基于Excel程序變壓器課程設計教學及應用研究

卿向東 卿力元 張騫

摘? ?要：針對《變壓器課程設計》教學中，變壓器設計公式繁瑣，重復計算量大，學生在有限的設計時間內不易掌握等問題進行研究，基于Excel強大的計算功能和友好界面，開發Excel變壓器設計程序。使學生用于計算時間減少70% ～80% ，培養學生的工程意識。

關鍵詞：變壓器? 課程設計? Excel應用? 教學研究

中圖分類號：G271? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）11（c）-0219-02

《變壓器課程設計》是高等院校電氣專業生產實踐課重要組成，在該課程實踐中，變壓器設計大多仍延續手工計算，變壓器計算書與數學和物理計算差別很大，為了滿足變壓器性能指標的要求及優化設計，往往要進行反復的調整與計算，這期間由于變量間相互影響，調整初期很難確定效果如何，經過漫長復雜的計算才能知曉結果是否滿足要求，且變壓器計算單最終結果需滿足多個性能指標（不同型號的變壓器性能指標國標GB6451-2008都有具體要求，或客戶特別指定，如阻抗電壓，線圈溫升，負載損耗，空載損耗，鐵芯溫升等），很難一次設計就滿足所有指標，這些指標互相影響，常常某個指標滿足要求了，其它指標又不符合標準要求了，周而復始，學生很是疲憊，深感梏燥乏味，且手工計算出錯概率大，而變壓器計算環環相扣，一步錯，下面的計算就得從頭再來。變壓器設計一般需進行如下的循環計算。

變壓器課程設計是建立在電機學，高電壓技術，電力電子技術上的具體應用，教學中需要在直觀感性和理性認知兩個環節，例如阻抗電壓計算傳統課堂內每個參數的改變對ukx的影響只能定性的分析和介紹，無法完成整體計算和演示。借助于此程序在課堂內自動完成復雜的計算，每個參數改變對ukx的影響及影響程度形象化展示同學面前。

1? 教學研究的目的與方法

本課題組以Excel作為平臺開發的設計程序集計算、查表、標準比對等功能于一體，通過部分參數的輸入如變壓器的基本參數變壓器容量電壓等和改變如鐵芯直徑，導線線規等，變壓器所需的性能指標如阻抗電壓，變壓器損耗（空載，負載）變壓器溫升（線圈溫升，鐵芯溫升，油溫升）等都由程序自動完成，立刻顯示在Excel界面上，并顯示是否符合要求。某個指標不合要求，只需特定在界面上調整部分參數（如導線規格），其余所有計算都由計算機自動完成。根據計算單完成變壓器布置圖及主要生施工圖紙的設計，最終實現：

（1）通過部分參數輸入變壓器計算書的自動生成。

（2）《變壓器課程設計》教學中，向學生演示變壓器計算書計算整體設計思路，通過參數改變使學生一目了然與每個參數和設計指標間的關系，激發了學生的學習興趣和熱情。

（3）Excel也是大學生《計算機基礎》實踐部分重要構成，通過該程序的開發，培養學生學以至用，開發創新型思維。

集成開發程序界面變壓器計算程序界面主要分為三個主界面和一附表、線圈計算、鐵芯計算阻抗負載損耗及成本核算。建立硅鋼片性能參數表、鐵芯截面積表、變壓器技術參數等附表等。圖2是線圈計算界面。

如圖所示紅色字體部分是手動需要輸入參數本界面只需通過下拉列表選擇所需線規，則程序根據所選線規自動算出線圈幅相和軸向尺寸、導線重量、負載損耗、線圈溫升、阻抗電壓、成本核算等。

2? 教學研究創新性

選擇以EXCEL為平臺變壓器設計程序，滿足高等院校《電機學》《變壓器課程設計》課程輔助教學要求，程序可在工科同等高校電氣類專業中進行推廣，具體創新之處主要有：

（1）課程設計時間分配更加合理，傳統的計算單設計要占到2～3d，現在1d左右就可以，可以更好的完成鐵芯、線圈等工程圖繪制，設計說明書編制。

（2）減輕教師負擔，考核合理公平，過去老師手工計算無法驗算每個學生計算單的正確與否，更無法量化其設計合理性，借助于此程序（教師程序）每個學生的總體計算的正確率、性能參數、成本都可自動量化比較。

（3）實踐上符合快速設計的趨勢，緊密聯系現今變壓器行業專業設計，培養學生的工程意識。

3? 教學應用效果

通過《變壓器課程設計》教學試點運用，在Excel設計程序幫助下，學生自行完成變壓器計算書平均不到1d，大多數學生能很快掌握該程序完成變壓器計算書的設計。傳統手工計算方式與用該程序輔助設計，使變壓器課程設計的時間比例發生重大變化，如圖3所示。

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

4? 結語

Excel輔助設計是現今變壓器行業通用設計方法，學校的教學應緊密聯系實際，其理論教學及工程設計應同步或超前于現今企業的應用，所培養學生才能為廣大企業所歡迎和接受，所以工科院校所授課程應緊密聯系當今實際，與時俱進。

參考文獻

[1] 崔立君.特種變壓器理論與設計[M].北京：科學技術文獻出版社，1996.

[2] 陸亦工.機械課程設計EXCEL程序集開發及教學應用研究[J].和田師范專科學校學報，2014，33（2）：68-71.