电机与变压器教学探讨

摘 要：在进行变压器的维修和测试的实习教学过程中，发现大部分学生对于变压器的三相绕组的不同连接组别及变换形式认识较浅，在进行两台变压器并联运行连线时经常出错，在测试时出现变压器发热现象。针对学生出现的问题，改变原来的教学模式，采用不同的教学方法后，取得了比较满意的教学效果。

关键词：绕组连接组别；标号；电动势相量；接线图

一、强调三相变压器连接组别的重要性，提高学生的学习兴趣和重视程度

在日常讲解三相变压器的连接组别之前，首先在课堂上强调三相变压器连接组别的重要性，即要明确告诉同学们，在两台变压器并联运行时，有三个条件必须同时满足：①是两台变压器的一次侧、二次侧的电压分别相等；②是两台变压器的一次侧、二次侧连接组别应分别相等；③是两台变压器的短路阻抗（或阻抗电压）相等。其中第②个条件尤为重要。但在实际运行中，经常出现将两台变压器的副边绕组接错相位的现象。例如，某两台变压器的其他条件均相同，而连接组别标号分别为Y，y0和Y，d11；在将这样的两台变压器并联运行时，它们的二次侧绕组之间的线电压之差为ΔU2=U20-U211=2U2NSin =0.518U2N，其中U2N为变压器二次侧额定电压有效值；可见其电压差超过额定电压的一半多，这样的电压差会在两台变压器之间产生很大的环流，此环流产生的热量将在短时间内烧坏变压器绕组。所以，连接组别在变压器实际运行中是非常重要的，连接组别不相同的变压器决不允许并联运行。

二、 采用多种教学方式讲解三相变压器绕组连接组别的变换实质及标号意义

（1）目前国家标准规定了五种常用的连接组别标号分别为： ①Y，yn0；②Y，d11；③YN，d11；④YN，y0；⑤Y，y0。

（2）在日常教学中，我们发现各版本的教材中对三相变压器连接组别的变换形式讨论较少，学生对各种连接组别变换形式的认识也比较浅，对绕组连接组别及标号的概念理解不透，其主要原因是学生对变压器一次侧和二次侧各相绕组对应相电动势（如1U1与2U1）之间的相位关系没有掌握好。针对学生出现的不同情况，在实习教学中主要抓好以下几个教学环节：①带领学生实地观看裸壳的变压器实物，让学生通过实物对变压器有真正的认识；②分配实验小组，让学生自己组装两台微型三相变压器的并联运行，进行低电压实验，测量在不同连接组别的标号下并联运行时，变压器内部的环流情况，记录环流参数，写出实验报告，加深学生对三相变压器连接组别的认识；③利用多媒体动画的形式，将变压器的各种连接方式及变换形式展现出来，再配以鲜艳的色彩，使学生对画面内容一目了然、印象深刻，充分调动学生的学习兴趣，使学生在轻松愉快中获得知识。④对课后作业中出现的普遍问题，先让学生自己进行讨论，针对学生的讨论内容，有启发地引导学生自己思考出解决问题的方法。⑤加强课后练习是非常必要的，在课堂教学效果好的基础上，课后进行一定量的实际训练，巩固学生在课堂上学到的知识，会起到事半功倍的效果。三相变压器绕组的连接组别形式有几十种之多，但教科书中讲解极少。现在以连接组别的标号为Y，y0为基础，对几种常用的连接组别的变换进行讨论。

（3）连接组别为Y，y0的三相变压器的接线图、相量图和时钟图表示如下：

现将连接组别的常见变换形式简述如下：

变换1：如果将标号为Y，y0的接线图中的同名端全部换成另一端（即2U2，2V2，2W2端），则实质相当于对应的各个相电动势2U1、2V1、2w1反相， 则对应的线电动势 2U1,2V1也应该反相，即相量 2U1, 2V1应指向6点钟，其连接组别标号应为Y，y6，其标号变化为Y，y0 Y，y6。其接线图和时钟相量图如图所示：

变换2：如果将标号为Y，y0的接线图中的二次侧标志接错，即2U1改成2W1，2V1改成2U1，2W1改成2V1；则各相电动势的对应关系为：2w1与1U1同相位，2U1与1V1同相位， 2V1与1W1同相位；相对于标号为Y，y0的二次侧各相电动势而言，其实质是将二次侧各相电动势的相量2U1、2V1、2W1全部沿顺时针方向旋转120°，则其对应的线电动势2U1, 2V1也应沿顺时针方向旋转120°，其连接组别标号为Y，y4，其变化为Y，y0 Y，y4。其接线图和相量图如图所示：

变换3：如果将标号为Y，y0的接线图中的二次侧标志接错，即2U1改成2V1，2V1改成2W1，2W1改成2U1，则 2V1与1U1同相位， 2w11V1同相位， 2U1与1W1同相位，相对于标号为Y，y0的二次侧各相电动势而言，其实质是将二次侧各相电动势的相量2U1，2V1，2W1全部沿逆时针方向旋转120°，则其对应的线电动势2U1, 2V1也应沿逆时针方向旋转 120°，其连接组别标号为Y，y8，其变化为Y，y0Y，y8。其接线图和相量图如图所示：

变化4：如果将变换2中的二次侧各绕组的同名端全部换成另一端（即换成2U2，2V2，2W2），则其线电动势相量2U1, 2V1应该反相，其连接组别标号应为Y，y10， 其变化为Y，y4 Y，y10；如果将变换3中的二次侧各绕组的同名端全部换成另一端，则其线电动势相量2U1, 2V1应该反相，其连接组别标号应为Y，y2，其变化为Y，y8 Y，y2。

综上所述，三相变压器绕组的连接组别有很多，通过多年的教学探讨发现，无论三相变压器绕组如何连接，只要把二次侧相电动势相量2U1、2V1、2W1与所对应的一次侧相电动势相量1U1、1V1、1W1的同相位对应关系找到，再在二次侧相量图中标出各相电动势相量并画出线电动势相量2U1，2V1，即可确定连接组别的标号。

三、关于三相变压器绕组连接组别授课方式探讨

为提高教学质量，满足不同基础层次的学生的学习要求，我在实际教学中曾经采用过三种方法施教：第一种方法是在黑板上徒手画相量图和时钟图，虽然直观性好，但作图麻烦，每节授课内容的信息量少、不新颖，对学生的吸引力不够；第二种方法是自制相量的相位变换圆盘，其特点是使用方便、快捷，但制作过程需要时间，且教具体积较大，搬动不方便；第三种方法是在电脑上制作具有动画效果的接线图和相量图、时钟图，所有的变换过程都通过动画方式进行显示，可以形象地反映各相量之间的相位关系及时钟的变化情况，同时也能吸引学生的眼球，激发学生的学习兴趣，教学效果最好。实践证明，采用多元化的教学方式，可以弥补教学过程中的许多漏洞和不足，充实了教学内容，提高了教学的灵活性，丰富了教学的多彩性，收到了满意的教学效果。

参考文献：

[1]徐政.电机与变压器[M].北京:中国劳动社

会保障出版社,2005.

（舞钢冶金高级技工学校）