（1）知识目标：学生应理解变压器的基本概念，包括变压器的结构组成、工作原理以及特殊变压器（如互感器和三相变压器）的基本知识。

（2）能力目标：通过混合式教学，培养学生分析和解决变压器相关问题的能力，提高对变压器性能的理解和应用能力，掌握对变压器进行简单故障诊断的技能。

（3）素养目标：培养学生严谨的科学态度和认真负责的工作态度，促进其熟悉并运用国家和行业标准，如《国家电网公司变压器技术规程》等相关规定。

2. 重点和难点：

（1）重点：

• 变压器的结构组成：了解变压器的主要部件（如铁芯、线圈、绝缘材料等）及其作用。

• 变压器的工作原理：掌握变压器的工作原理、变比计算及其在电力系统中的应用。

（2）难点：

• 变压器的工作原理：学生需要深入理解电磁感应原理及其在变压器工作过程中的具体应用，特别是如何通过变比转换电压和电流。

• 特殊变压器：了解互感器和三相变压器的基本概念及应用场景。

3. 教学设计：

（1）课前环节：

• 线上预习：学生通过网络平台预习变压器的基本概念，阅读相关材料，包括变压器的结构组成、工作原理、特殊变压器的介绍等。

• 问题引导：教师提前发布与变压器相关的思考题，引导学生进行课前思考，如“变压器的铁芯在工作中起到什么作用？”“互感器和变压器有何区别？”

（2）课中环节：

• 理论讲解：教师在课堂上深入讲解变压器的结构组成与工作原理，使用多媒体工具辅助教学，通过图片、动画和视频加深学生对抽象概念的理解。

• 实践操作：学生进行变压器的拆解或模型制作，观察和分析变压器的各个组成部分，理解它们的功能和相互关系。

• 难点突破：通过实例演示和互动讨论，特别关注变压器的工作原理及变比计算方法，帮助学生克服理解上的困难。

（3）课后环节：

• 线上复习：学生通过网络平台复习课程内容，完成课后作业，包括回答关于变压器结构和工作原理的相关问题。

• 线上讨论：学生在讨论区交流学习心得，教师提供答疑和反馈，针对变压器的结构、工作原理及特殊变压器的内容进行深入探讨。

• 作业提交：学生提交有关变压器工作原理的总结报告，教师进行批改和评价，重点检查学生的理解深度和应用能力。

（4）任务型设计：

• 任务一：变压器拆解与分析

• 任务目标：通过实际操作理解变压器的结构组成及其功能。

• 任务步骤：

• a.选择一个可拆解的变压器模型，进行拆解，识别各个部件（如铁芯、线圈、绝缘材料等）。

• b.记录各部件的特性及其在变压器工作中的作用，撰写拆解报告。

• 任务二：变压器工作原理实验

• 任务目标：通过实验观察变压器的工作原理与变比计算。

• 任务步骤：

• a.利用实验设备或模拟软件，构建一个变压器电路，输入一定的电压。

• b.测量输出电压和电流，通过计算验证变压器的变比。

• c.撰写实验报告，包含实验目的、步骤、结果分析及结论。

• 任务三：特殊变压器的应用研究

• 任务目标：了解特殊变压器（如互感器和三相变压器）的基本概念及其应用场景。

• 任务步骤：

• a.调查互感器和三相变压器的结构特点及应用领域，收集相关资料。

• b.专注于分析这两种特殊变压器在电力系统中的作用，总结比较它们与普通变压器的主要差异。

• c.编写一份简要报告，为同学进行课堂展示。

一、基础理论学习

1. 变压器基本原理

• 电磁理论：

o 法拉第电磁感应定律、楞次定律、磁滞与涡流损耗。

o 理想变压器方程：电压比 V1V2=N1N2V2V1=N2N1，电流比 I1I2=N2N1I2I1=N1N2。

• 结构与分类：

o 核心部件：铁芯（叠片硅钢）、一次/二次绕组、冷却方式（油冷、干式）。

o 类型：电力变压器、自耦变压器、隔离变压器、船用变压器。

• 关键参数：

o 额定功率（kVA）、效率、阻抗电压、温升限制。

2. 数学建模与仿真

• 等效电路模型：

o 学习变压器的等效电路（励磁支路、漏感、绕组电阻）。

o 推导电压调整率公式：ΔV%=V空载−V满载V满载×100%ΔV%=V满载V空载−V满载×100%。

• 仿真工具：

o 使用 MATLAB/Simulink 或 ANSYS Maxwell 进行磁场与电路耦合仿真。

o 通过 LTspice 或 PSIM 模拟变压器的空载、短路实验。

3. 推荐资源

• 书籍：

o 《电机学》（汤蕴璆）第4章——变压器。

o 《Electric Machinery Fundamentals》（Chapman）第2章。

• 在线课程：

o Khan Academy 的电磁学与变压器课程（免费）。

o Coursera 的《Fundamentals of Electrical Engineering》（伊利诺伊大学）。

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二、船舶电力系统与变压器应用

1. 船舶电力系统特点

• 电压等级：通常为440V/60Hz 或 380V/50Hz，三相三线绝缘系统。

• 特殊需求：

o 抗振动、防腐蚀（盐雾环境）、紧凑设计。

o 冗余与可靠性：船级社规范（如DNV、ABS、CCS）要求严格。

2. 船用变压器的特殊设计

• 绝缘材料：耐湿热、阻燃（如H级绝缘）。

• 冷却方式：干式变压器（无需油，避免泄漏风险）。

• 功能应用：

o 主配电系统：降压为220V/24V供照明、控制设备。

o 推进系统：变频驱动（VFD）中的隔离变压器。

o 谐波治理：通过三相平衡变压器抑制船舶电网谐波。

3. 行业标准与案例

• 标准：

o IEC 60092 系列（船舶电气设备国际标准）。

o 船级社规范（如DNVGL-RU-SHIP Pt.4 Ch.8）。

• 案例研究：

o 大型集装箱船的配电变压器布局。

o 液化天然气（LNG）船中变压器的防爆设计。

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三、实践与项目

1. 基础实验

• 小型变压器拆解：观察绕组结构，测量变比与空载电流。

• 仿真实验：

o 用 MATLAB 模拟船舶电网中变压器的电压调节。

o 通过 ANSYS Maxwell 分析变压器在倾斜工况下的磁场分布。

2. 船舶应用项目

• 设计任务：

o 设计一个船用220V/24V干式隔离变压器，满足IEC 60092标准。

o 分析船舶电网中谐波对变压器效率的影响，提出滤波方案。

• 实操建议：

o 使用船舶电力系统模拟器（如ETAP）进行故障场景测试。

o 参与船舶电气改装项目（如游艇或小型货轮）。

3. 硬件工具推荐

• 低成本实验：

o 小型干式变压器（如Talema系列） + 调压器 + 功率分析仪。

• 专业设备：

o 船用变压器样品（如ABB或西门子船用产品）。

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四、深入学习方向

1. 船舶电力系统扩展

• 系统稳定性：学习短路容量计算、并联运行变压器的负载分配。

• 新能源船舶：研究混合动力船舶中变压器与电池、燃料电池的集成。

2. 故障诊断与维护

• 常见故障：绕组过热、绝缘老化、盐雾腐蚀。

• 监测技术：

o 红外热成像检测热点。

o 局部放电（PD）在线监测。

3. 高级仿真与优化

• 多物理场仿真：结合电磁、热、机械应力分析（COMSOL Multiphysics）。

• 智能化设计：基于AI的变压器参数优化（如遗传算法）。

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五、资源推荐

• 书籍：

o 《船舶电力系统》（王焕文）——详细讲解船舶电网设计。

o 《Marine Electrical Practice》（H.D. McGeorge）——船用设备实践指南。

• 课程：

o Udemy 的《Ship Electrical Systems》（侧重实操）。

o edX 的《Power Electronics》（涵盖变压器在电力电子中的应用）。

• 行业文献：

o IEEE 船舶电力与能源系统会议论文（如ESARS-ITEC）。

o 船级社官网（DNV、ABS）的技术规范白皮书。

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六、常见误区提醒

1. 忽视环境因素：船舶环境（湿度、盐雾、振动）对变压器寿命影响巨大，需优先学习防护设计。

2. 混淆陆用与船用：船用变压器需符合额外安全标准（如防火、防爆），不可直接套用陆用方案。

3. 忽略谐波问题：船舶电网中变频器负载会产生谐波，需学习滤波技术。

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通过以上路径，您将掌握变压器从基础理论到船舶工程应用的完整知识体系，未来可进一步专攻船舶电气设计或电力系统优化领域。