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变压器说课稿尊敬的各位评委老师：大家好！今天我说课的题目是“变压器”。
下面我将从教材分析、学情分析、教学目标、教学重难点、教法与学法、教学过程以及教学反思这几个方面来展开我的说课。
一、教材分析“变压器”这一内容选自高中物理选修 3-2 第五章第三节。
变压器是交流电路中常见的重要电器设备，它在电能的输送、电压的变换等方面有着广泛的应用。
本节内容既是对电磁感应现象的进一步深入理解和应用，也是后续学习远距离输电等知识的基础，具有承上启下的作用。
教材首先通过生活中的实际例子引入变压器，激发学生的学习兴趣。
然后从变压器的结构入手，通过实验探究变压器的工作原理，得出电压与匝数的关系。
最后介绍了变压器在生活中的实际应用，让学生体会到物理知识与实际生活的紧密联系。
二、学情分析学生已经学习了电磁感应现象和法拉第电磁感应定律，具备了一定的理论基础。
但对于变压器的工作原理和实际应用，学生可能缺乏直观的认识和深入的理解。
在学习过程中，学生可能会遇到一些困难，比如对电磁感应现象在变压器中的具体应用理解不透彻，对电压与匝数的关系推导感到困惑等。
因此，在教学过程中，需要通过实验、多媒体等手段，帮助学生突破难点，加深对知识的理解。
三、教学目标1、知识与技能目标（1）了解变压器的结构和工作原理。
（2）理解变压器的电压与匝数的关系，并能进行简单的计算。
（3）知道常见的变压器类型及其应用。
2、过程与方法目标（1）通过实验探究，培养学生的观察能力、动手能力和分析问题的能力。
（2）通过理论推导，培养学生的逻辑思维能力和科学探究精神。
3、情感态度与价值观目标（1）通过对变压器的学习，让学生体会到物理知识在实际生活中的广泛应用，激发学生学习物理的兴趣。
（2）培养学生的创新意识和团队合作精神。
四、教学重难点1、教学重点（1）变压器的工作原理。
（2）变压器的电压与匝数的关系。
2、教学难点（1）对变压器工作原理中电磁感应现象的理解。
（2）变压器电压与匝数关系的推导。
摘要：本文介绍了电力变压器光声光谱和油色谱两种在线监测技术原理，并介绍了这两种在线监测技术相关的诊断方法，关键词：变压器油色谱光声光谱在线监测0引言变压器是电网系统的核心设备之一，它的运行状态对系统安全具有重要影响。
随着对变压器运行维护要求的不断提高，变压器故障在线诊断技术的研究工作得到了越来越多的关注。
近年来，随着电力变压器在线监测技术得到迅速发展，加上计算机技术和通信技术使得电力变压器检测数据可以及时的处理与传输，并得到实时的运行状态数据，令在线监测技术成功应用于实际的工程中去。
然而，由于检测技术尚有一定的局限性，以及电力变压器内部故障存在的复杂性，当前应用中的在线监测系统的可靠性和稳定性仍显不足。
本文着重分析了电力变压器的光声光谱和油色谱在线监测技术，阐述了两种技术的原理，以及相应的诊断方法等。
1两种在线监测技术原理变压器是电力系统中的重要设备之一，其安全运行状态直接关系到系统的安全稳定。
油浸电力变压器在正常运行中和发生故障后，在热、电的作用下，其绝缘油及有机绝缘材料会分解出H2，CH4，C2H6，C2H4，C2H2，CO和CO2等气体，这些气体可用于判断故障类型及故障部位。
对特定油中溶解气体进行定性定量分析，可以直观、高效地预判出电力变压器的潜伏故障。
1.1电力变压器光声光谱在线监测原理1.1.1光声光谱技术光声光谱(Photo-acoustic spectrometry) 技术是基于光声效应来检测吸收物体积分数的一种光谱技术。
该技术的优势为：①可实现非接触性检测，对气体无消耗；②无需分离气体，不同气体的成分和含量可直接通过光谱分析确定；③各器件的性能稳定，可实现在长期使用中免维护；④能够对气体吸收光能的大小进行直接测量，且比傅里叶红外光谱技术灵敏度更高；⑤测量的精度高，范围广，同时检测速度快,具有重复性和再现性。
一般情况下，多数气体分子的无辐射跃迁主要处于红外波段，因而光声光谱技术对气体的定性定量分析，是通过对气体对相应于特征吸收峰的特定波长红外光的吸收量的测量来实现的。
工程硕士学位论文基于光声光谱理论的变压器DGA技术的研究庞慧玉哈尔滨工业大学2007年12月国内图书分类号：TM407国际图书分类号：621.3工程硕士学位论文基于光声光谱理论的变压器DGA技术的研究硕士研究生：庞慧玉导师：赵学增申 请 学 位：工程硕士学科、专业：机械工程答辩日期：2007年12月授予学位单位：哈尔滨工业大学Classified Index：TM407U.D.C.：621.3Dissertation for the Master Degree in EngineeringSTUDY ON TECHNOLOGY OF DGA APPLIED IN TRANSFORMERSBASED ON PHOTO ACOUSTICSPECTROSCOPY THEORYCandidate：Pang HuiyuSupervisor：Prof. Zhao Xuezeng Academic Degree Applied for：Master of Engineering Specialty：Mechanical EngineeringDate of Oral Defence：December, 2007Degree-Conferring-Institution：Harbin Institute of Technology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要对油中溶解气体的分析是目前对充油电力设备进行绝缘监测的重要手段。
本文在对国内外变压器油中溶解气体分子技术的各种优缺点的比较后，分析了将气体光声光谱检测技术应用于变压器油中溶解气体检测系统的优势，并介绍了光声光谱技术的历史背景，发展现状以及光声光谱技术的特点。
本文采用电磁搅拌及鼓泡脱气技术的脱气方法作为系统的脱气方法，并对振荡脱气的计算公式进行了改进。
不同于从波动方程推导光声信号的方法，本文从分子动能改变的角度简述了气体光声光谱检测气体浓度的原理，推导了光声信号的表达式，介绍了声压检出的原理，建立光声信号与光源强度、气体分子浓度关系的对应关系，为气体光声光谱检测方法应用于变压器DGA 系统提供了理论基础。
变压器设计思想一、教学目标知识技能1. 知道变压器的构造。
2. 理解变压器的工作原理。
3. 理解变压器的变压比、变流比，并能解决有关变压器的基本问题。
4. 了解常见的几种变压器。
过程方法通过让学生自己动手可拆变压器，激发学生对科学的兴趣和热情，使他们了解变压器在生活中的应用。
情感态度与价值观1．在自主实验和逐步探究的学习过程中，培养细心观察、勤于思考和相互交流的学习习惯和合作精神。
2．培养学生实事求是的科学态度。
二、教学重点变压器工作原理三、教学难点变压器是如何将原线圈的电能传输给副线圈的四、教学过程1．创设问题情境，引入新课题师：请同学们思考，若将额定电压为6Ｖ的小灯泡直接接到照明电源上，会出现什么现象？生：因为电源电压（220Ｖ）远大于小灯泡的额定电压（6Ｖ），小灯泡会立即烧毁．师：现在只有照明电源，根据以前所学的电路知识，你有办法使小灯泡正常工作吗？生：可以，拿一个适当阻值的电阻与小灯泡串联，接入照明电路中． 师：那么，你认为用这一办法时电源电能的利用率怎样？生：因为分压，电阻上的电压较大，消耗较大的电功率，所以这时电源电能的利用率并不高．师：能否设计一种办法或装置，使电源损失较小的电能而又能使小灯泡正常工作呢？事实上，上述矛盾在现实中普遍存在．在日常生活、生产中使用的各种用电设备，需要的电压不是都一样的．在由统一的电源供电的情况下，为适应这些不同的电压需要，就要有一种能改变电压的电气设备——变压器，那么它是怎样实现改变电压的目的呢？今天我们就来研究这一课题．2．变压器的构成拆开可拆变压器的各组成部分，让学生观察并回答其基本组成．用投影显示出单相变压器的结构示意图及电路图符号与交流电源连接的线圈叫原线圈，也叫初级线圈，匝数1n ；与负载相连接的线圈叫副线圈，也叫次级线圈，匝数2n 。
1U 为输入电压，2U 为输出电压3．探究变压器工作原理把两个没有导线相连的线圈套在同一个闭合铁芯上，一个线圈连接到交流电源的两端，另一个线圈连接到小灯泡上，连通电路，发现小灯泡会亮。
变压器一、教学目标1．了解变压器的构造及理解变压器的工作原理2．探究变压器的匝数与线圈两端的电压的关系并能用它解决基本问题3．明白理想变压器是忽略了变压器的能量损失，它的输出功率等于输入功率4．从探究“匝数与电压关系”全过程指导学生学习物理的思想与方法二、教学重点1．探究变压器的匝数与线圈两端的电压的关系并能用它解决基本问题2．从电磁感应的角度和能量的转化与守恒的角度深刻理解变压器的工作原理三、教学难点1．“探究变压器的匝数与线圈两端的电压的关系”实验。
2．从能量的转化与守恒的角度理解变压器的工作原理四、教具、学具准备学生电源、可拆变压器、实物投影仪、多用电表、小灯泡、单刀双掷开关五、过程与方法观察现象—进行猜想—设计实验—进行分析—得出结论—指导实践（认识变压器在现实生活中的应用，感受它的价值六、教学过程（一）预习指导1．复习相关内容（1）电磁感应现象产生的条件及种类（2）法拉第电磁感应定律及其表达式（3）探究实验的指导思想及基本步骤（4）交流电的特点（5）涡流的特点及利与弊2．预习需要解决的问题（1）变压器的构造（2）变压器的工作原理（3）本节课实验的目的是什麽？需要哪些器材？需要记录哪些数据？为此需要设计什麽样的表格？过程中需要注意什麽事项？（二）创设意境，激发兴趣学生观察：直流电路中S闭和后灯泡L的亮暗学生思考：把两个没有用导线相连的线圈套在同一个闭合铁芯,一个线圈连到交流电源上, 另一个线圈与灯泡构成闭合回路。
猜想:接通交流电源开关S,灯泡L回发光吗?(鼓励学生敢于说出自己的想法)教师演示:实验是检验真理的标准,回逆前面的猜想,教师演示,验证猜想。
教师提问:你的猜想是正确的,能说出你的依据吗?教师点拨:闭合S,由于电流的大小、方向在不断变化，在铁芯中激发的磁场也不断变化，这个变化的磁场也通过与灯泡L相连线圈，产生感应电动势，所以两线圈之间没有导线相连，灯泡中也有电流通过，从而发光。
学生猜想：那么产生感应电动势的线圈两端电压与线圈匝数有什么关系？(猜想需要在知道一些知识的基础上进行。
变压器普宁英才华侨中学赖志武一、说教材的地位和作用本节通过实验探究并结合理论分析，认识变压器的原理和变压器的基本规律，是本章的重点之一；从整个高中物理来看，本节既联系电磁感应，又为电能输送做好铺垫，起到承上启下的作用。
二、说教学目标1、知道变压器的构造，理解变压器的工作原理。
2、探究理想变压器的原、副线圈中电压与匝数关系，电流与匝数关系。
3、了解变压器在生活中的应用。
4、体会理想化模型在物理学研究中的重要性。
三、说教学重点和难点教学重点：变压器的工作原理；通过实验探究得到变压器原副线圈电压和匝数的关系。
教学难点：推导理想变压器原副线圈电压与匝数关系。
四、说教学方法：实验探究法、阅读法、讲解法。
五、说教学过程环节一:创设问题情境，引入新课题环节二：变压器的构造和变压器的工作原理（1）变压器的构造引导学生观察可拆变压器的构造，并通过示意图明确下列概念:原线圈-------与交流电源连接，输入电压U1,线圈匝数为n1副线圈--------与负载连接，输出电压U2,线圈匝数为n2铁芯---------有何特点（闭合）（2）变压器的工作原理变压器是如何实现变压的呢？设计演示实验按上图所示连接好电路:接通6V交流电源，观察灯泡是否发光。
引导学生从电磁感应的角度去分析问题。
当原线圈中同交变电流时，变化的电流产生变化的磁场，铁芯中产生交变的磁场，变化的磁场在副线圈中产生感应电动势，灯泡中有了感应电流，故灯泡发光。
即变压器的工作原理是互感现象。
环节三：探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系实验探究与理论推导结合（1）实验探究a 、保持原线圈电压和匝数不变，改变副线圈匝数，研究其对副线圈电压的影响。
b 、保持原线圈电压和副线圈匝数不变，改变原线圈匝数，研究其对副线圈电压的影响。
c 、保持原副线圈匝数不变，改变输入电压，研究其对副线圈电压的影响。
根据记录的数据进一步分析：在误差允许的范围内原副线圈的电压比等于原副线圈的匝数比。
变压器光声光谱变压器油中气体在线监测技术是以油中溶解气体为监测对象，应用该技术可及时掌握变压器的运行状况，发现和跟踪存在的潜伏性故障。
配合计算机系统对故障进行诊断，可以避免部分灾难性事故，实现状态检修、降低维护成本、提高自动化程度，提高变电站运行管理水平。
近年来，油中溶解气体在线监测技术研究应用发展迅速，应用气体传感器开发研制小型气体检测装置，已成为新的发展趋势，目的在于实现对变压器油中溶解气体进行在线监测，随时掌握设备的运行状况。
油溶气体变压器油是天然石油经过蒸馏精炼而成的一种矿物油，由许多不同分子量的碳氢化合物分子组成，其中碳、氢两种元素占总重量的95％以上，分子中含有-CH3、-CH2和-CH化学基团，由C-C键连接在一起，当放电或温度过高时，某些C-H键和C-C键断裂，伴随生成少量活泼的氢原子和不稳定的碳基化合物的自由基，这些氢原子或自由基通过复杂的化学反应迅速重新化合，形成氢气和低分子烃类气体，如甲烷、乙烷、乙烯、乙炔等，也可能生成碳的固体颗粒以及碳氢聚合物(即x腊)。
故障初期，所形成的气体溶解于油中，当故障能量较大时，也可能聚集成游离气体，低能量放电性故障，如局部放电通过离子反应，促使最弱的C-H键断裂，主要重新化合成氢气而积累。
C-C键的断裂需要较多的能量，即较高的温度，然后迅速以C-C键、C=C键和C≡C键的形式重新化合成烃类气体，所需要的能量越来越高，即故障温度也越来越高。
虽然在温度较低时也有少量乙烯生成，但乙烯主要是在高于甲烷、乙烷的温度，即大约500℃下生成。
乙炔一般在800℃-1200℃下生成，而且当温度降低时反应迅速被抑制，作为重新化合的稳定产物而积累，因此虽然在较低的温度下有时也会有少量乙炔产生，但乙炔主要是在电弧的弧道中产生。
变压器油起氧化反应时伴随生成少量的一氧化碳和二氧化碳，并且能长期积累，成为数量显著的特征气体。
固体绝缘的主要成分是纤维素，纤维素具有很高的强度和弹性，机械性能良好，其分子内含有大量的无水右旋糖环，以及弱的C-0键，它们的热稳定性比油中的碳氢键差，并且能够在较低的温度下重新化合。
聚合物裂解的有效温度高于105℃，完全裂解和碳化高于300℃，在生成水的同时，产生大量的一氧化碳和二氧化碳，以及少量烃类气体和呋喃化合物，同时油被氧化。
一氧化碳和二氧化碳的生成不仅随着温度升高而加快，并且随着油中氧的含量和纸的湿度增大而增加。
开放式变压器溶解空气的饱和量为10%，设备里可以含有来自空气中的300μL/L的二氧化碳在密封设备里，空气也可能经泄漏而进入设备油中，油中的二氧化碳浓度将以空气的比率存在。
设备固体绝缘材料老化时，二氧化碳除以一氧化碳的比率，该比率大于7。
当怀疑故障涉及到固体绝缘材料时，该比率小于3，还应该从最后一次的测试结果中减去上一次的测试数据，重新计算比值。
变压器油中气体的组分和成因油溶气体监测现状随着在线监测技术的发展，国外公司已开发出全组分气体的在线监测装置。
英国Kelman公司的Transfix在线油中溶解气体分析仪利用动态顶空平衡法脱气，使用光声光谱法（Photoacoustic Spectroscopy,PAS）技术作气样监测，克服了环境变化、仪器恒温、信号干扰、机械振动等各种难题，成功地实现在线监测变压器油中的八种故障气体及微水的在线监测。
美国AVO公司的TmeGas变压器油中气体在线监测设备可监测多达八种气体。
澳大利亚的DRMCC 变压器在线监测系统可持续、在线、多方位监测变压器的工作状态，主要监测对象包括溶解在油中的氢气、水、绕组温度、调压抽头位置等参数。
美国CONEDISON公司利用红外光谱的原理来分析并测量CH4、C2H4、CO、CO2、C2H6，用一个氧化物电化学传感器测量H2的浓度。
国内研制的同类产品有宁波理工监测设备有限公司推出的TRAN-B型变压器故障在线监测设备。
重庆大学研制的在线变压器故障预测系统能够在线监测油中H2、CO、CH4、C2H2、C2H4、C2H6等6种气体的浓度，并采用灰色聚类、糊模式多层聚类、核可能性聚类等多种算法预测油中溶解气体在未来时刻的浓度并诊断变压器在未来时刻的绝缘状况。
气相色谱气相色谱技术的基本原理是使样品蒸发后注入色谱柱内进行分析。
气样由惰性载气携带缓缓通过色谱柱后到达检测器,其间需控制色谱柱的温度以便当气样通过色谱柱时由于其中各类化合物析出时间不同而达到对其分离的目的。
随后,将由检测器得到的各化合物析出图谱的时间、面积等参量与该化合物已知浓度图谱对照后得到其浓度值。
气相色谱检测系统工作原理图有时需要采用多个色谱柱及检测器以便对样品进行精确分析。
在油中溶解气体分析过程中,在将气样注入色谱柱之前,先通过真空或顶空脱气法获得气样。
光声光谱光声效应是由气体分子吸收特定波长的电磁辐射(如红外光)所产生。
气体吸收辐射后导致温度上升,此时如将气体置于密闭容器,温升相应导致气体压力增高。
如采用脉冲光源照射密闭气体,利用灵敏的微音器即可探测到与脉冲光源频率相同的压力波。
但若将光声效应用于实际检测,则须满足两个前提条件:首先需要确定每种气体特定的分子吸收光谱的特性,从而可对红外光源进行波长调制使其能够激发某一特定气体分子;其次则是确定气体吸收能量后退激产生的压力波强度与气体浓度间的比例关系。
气体（分子量）吸收波长/nm灵敏度/μL·L-1重叠可测范围（kelman）μL·L-1CH4（14）339077467974 0.10.20.4C2H6 C2H4C2H2H2O0.7~10000C2H6（30）339011614 0.022.0H2O 3~10000C2H4（28）339094251019411111 0.30.30.20.4H2O 2.5~10000C2H2（26）77461277114085 0.50.30.2H2OCO21~10000CO（28）4651 0.2 0.1~1000CO2（44）44051408514970 3.41.50.1C2H2 1.9~20000H2（2）- - - 5~20000各种气体的红外区可测波长因此,通过选取适当的波长并结合检测压力波的强度,就不仅可验证某种气体是否存在,更可确定其浓度。
甚至对某些混合物或化合物也可作出定性、定量分析。
而这也正是应用光声光谱技术(PAS)的理论基础。
光声光谱原理简图一个简单的灯丝光源可提供包括红外谱带在内的宽带光辐射,采用抛物面反射镜聚焦后进入光声光谱测量模块。
以恒定速率(30Hz)转动的调制盘可产生频闪效应以便对光源进行频率调制。
在入射至光声室之前,红外辐射需透过一系列滤光片。
不同的滤光片仅允许透射与某种分子光谱波长一致的光辐射,以便激发某种化合物分子。
将气态样品注入光声室后,记录由微音器检测到的入射光透射各滤光片后激发气体样品产生的压力波强度。
相应的数值则代表样品中所含特征气体的浓度值。
英国Kelman公司专门研制开发用于变压器现场及在线油中溶解气体分析的核心光声光谱测量模块，该模块外形尺寸为160×150×140mm,重量小于2kg。
并配有系统测量及控制所需的电子处理系统。
将该测量模块与专门设计的油样采集及气体萃取等系统相结合后就构成了PDGA型便携式、全自动油中溶解气体检测系统。
图3给出了系统示意图,并对该仪器的各主要部件加以说明。
图3PDGA型便携式油中溶解气体及微水检测系统工作原理图仪器油样采集的方法与常规油样采集方法相同,而后将注射器内油样直接注入仪器顶空分析器的样品瓶。
随后对油样进行电磁搅动使其中的溶解气体不断蒸发,同时使顶空内的气体在气路内循环。
一旦气液相浓度达到平衡状态,仪器内的PAS光声光谱测量模块立即对顶空内的气样进行分析,并将最终得到的各气体浓度结果一同显示出来。
光声光谱与气相色谱测量原理监测系统的常规对比①采用光声光谱测量原理的系统结构简单可靠,而采用气相色谱测量原理的系统结构相对复杂。
因此前者的系统可靠性更高。
采用光声光谱原理仪器核心部件就是采用动态顶空法的脱气模块和采用光声光谱原理的光声光谱测量模块。
在动态顶空室经过高效脱气分离后的混合气体直接进人光声室,由光声光谱测量模块进行检测,不需要组分分离模块。
采用气相色谱测量原理的系统的性能主要取决于油气分离模块、组分色谱分离模块,气体检测模块的性能。
而实现组分分离也是在线色谱的核心,组分分离度和进样量两项指标直接影响了系统的性能。
良好的组分分离度要求各组分都可以得到很好的分离,而进样量的一致性则对测量结果影响较大。
对柱温的精确要求以及对高精密气路切换的要求等极大地增加了系统的复杂性,导致了系统可靠性的降低。
总之,系统结构的复杂和不稳定性成为制约系统可靠性的瓶颈。
②采用光声光谱测量原理的系统测量技术先进,代表了未来变压器油中溶解气体及微水在线检测的发展趋势。
而采用气相色谱测量原理的系统在早期应用得更为普及。
前者的测量精度更高,重复性好,乙炔的最低测量下限超过了国家标准,而后者的测量精度相对较低。
主要技术指标对比表③采用光声光谱测量原理的系统测量效率高,而采用气相色谱测量原理的系统的测量效率相对较低。
前者的最短检测周期可达1h次,能最大程度的体现在线检测的意义。
光声光谱系统采用高效的动态顶空法进行脱气,所需要的油样少,脱气时间短,在很短的时间就可以达到动态平衡。
测量周期最短可以设置成1h 次,能最大程度的实现在线检测。
而采用气相色谱测量原理的系统,其脱气过程大多比较长。
目前普遍使用的高分子膜,平衡时间较长,使测量失去了及时性。
④采用光声光谱测量原理的系统性价比更高,能真正实现免维护,无后续投资,因此长期使用投资回报率更大。
而采用气相色谱测量原理的系统性价比相对较低,人工维护量大,需后续投资。
采用光声光谱测量原理的系统的关键设备使用寿命长,而采用气相色谱测量原理的系统的关键设备使用寿命较短。
绝大多数的基于气相色谱测量原理的系统内的色谱柱、传感器的寿命在2-4a左右,这与变压器的30a的设计寿命相比,监测系统本身所需要的维护周期太短。
⑤采用光声光谱测量原理的系统不需要标气、载气、色谱柱等耗材,而采用气相色谱测量原理的系统则需要上述耗材。
光声光谱技术测量环节中没有色谱柱,不存在色谱柱的污染、老化、饱和等因素,因此不需要用标气进行标定,而后者的测量环节由于有核心部件色谱柱,存在老化的现象,需要用标气对其进行定期标定。
光声光谱技术测量过程中不需要载气,而后者需要定期更换载气。
采用气相色谱测量原理的在线检测系统,使用高纯载气携带特定量的混合特征气体通过色谱柱,其消耗性载气高纯氮气、氦气通常可用一年,如果检测周期较短的话,消耗更快。
其对消耗性高纯载气的依赖也增大了在线应用时的维护工作量。
