基于Excel程序變壓器課程設(shè)計(jì)教學(xué)及應(yīng)用研究

卿向東 卿力元 張騫

摘? ?要：針對(duì)《變壓器課程設(shè)計(jì)》教學(xué)中，變壓器設(shè)計(jì)公式繁瑣，重復(fù)計(jì)算量大，學(xué)生在有限的設(shè)計(jì)時(shí)間內(nèi)不易掌握等問(wèn)題進(jìn)行研究，基于Excel強(qiáng)大的計(jì)算功能和友好界面，開(kāi)發(fā)Excel變壓器設(shè)計(jì)程序。使學(xué)生用于計(jì)算時(shí)間減少70% ～80% ，培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)。

關(guān)鍵詞：變壓器? 課程設(shè)計(jì)? Excel應(yīng)用? 教學(xué)研究

中圖分類(lèi)號(hào)：G271? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2019）11（c）-0219-02

《變壓器課程設(shè)計(jì)》是高等院校電氣專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐課重要組成，在該課程實(shí)踐中，變壓器設(shè)計(jì)大多仍延續(xù)手工計(jì)算，變壓器計(jì)算書(shū)與數(shù)學(xué)和物理計(jì)算差別很大，為了滿(mǎn)足變壓器性能指標(biāo)的要求及優(yōu)化設(shè)計(jì)，往往要進(jìn)行反復(fù)的調(diào)整與計(jì)算，這期間由于變量間相互影響，調(diào)整初期很難確定效果如何，經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)復(fù)雜的計(jì)算才能知曉結(jié)果是否滿(mǎn)足要求，且變壓器計(jì)算單最終結(jié)果需滿(mǎn)足多個(gè)性能指標(biāo)（不同型號(hào)的變壓器性能指標(biāo)國(guó)標(biāo)GB6451-2008都有具體要求，或客戶(hù)特別指定，如阻抗電壓，線(xiàn)圈溫升，負(fù)載損耗，空載損耗，鐵芯溫升等），很難一次設(shè)計(jì)就滿(mǎn)足所有指標(biāo)，這些指標(biāo)互相影響，常常某個(gè)指標(biāo)滿(mǎn)足要求了，其它指標(biāo)又不符合標(biāo)準(zhǔn)要求了，周而復(fù)始，學(xué)生很是疲憊，深感梏燥乏味，且手工計(jì)算出錯(cuò)概率大，而變壓器計(jì)算環(huán)環(huán)相扣，一步錯(cuò)，下面的計(jì)算就得從頭再來(lái)。變壓器設(shè)計(jì)一般需進(jìn)行如下的循環(huán)計(jì)算。

變壓器課程設(shè)計(jì)是建立在電機(jī)學(xué)，高電壓技術(shù)，電力電子技術(shù)上的具體應(yīng)用，教學(xué)中需要在直觀感性和理性認(rèn)知兩個(gè)環(huán)節(jié)，例如阻抗電壓計(jì)算傳統(tǒng)課堂內(nèi)每個(gè)參數(shù)的改變對(duì)ukx的影響只能定性的分析和介紹，無(wú)法完成整體計(jì)算和演示。借助于此程序在課堂內(nèi)自動(dòng)完成復(fù)雜的計(jì)算，每個(gè)參數(shù)改變對(duì)ukx的影響及影響程度形象化展示同學(xué)面前。

1? 教學(xué)研究的目的與方法

本課題組以Excel作為平臺(tái)開(kāi)發(fā)的設(shè)計(jì)程序集計(jì)算、查表、標(biāo)準(zhǔn)比對(duì)等功能于一體，通過(guò)部分參數(shù)的輸入如變壓器的基本參數(shù)變壓器容量電壓等和改變?nèi)玷F芯直徑，導(dǎo)線(xiàn)線(xiàn)規(guī)等，變壓器所需的性能指標(biāo)如阻抗電壓，變壓器損耗（空載，負(fù)載）變壓器溫升（線(xiàn)圈溫升，鐵芯溫升，油溫升）等都由程序自動(dòng)完成，立刻顯示在Excel界面上，并顯示是否符合要求。某個(gè)指標(biāo)不合要求，只需特定在界面上調(diào)整部分參數(shù)（如導(dǎo)線(xiàn)規(guī)格），其余所有計(jì)算都由計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成。根據(jù)計(jì)算單完成變壓器布置圖及主要生施工圖紙的設(shè)計(jì)，最終實(shí)現(xiàn)：

（1）通過(guò)部分參數(shù)輸入變壓器計(jì)算書(shū)的自動(dòng)生成。

（2）《變壓器課程設(shè)計(jì)》教學(xué)中，向?qū)W生演示變壓器計(jì)算書(shū)計(jì)算整體設(shè)計(jì)思路，通過(guò)參數(shù)改變使學(xué)生一目了然與每個(gè)參數(shù)和設(shè)計(jì)指標(biāo)間的關(guān)系，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和熱情。

（3）Excel也是大學(xué)生《計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)》實(shí)踐部分重要構(gòu)成，通過(guò)該程序的開(kāi)發(fā)，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)以至用，開(kāi)發(fā)創(chuàng)新型思維。

集成開(kāi)發(fā)程序界面變壓器計(jì)算程序界面主要分為三個(gè)主界面和一附表、線(xiàn)圈計(jì)算、鐵芯計(jì)算阻抗負(fù)載損耗及成本核算。建立硅鋼片性能參數(shù)表、鐵芯截面積表、變壓器技術(shù)參數(shù)等附表等。圖2是線(xiàn)圈計(jì)算界面。

如圖所示紅色字體部分是手動(dòng)需要輸入?yún)?shù)本界面只需通過(guò)下拉列表選擇所需線(xiàn)規(guī)，則程序根據(jù)所選線(xiàn)規(guī)自動(dòng)算出線(xiàn)圈幅相和軸向尺寸、導(dǎo)線(xiàn)重量、負(fù)載損耗、線(xiàn)圈溫升、阻抗電壓、成本核算等。

2? 教學(xué)研究創(chuàng)新性

選擇以EXCEL為平臺(tái)變壓器設(shè)計(jì)程序，滿(mǎn)足高等院校《電機(jī)學(xué)》《變壓器課程設(shè)計(jì)》課程輔助教學(xué)要求，程序可在工科同等高校電氣類(lèi)專(zhuān)業(yè)中進(jìn)行推廣，具體創(chuàng)新之處主要有：

（1）課程設(shè)計(jì)時(shí)間分配更加合理，傳統(tǒng)的計(jì)算單設(shè)計(jì)要占到2～3d，現(xiàn)在1d左右就可以，可以更好的完成鐵芯、線(xiàn)圈等工程圖繪制，設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)編制。

（2）減輕教師負(fù)擔(dān)，考核合理公平，過(guò)去老師手工計(jì)算無(wú)法驗(yàn)算每個(gè)學(xué)生計(jì)算單的正確與否，更無(wú)法量化其設(shè)計(jì)合理性，借助于此程序（教師程序）每個(gè)學(xué)生的總體計(jì)算的正確率、性能參數(shù)、成本都可自動(dòng)量化比較。

（3）實(shí)踐上符合快速設(shè)計(jì)的趨勢(shì)，緊密聯(lián)系現(xiàn)今變壓器行業(yè)專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)。

3? 教學(xué)應(yīng)用效果

通過(guò)《變壓器課程設(shè)計(jì)》教學(xué)試點(diǎn)運(yùn)用，在Excel設(shè)計(jì)程序幫助下，學(xué)生自行完成變壓器計(jì)算書(shū)平均不到1d，大多數(shù)學(xué)生能很快掌握該程序完成變壓器計(jì)算書(shū)的設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)手工計(jì)算方式與用該程序輔助設(shè)計(jì)，使變壓器課程設(shè)計(jì)的時(shí)間比例發(fā)生重大變化，如圖3所示。

可看出：借用Excel程序的幫助，變壓器計(jì)算書(shū)所用時(shí)間大為減少，在總課時(shí)不變情況下學(xué)生可以更好地做好施工圖繪制和變壓器性能分析。

4? 結(jié)語(yǔ)

Excel輔助設(shè)計(jì)是現(xiàn)今變壓器行業(yè)通用設(shè)計(jì)方法，學(xué)校的教學(xué)應(yīng)緊密聯(lián)系實(shí)際，其理論教學(xué)及工程設(shè)計(jì)應(yīng)同步或超前于現(xiàn)今企業(yè)的應(yīng)用，所培養(yǎng)學(xué)生才能為廣大企業(yè)所歡迎和接受，所以工科院校所授課程應(yīng)緊密聯(lián)系當(dāng)今實(shí)際，與時(shí)俱進(jìn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 崔立君.特種變壓器理論與設(shè)計(jì)[M].北京：科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社，1996.

[2] 陸亦工.機(jī)械課程設(shè)計(jì)EXCEL程序集開(kāi)發(fā)及教學(xué)應(yīng)用研究[J].和田師范專(zhuān)科學(xué)校學(xué)報(bào)，2014，33（2）：68-71.