電機與變壓器教學探討

王月華

摘 要：在進行變壓器的維修和測試的實習教學過程中，發現大部分學生對于變壓器的三相繞組的不同連接組別及變換形式認識較淺，在進行兩臺變壓器并聯運行連線時經常出錯，在測試時出現變壓器發熱現象。針對學生出現的問題，改變原來的教學模式，采用不同的教學方法后，取得了比較滿意的教學效果。

關鍵詞：繞組連接組別；標號；電動勢相量；接線圖

一、強調三相變壓器連接組別的重要性，提高學生的學習興趣和重視程度

在日常講解三相變壓器的連接組別之前，首先在課堂上強調三相變壓器連接組別的重要性，即要明確告訴同學們，在兩臺變壓器并聯運行時，有三個條件必須同時滿足：①是兩臺變壓器的一次側、二次側的電壓分別相等；②是兩臺變壓器的一次側、二次側連接組別應分別相等；③是兩臺變壓器的短路阻抗（或阻抗電壓）相等。其中第②個條件尤為重要。但在實際運行中，經常出現將兩臺變壓器的副邊繞組接錯相位的現象。例如，某兩臺變壓器的其他條件均相同，而連接組別標號分別為Y，y0和Y，d11；在將這樣的兩臺變壓器并聯運行時，它們的二次側繞組之間的線電壓之差為ΔU2=U20-U211=2U2NSin =0.518U2N，其中U2N為變壓器二次側額定電壓有效值；可見其電壓差超過額定電壓的一半多，這樣的電壓差會在兩臺變壓器之間產生很大的環流，此環流產生的熱量將在短時間內燒壞變壓器繞組。所以，連接組別在變壓器實際運行中是非常重要的，連接組別不相同的變壓器決不允許并聯運行。

二、 采用多種教學方式講解三相變壓器繞組連接組別的變換實質及標號意義

（1）目前國家標準規定了五種常用的連接組別標號分別為：①Y，yn0；②Y，d11；③YN，d11；④YN，y0；⑤Y，y0。

（2）在日常教學中，我們發現各版本的教材中對三相變壓器連接組別的變換形式討論較少，學生對各種連接組別變換形式的認識也比較淺，對繞組連接組別及標號的概念理解不透，其主要原因是學生對變壓器一次側和二次側各相繞組對應相電動勢（如1U1與2U1）之間的相位關系沒有掌握好。針對學生出現的不同情況，在實習教學中主要抓好以下幾個教學環節：①帶領學生實地觀看裸殼的變壓器實物，讓學生通過實物對變壓器有真正的認識；②分配實驗小組，讓學生自己組裝兩臺微型三相變壓器的并聯運行，進行低電壓實驗，測量在不同連接組別的標號下并聯運行時，變壓器內部的環流情況，記錄環流參數，寫出實驗報告，加深學生對三相變壓器連接組別的認識；③利用多媒體動畫的形式，將變壓器的各種連接方式及變換形式展現出來，再配以鮮艷的色彩，使學生對畫面內容一目了然、印象深刻，充分調動學生的學習興趣，使學生在輕松愉快中獲得知識。④對課后作業中出現的普遍問題，先讓學生自己進行討論，針對學生的討論內容，有啟發地引導學生自己思考出解決問題的方法。⑤加強課后練習是非常必要的，在課堂教學效果好的基礎上，課后進行一定量的實際訓練，鞏固學生在課堂上學到的知識，會起到事半功倍的效果。三相變壓器繞組的連接組別形式有幾十種之多，但教科書中講解極少。現在以連接組別的標號為Y，y0為基礎，對幾種常用的連接組別的變換進行討論。

（3）連接組別為Y，y0的三相變壓器的接線圖、相量圖和時鐘圖表示如下：

現將連接組別的常見變換形式簡述如下：

變換1：如果將標號為Y，y0的接線圖中的同名端全部換成另一端（即2U2，2V2，2W2端），則實質相當于對應的各個相電動勢2U1、2V1、2w1反相， 則對應的線電動勢 2U1,2V1也應該反相，即相量 2U1, 2V1應指向6點鐘，其連接組別標號應為Y，y6，其標號變化為Y，y0 →Y，y6。其接線圖和時鐘相量圖如圖所示：

變換2：如果將標號為Y，y0的接線圖中的二次側標志接錯，即2U1改成2W1，2V1改成2U1，2W1改成2V1；則各相電動勢的對應關系為：2w1與1U1同相位，2U1與1V1同相位， 2V1與1W1同相位；相對于標號為Y，y0的二次側各相電動勢而言，其實質是將二次側各相電動勢的相量2U1、2V1、2W1全部沿順時針方向旋轉120°，則其對應的線電動勢2U1, 2V1也應沿順時針方向旋轉120°，其連接組別標號為Y，y4，其變化為Y，y0→ Y，y4。其接線圖和相量圖如圖所示：

變換3：如果將標號為Y，y0的接線圖中的二次側標志接錯，即2U1改成2V1，2V1改成2W1，2W1改成2U1，則 2V1與1U1同相位， 2w11V1同相位， 2U1與1W1同相位，相對于標號為Y，y0的二次側各相電動勢而言，其實質是將二次側各相電動勢的相量2U1，2V1，2W1全部沿逆時針方向旋轉120°，則其對應的線電動勢2U1, 2V1也應沿逆時針方向旋轉 120°，其連接組別標號為Y，y8，其變化為Y，y0→Y，y8。其接線圖和相量圖如圖所示：

變化4：如果將變換2中的二次側各繞組的同名端全部換成另一端（即換成2U2，2V2，2W2），則其線電動勢相量2U1, 2V1應該反相，其連接組別標號應為Y，y10， 其變化為Y，y4 → Y，y10；如果將變換3中的二次側各繞組的同名端全部換成另一端，則其線電動勢相量2U1, 2V1應該反相，其連接組別標號應為Y，y2，其變化為Y，y8 →Y，y2。

綜上所述，三相變壓器繞組的連接組別有很多，通過多年的教學探討發現，無論三相變壓器繞組如何連接，只要把二次側相電動勢相量2U1、2V1、2W1與所對應的一次側相電動勢相量1U1、1V1、1W1的同相位對應關系找到，再在二次側相量圖中標出各相電動勢相量并畫出線電動勢相量2U1，2V1，即可確定連接組別的標號。

三、關于三相變壓器繞組連接組別授課方式探討

為提高教學質量，滿足不同基礎層次的學生的學習要求，我在實際教學中曾經采用過三種方法施教：第一種方法是在黑板上徒手畫相量圖和時鐘圖，雖然直觀性好，但作圖麻煩，每節授課內容的信息量少、不新穎，對學生的吸引力不夠；第二種方法是自制相量的相位變換圓盤，其特點是使用方便、快捷，但制作過程需要時間，且教具體積較大，搬動不方便；第三種方法是在電腦上制作具有動畫效果的接線圖和相量圖、時鐘圖，所有的變換過程都通過動畫方式進行顯示，可以形象地反映各相量之間的相位關系及時鐘的變化情況，同時也能吸引學生的眼球，激發學生的學習興趣，教學效果最好。實踐證明，采用多元化的教學方式，可以彌補教學過程中的許多漏洞和不足，充實了教學內容，提高了教學的靈活性，豐富了教學的多彩性，收到了滿意的教學效果。

參考文獻：

[1]徐政.電機與變壓器[M].北京:中國勞動社

會保障出版社,2005.

（舞鋼冶金高級技工學校）