速可以在100000转/分以上。
涡轮
涡轮部分是个向心式的径流或混流装置，由铸造的涡轮叶轮、叶轮隔热罩及涡轮壳组成，进气口位于涡轮壳的外直径处。废气流进涡轮，经叶轮叶片，从涡轮壳直径的中心部位流出。
压气机
压气机部分是个离心式或径向外流式装置，由铸造的压气机叶轮、后盖板及压气机壳组成，进气口位于压气机壳直径的中心部位处。空气在压气机内向外流，经叶轮叫片，从压气机壳的外直径处流出。
中间壳和转子
课题研究目标：
该节课的重点是理解变压器工作原理，探究变压器线圈两端的电压、电流与匝数的关系。创立情境，让学生探究、思考，总结处理实际的方法，培养其学习物理的兴趣。开发物理微型课程专题，提高课堂教学效率。
教学目标：
知识和技能：
1．了解变压器的构造及其工作原理；
2．掌握理想变压器的原、副线圈中电压、电流与匝数的关系，并能应用它分析解决基本问题。
过程与方法：
1．通过探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系实验，培养学生物理观察能力和正确读数的习惯，并学会处理数据并提高概括能力。
2．从理想变压器概念引入使学生了解物理模型建立的基础和建立的意义。
情感态度和价值观：
1．通过原副线圈的匝数与线圈电压关系中体会物理学中的和谐、统一美。
2．让学生充分体会能量守恒定律的普遍性及辩证统一思想。教学重点：
变压器的工作原理和规律 教学难点：
理解副线圈两端电压是与原线圈频率相同的交变电流，推导变压器原、副线圈电流、电压与匝数的关系，学会处理实际问题 教学方法：
定性分析、定量推导 教学过程：
一、新课引入
在日常生活中，不同地方所需电压不一样。家用电器所需电压为220V，半导体收音机所需的电压不超过10V，电视机显像管却需要10000以上的高电压······而大型发电站发出的交流电压有几万伏，所以常常需要改变交流电压的电压值，以适应各种不同的需要。变压器就是改变交流电压的设备。
二、新课教学
（一）变压器的构造
由铁芯和线圈组成,如图1所示。
（二）工作原理：互感现象
在原、副线圈中由于交变电流而发生的互相感应现象。由于互感现象，绕制原、副线圈的导线虽然并不相连，电能却可以通过磁场从原线圈到达副线圈。变压器只改变交流电的电压，并不改变其周期和频率。
（二）理想变压器的基本规律
1、理想变压器：忽略能量损失的变压器（忽略原副线圈的电阻和各种电磁能量损失的变压器）。
2、电压关系
推导过程：由法拉第电磁感应定律可知
E1n1 E2n2
tt故E1:E2n1:n2
又对理想变压器：E1U1 E2U
2所以U1:U2E1:E2n1:n2
当n1n2时，U1U2；升压变压器
n1n2时，U1U2；降压变压器。
3、功率关系：无能量损失，故P1P2
4、电流关系：由功率关系可得U1I1U2I2又知U1:U2n1:n2，则I1:I2n2:n1（只适用于只有一个副线圈的变压器）。
5、对于有多个副线圈的变压器
电压关系：U1:U2:U3:.....n1:n2:n3:......功率关系：p1p2p3......电流关系：U1I1U2I2U3I3......6、变压器各物理量之间的制约关系
（1）在理想变压器中，原线圈的端电压U1是不变的，其值由电源决定，与原副线圈的匝数n1、n2无关；副线圈的端电压U2由U1和匝数比n1/n2共同决定的，与负载电阻无关。
（2）在原副线圈的匝数比n1/n2和输入电压U1确定的情况下，原线圈的输入电流I1是由副线圈的输出电流I2决定的。
第一课时 磁场对通电导线的作用
一、教学目标：
1、通过实验观察搞清通电导线在磁场中将受到磁场力的作用，知道通电导体在磁场中受力方向与电流方向，以及磁感线方向有关系。
2、知道电动机就是利用上述现象制成的。
3、搞清电磁感应和磁场对电流作用中的能量转化。
4、培养、训练学生观察能力和从实验事实中，归纳、概括物理概念与规律的能力。
二、重点难点分析：
通电导线在磁场中受力方向与磁场方向、电流方向之间的关系是本节的难点，也是分析电动机转动的依据。初中不要求左手定则，弄清楚电动机的转动有一定难度。
三、教具：
演示用通电直导线在磁场中受力实验器材（电源、滑动变阻器、开关、导线、蹄型磁铁、铁棒架）
通电线圈在磁场中转动的演示装置。
四、主要教学过程 ㈠ 引入新课：
首先做直流电动机通电转动的演示实验，接着提出问题：电动机为什么会转动？
请同学们回忆一下奥斯特实验——电流周围存在着磁场。复习：磁体的周围存在着磁场，电流的周围也存在着磁场；
磁场最基本的性质是对磁场中的磁体产生磁力作用，那么磁场对磁场中的电流是否会产生磁力作用呢？
即电流对磁体有力的作用，磁体对电流有无力的作用呢？ ㈡ 新课教学
板书：
四、磁场对电流的作用
1、通电直导线在磁场中的受力演示实验。
⑴、介绍实验装置，实验对象为通电小铜棒。（通电直导线）
⑵、实验过程：静止在导轨上的铜棒通电后，会发生什么现象？（实验表明：通电导体在磁场中受到磁力作用。）
⑶、改变电流方向，不改变磁场方向铜棒运动方向怎么样改变？（现象：铜棒运动方向改变。结论：通电直导线的受力方向与电流方向有关。）
⑷、改变磁感线方向，不改变电流方向，铜棒运动方向怎么样改变？（现象：铜棒运动方向改变。结论：通电直导线的受力方向与磁感线方向有关。）
用边演示，边指导观察，边提出问题的方式，完成实验。问：通电铜棒在磁场中，运动的原因是什么？
通电导体在磁场中受到力的作用，力的方向与电流方向、磁感线方向是相互垂直的，不论是改变电流方向．还是改变磁场方向，都会改变力的方向。
小结：磁场对电流的作用
A、通电导体在磁场中受到力的作用.B、通电导体在磁场里受力的方向，与电流方向和磁感线方向有关。
2、应用：通电线圈在磁场中
⑴、出示线圈在磁场中的演示实验装置，实验研究对象是通电线圈。⑵、把一个线圈放在磁场里，接通电源让电流通过线圈，观察发生的现象。（从课本的图中甲图位置变到乙图位置）
分析课本中甲图的ab边受力向上，由磁场对电流的作用第二条可知：cd边受力向下。结果线圈将顺时针转动。
通电线圈在磁场中转动，电动机就是用这个原理制成的。下节课我们学习讨论直流电动机。
分析课本中乙图的ab边仍受向上的力，cd边受向下的力，转动将停止。讨论想想议议，线圈会立即停下来吗？
（由于惯性，线圈会在平衡位置附近摆动几下。为什么？）小结：
电动机是利用通电线圈在磁场中受力转动的原理制成的。
3、磁场对电流的作用过程中的能量变化怎样： 消耗了什么能—电能，（电源）得到了什么能——机械能（线圈转动）
教学目标
1．复习法拉第电磁感应定律，分析研究闭合矩形线圈在磁场中转动产生感应电流特点．
2．掌握交流电变化规律． 3．理解交流电的有效值． 4．掌握变压器工作原理及规律．
5．知道变压器的输入功率随输出功率增大而增大，知道变压器原线圈中的电流随副线圈电流增大而增大．
6．培养综合应用电磁感应知识解决复杂问题的能力． 教学重点、难点分析
1．交流电的产生和变化规律． 2．交流电有效值的计算． 教学过程设计 教师活动
一、交流电
复习提问：法拉第电磁感应定律的内容是什么？ 学生活动
电路中感应电动势大小跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比，启发引导：一个矩形闭合线框在磁场中绕垂直于磁场方向的轴转动，情况将如何？
如图3-10-1：
线框边长 ab=dc=L1 ad=bc=L2
OO′为过ad、bc中点的轴．
从图示位置开始计时，经过时间t，线圈转过角度θ=ωt，此时ab
线圈产生总电动势e= 记作e=Emsinωt
ab+
dc=BL1L2ωsinωt
记作i=Imsinωt
e和i随t按正弦规律变化． 教师引导总结： 板书：
一、交流电
1．产生：闭合矩形线圈在磁场中绕垂直于场强方向的轴转动产生的电流随时间作周期性变化，称交流电．
上述交流电随时间按正（余）弦规律变化，称正（余）弦交流电． 2．交流电的变化规律（1）函数表达式：（2）图像：以e（i、u）为因变量，t或ωt为自变量，作图． 3．描述交流电的周期性变化规律的物理量（1）周期（T）： 单位：秒s（2）频率（f）： 单位：赫兹Hz 二者关系：
（3）角频率（ω）单位：弧度/秒（rad/s）4．交流电的有效值
提问：转动线圈中产生的交流电在t时间内产生的热是如何计算呢？ 若t=0时，线圈平面在平等磁场位置则同理可推证
mcosωt
e=
i=Lmcosωt
e和i随按余弦规律变化． 瞬时电动势e=
msinωt或
e=
mcosωt
瞬时电流i= Imsinωt或i=
Imcosωt输出路端电压
u=iR=ImRsinωt=Umsinωt或 u=Umcosωt
——完成一次周期性变化所需要的时间——交流电在ls内完成周期性变化的次数
——角速度，线圈在t时间内转过的角度
分析：交流电的e和i随时间作周期性变化，用最大值和瞬时值都不合适，用平均值太粗略．
——根据电流的热效应，让交流电和恒定电流分别通以同样阻值的电阻．如果在相同的时间内产生的热是相同的，则此恒定电流就叫做这个交流电的有效值．
引入交流电有效值：
（1）正弦交流电有效值跟最大值的关系：
（2）通常说的交流电的值指的是有效值．交流电设备上标有的额定电压、额定电流指的是有效值，交流电表的读数也是有效值．
[例1] 图3-10-3为一交流电的电流随时间而变化的图像，则此交流电流的有效值是______．
根据交流电的定义：
解得I有=5A
二、变压器
1．作用：改变交流电的电压．
2．构造：闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈． 3．工作原理：电磁感应． 过程分析．
原线圈AB端输入交流电→在闭合铁芯中产生交变磁场→引起CD回路中磁通电变化→CD中感应电流（同频交流电）．
能量关系：
对理想变压器：AB端输入电能（电功率）=CD端输出电能（电功率）．
e1=N1△P/△t=U1 e2=N2△P/△t=U2
U1/U2=N1/N2
教师提问：电流满足什么关系？ 若有两个以上副线圈，将如何？ 由于P1=P2+P3+…
I1U1=I2U2+I3U3+…
变压器的输入功率随输出功率增大而增大，P入=P出
在输入电压一定时，原线圈中电流随副线圈电流增大而增大．
成立）5．电能的输送
提问：输送的原则是什么？ 电能损失主要有哪些方面？ 怎样减少输电线上热损？
——角度，线圈在t时间内转过的角度． 一般输电线路．
——在输送功率一定的前提下，尽可能减少输送过程中损失． ——（1）输电线上热损失，P=I2R线（2）辐射电磁能
——讨论：减小R线不足取，有效途径是减小电流强度，在P一定条件下，即提高输送电压．
[例2] 在电能输送过程中，若输送电功率一定，则在输电线上损耗的电功率： A．随着输电线电阻增大而增大 B．和输送电压的平方成反比 C．和输电线上的电压降的平方成正比 D．和输电线上的电流强度的平方成正比 ——Pr=I22r
可见r大，Pr也大，A正确． I2大，Pr也大，D正确．
U2输送电压
正确答案：ABCD 同步练习
一、选择题
1．一矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，线圈中产生感应电动势为e=
mcosωt．若将线圈转速加倍，其他条件不变，则产生的电动势为
[
] A．e= mcos2ωt
B．e=2
mcos2ωt C．e=2 mcosωt
D．e=
mcosωt 2．上题中，若将磁场加倍，其他条件不变，则产生的电动势为 [
] 3．如图3-10-4所示，理想变压器的原线圈与灯泡A串联后，加上交流电压U1，副线圈两端电压为U2，接有B和C两个灯泡，若A、B、C是三个相同的灯泡，且均正常发光，则U1∶U2为： [
] A．4∶1
B．2∶1 C．3∶1
D．1∶1
4．如图3-10-5所示，abcd是边长为L、匝数为N的正方形线圈，放在如图所示的均匀磁场中．现将线圈以bc为轴在磁场中迅速翻转180°，在翻转过程中：
[
] A．磁通量没有变化，线圈中没有电流
B．磁场B越大，在磁场中通过的电量就越多，电量多少与翻转快慢无关 C．翻转的越快，则外力做功越多
D．线圈电阻越大，线圈产生的热量就越多
二、计算题
5．有一理想变压器，原副线圈的匝数比为100，原线圈上所加电压为23kV，副线圈通过总电阻为2Ω的供电导线向用户供电，用户用电器得到的电压是220V．求供电导线上损失的电功率．
6．一个匝数为200的矩形线圈abcd位于匀强磁场中，磁感强度大小为0.8T．初始位置如图3-10-5所示，线圈以ab为轴匀速转动，角速度为5rad/s，已知ab=15cm，ad=10cm，线圈的总电阻是100Ω．求
（1）线圈转动过程中的感应电动势的最大值．（2）线圈转动过程中的感应电动势的瞬时表达式．（3）线圈转动1分钟内产生的焦耳热．
7．如图3-10-6所示，矩形闭和线圈abcd的边长分别为L1和L2，电阻为R，ab边是固定转动轴，它恰位于有界匀强磁场的边界处，磁感强度大小为B．某时刻线圈位置如图所示，磁感线垂直线圈平面，方向向里．线圈绕固定转动轴匀速转动，角速度为ω．从图示位置开始计时，规定电流沿abcd方向流动为正方向．
（1）在直角坐标系画出线圈内感应电流随时间变化的关系图像．（至少画出两个周期）
（2）求出该感应电流的有效值．
8．AB两块金属板，相距d平行放置．两板间加有周期为T的
低频交变电压，当B板接地时，A板电势UA随时间t变化的图线如图3-10-7所示．t=0时，将一带负电的粒子从B板处由静止释放．在0
要使该粒子能够到达A板．求交变电压的周期T至少多大？ 参考答案
1．B 2．C 3．C 4．B C 5．50W 6．（1）12V（2）e=12cos5t（V）（3）43.2J
7．（1）略
（2）提示：根据正弦交流电有效值和最大值关系，8．
柴油发动机废气涡轮增压器 (以下简称增压器) 是发动机的关键部件, 以康明斯B系列柴油机为例, 发动机工作时, 涡轮转数可高达16万r/min, 转子轴一端的涡轮叶轮在气缸排出的废气驱动下, 带动转子轴另一端的压气机叶轮高速旋转, 以提高空气压力, 增加空气密度。高压空气流经进气管进入气缸与喷入气缸的柴油混合燃烧, 可以提高发动机的功率30%以上。但是增压器在高温 (废气温度可达 500℃左右) 高转速下工作, 且和发动机共用一套润滑系统, 润滑条件差, 如果使用维护不当, 很容易导致增压器损坏, 使发动机无法正常工作。
一、正确使用要点
1.冷启动后应怠速运转升温
发动机刚启动时, 机油压力低, 机油到达涡轮轴承需要一定的时间。这时轴承的润滑条件差, 所以启动发动机要怠速运转至少5min。使润滑油达到一定的温度和压力, 以保证轴承的润滑。否则会加速其磨损, 甚至出现卡死现象, 造成增压器的损坏。切忌采用急加油想在短时间内提高发动机温度和储气桶气压的不正确做法。
2.停机前应低速运转
高速运转的发动机如果突然停转, 机油将立即停止流动, 但增压器转子轴在惯性的作用下仍在高速转动, 这样就容易因缺油而与轴承咬死。因此发动机熄火前应先逐渐减少负荷再怠速运转5min左右待增压器转速下降, 机温适当冷却后再熄火。这一点由为重要, 但往往又被使用者所忽略。除此之外, 发动机在正常运转中应注意增压器有无异响或明显振动, 如有应予排除。发动机也不可怠速运转时间过长, 以免增加油耗, 加剧机件磨损。
3.按要求使用机油
增压器普遍采用全浮动轴承, 对机油的要求很高。一般要求使用 CD级15W/40或CD级20W/40 (夏季) CD级20W/30 (冬季) 柴机油。不可使用低档质次的机油, 机油必须清洁, 如有泥沙和残杂物掺入机油, 将加速轴承磨损。在轴承过度磨损后叶轮与壳体发生摩擦, 使转子转速下降, 达不到应有的增压效果, 发动机功率将下降, 黑烟过多, 噪声增大及转子轴两端漏油等。
4.做好定期维护
(1) 按规定定期清理空气滤清器和更换滤芯。空气滤清器堵塞后增压器入口的空气压力和流量将锐减, 使发动机功率下降。
(2) 定期检查增压器转子的轴向移动量和清除进油口积碳。每工作2000～2500h应检查转子轴的灵活性, 测量转子轴向移动量。测量时拆下进排气管, 用千分表触头顶在转子轴上, 然后轴向推动叶轮进行测量, 转子轴轴向移动量的标准值为0.1～0.3mm, 若超过此值, 应拆下检修, 清除中间壳上进油口的积碳, 以确保机油畅通。
(3) 增压器安装时应将中间壳的机油进口朝上, 机油出口垂直向下, 不得装反。不可将增压器本体轴向倾斜安装, 否则会导致中间壳回油腔油面升高。增压器进回油管的内径应与中间壳进油口内径大小相同, 且回油管不得有过多弯转和变形。
二、常见故障及原因
1.转速下降冒黑烟
主要原因有:空气滤清器堵塞, 气缸内积碳与废气中的烟尘积聚在涡轮轴套内, 使转子轴阻力加大;涡轮密封环磨损失效, 引起废气泄漏并减小对涡轮叶轮的驱动力。
2.漏油
涡轮端密封环损坏, 当发动机高速运转时废气会窜入增压器润滑系统污染机油;而当发动机低速运转时, 增压器内的机油则漏过密封环从排气管排出, 造成机油过度消耗。压气机端油封磨损失效, 增压器润滑系统内的机油窜入压气机室被吸入气缸内燃烧, 造成机油过度消耗和气缸内积碳。
3.进气量不够
若通过增压器压入气缸内的空气不足, 发动机会因燃烧不好而功率下降。造成进气量不够的主要原因有空气滤清器堵塞;进气管或接头卡箍未拧紧, 造成进气泄漏。
4.增压器升温过高
涡轮端正常温度应是500℃左右, 压气端温度不应烫手, 若超出该温度范围则易烧坏增压器。供油时间过迟, 供油量过大, 喷油器滴油和排气门漏气等都将造成发动机机温过高, 增压气温度也随之上升;涡轮端油封磨损失效, 机油窜入涡轮室内燃烧, 涡轮一端的温度将大幅度升高。
5.转子轴卡死
转子轴上轴套卡死使增压器停转, 直至不能工作, 导致发动机功率下降。造成转子轴卡死的原因主要是机油过脏或变质, 使转子轴润滑不良而造成转子轴与轴套烧结而卡死。
6.异常振动和噪声
