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1、第一章第一章 变压器基本工作原理和结构变压器基本工作原理和结构 1-1 从物理意义上说明变压器为什么能变压，而不能变频率？从物理意义上说明变压器为什么能变压，而不能变频率？ 答：变压器原副绕组套在同一个铁芯上, 原边接上电源后，流过激磁电流 I0， 产生励磁磁动势 F0， 在铁芯 中产生交变主磁通 0, 其频率与电源电压的频率相同， 根据电磁感应定律，原副边因交链该磁通而分别产 生同频率的感应电动势 e1和 e2, 且有 dt d Ne 0 11 , dt d Ne 0 22 , 显然，由于原副边匝数不等, 即 N1N2，原副边的感应电动势也就不等, 即 e1e2, 而绕组的电压近似等于绕组电
2、动势,即 U1E1, U2E2,故原副边电压不等,即 U1U2, 但频率相等。 1-2 试从物理意义上分析，若减少变压器一次侧线圈匝数（二次线圈匝数不变）二次线圈的电压将如何变试从物理意义上分析，若减少变压器一次侧线圈匝数（二次线圈匝数不变）二次线圈的电压将如何变 化？化？ 答：由dt d Ne 0 11 , dt d Ne 0 22 , 可知 , 2 2 1 1 N e N e ，所以变压器原、副两边每匝感应电动势相 等。又 U1 E1, U2E2 , 因此， 2 2 1 1 N U N U ， 当 U1 不变时，若 N1减少, 则每匝电压 1 1 N U 增大，所以 1 1 22 N U
3、NU 将增大。或者根据 m fNEU 111 44 . 4 ，若 N1 减小，则 m 增大， 又 m fNU 22 44 . 4 ， 故 U2增大。 1-3 变压器一次线圈若接在直流电源上，二次线圈会有稳定直流电压吗？为什么？变压器一次线圈若接在直流电源上，二次线圈会有稳定直流电压吗？为什么？ 答：不会。因为接直流电源，稳定的直流电流在铁心中产生恒定不变的磁通，其变化率为零，不会在绕组中 产生感应电动势。 1-4 变压器铁芯的作用是什么，为什么它要用变压器铁芯的作用是什么，为什么它要用 0.35 毫米厚、表面涂有绝缘漆的硅钢片迭成？毫米厚、表面涂有绝缘漆的硅钢片迭成？ 答：变压器的铁心构成变压
4、器的磁路，同时又起着器身的骨架作用。为了铁心损耗，采用 0.35mm 厚、表面 涂的绝缘漆的硅钢片迭成。 1-5 变压器有哪些主要部件，它们的主要作用是什么？变压器有哪些主要部件，它们的主要作用是什么？ 答：铁心: 构成变压器的磁路,同时又起着器身的骨架作用。 绕组: 构成变压器的电路,它是变压器输入和输出电能的电气回路。 分接开关: 变压器为了调压而在高压绕组引出分接头,分接开关用以切换分接头,从而实现变压器调压。 油箱和冷却装置: 油箱容纳器身,盛变压器油,兼有散热冷却作用。 绝缘套管: 变压器绕组引线需借助于绝缘套管与外电路连接，使带电的绕组引线与接地的油箱绝缘。 1-6 变压器原、副方
5、和额定电压的含义是什么？变压器原、副方和额定电压的含义是什么？ 答：变压器二次额定电压 U1N是指规定加到一次侧的电压，二次额定电压 U2N是指变压器一次侧加额定电压， 二次侧空载时的端电压。 1-7 有一台有一台 D-50/10 单相变压器，单相变压器， VUUkVAS NNN 230/10500/,50 21 ，试求变压器原、副线圈的额，试求变压器原、副线圈的额 定电流？定电流？ 解：一次绕组的额定电流 A U S I N N N 76 . 4 10500 1050 3 1 1 二次绕组的额定电流 A U S I N N N 39.217 230 1050 3 2 2 1-8 有一台有一台
6、 SSP-125000/220 三相电力变压器，三相电力变压器，YN，d 接线，接线， kVUU NN 5 . 10/220/ 21 ，求，求变压器额定变压器额定 电压和额定电流；电压和额定电流；变压器原、副线圈的额定电流和额定电流。变压器原、副线圈的额定电流和额定电流。 解：. 一、二次侧额定电压 kVUkVU NN 5 . 10,220 21 一次侧额定电流（线电流） A U S I N N N 04.328 2203 125000 3 1 1 二次侧额定电流（线电流） A U S I N N N 22.6873 2303 125000 3 2 2 由于 YN，d 接线 一次绕组的额定电压
7、 U1N= kV U N 02.127 3 220 3 1 一次绕组的额定电流 AII NN 04.328 11 二次绕组的额定电压 kVUU NN 5 . 10 22 二次绕组的额定电流 I2N= A I N 26.3968 3 22.6873 3 2 第二章第二章 单相变压器运行原理及特性单相变压器运行原理及特性 2-1为什么要把变压器的磁通分成主磁通和漏磁通？它们之间有哪些主要区别？并指出空载和负载时激励 各磁通的磁动势？ 答：由于磁通所经路径不同，把磁通分成主磁通和漏磁通，便于分别考虑它们各自 的特性，从而把非 线性问题和线性问题分别予以处理 区别：1. 在路径上，主磁通经过铁心磁路闭
8、合，而漏磁通经过非铁磁性物质 磁路闭合。 2在数量上，主磁通约占总磁通的 99%以上，而漏磁通却不足 1%。 3在性质上，主磁通磁路饱和，0与 I0呈非线性关系，而漏磁通 磁路不饱和， 1与 I1呈线性关系。 4在作用上，主磁通在二次绕组感应电动势，接上负载就有电能输出， 起传递能 量的媒介作用，而漏磁通仅在本绕组感应电动势，只起了漏抗压降的作用。 空载时，有主磁通 0 . 和一次绕组漏磁通 1 . ，它们均由一次侧磁动势 0 . F 激励。 负载时有主磁通 0 . ，一次绕组漏磁通 1 . ，二次绕组漏磁通 2 . 。主磁通 0 . 由一次绕组和二次绕组的 合成磁动势即 2 . 1 . 0
9、. FFF 激励，一次绕组漏磁通 1 . 由一次绕组磁动势 1 . F激励，二次绕组漏磁通 2 . 由 二次绕组磁动势 2 . F 激励 . 2-2 变压器的空载电流的性质和作用如何？它与哪些因素有关？变压器的空载电流的性质和作用如何？它与哪些因素有关？ 答：作用：变压器空载电流的绝大部分用来供励磁，即产生主磁通，另有很小一部分用来供给变压器铁心损 耗，前者属无功性质，称为空载电流的无功分量，后者属有功性质，称为空载电流的有功分量。 性质：由于变压器空载电流的无功分量总是远远大于有功分量，故空载电流属感性无功性质，它使电网 的功率因数降低，输送有功功率减小。 大小：由磁路欧姆定律 m R NI
10、 10 0 ，和磁化曲线可知，I0 的大小与主磁通 0, 绕组匝数 N 及磁路磁 阻 m R 有关。就变压器来说，根据 m fNEU 111 44 . 4 ，可知， 1 1 44 . 4 fN U m ， 因此， m 由电源电 压 U1的大小和频率 f 以及绕组匝数 N1来决定。 根据磁阻表达式 S l Rm 可知， m R 与磁路结构尺寸 Sl, 有关，还与导磁材料的磁导率有关。变压器 铁芯是铁磁材料，随磁路饱和程度的增加而减小，因此 m R 随磁路饱和程度的增加而增大。 综上，变压器空载电流的大小与电源电压的大小和频率，绕组匝数，铁心尺寸及磁路的饱和程度有关。 2-32-3 变压器空载运行
11、时，是否要从电网取得功率？这些功率属于什么性质？起什么作用？为什么小负荷用变压器空载运行时，是否要从电网取得功率？这些功率属于什么性质？起什么作用？为什么小负荷用 户使用大容量变压器无论对电网和用户均不利？户使用大容量变压器无论对电网和用户均不利？ 答：要从电网取得功率，供给变压器本身功率损耗，它转化成热能散逸到周围介质中。小负荷用户使用大容 量变压器时，在经济技术两方面都不合理。对电网来说，由于变压器容量大，励磁电流较大，而负荷小，电 流负载分量小，使电网功率因数降低，输送有功功率能力下降，对用户来说，投资增大，空载损耗也较大， 变压器效率低。 2-42-4 为了得到正弦形的感应电动势，当铁
12、芯饱和和不饱和时，空载电流各呈什么波形，为什么？为了得到正弦形的感应电动势，当铁芯饱和和不饱和时，空载电流各呈什么波形，为什么？ 答：铁心不饱和时，空载电流、电动势和主磁通均成正比，若想得到正弦波电动势，空载电流应为正弦波； 铁心饱和时，空载电流与主磁通成非线性关系（见磁化曲线） ，电动势和主磁通成正比关系，若想得到正弦 波电动势，空载电流应为尖顶波。 2-52-5 一台一台 220/110220/110 伏的单相变压器，试分析当高压侧加额定电压伏的单相变压器，试分析当高压侧加额定电压 220220 伏时，空载电流伏时，空载电流 I I0 0呈什么波形？加呈什么波形？加 110110 伏时载电
13、流伏时载电流 I I0 0呈什么波形，若把呈什么波形，若把 110110 伏加在低压侧，伏加在低压侧，I I0 0又呈什么波形又呈什么波形 答：变压器设计时，工作磁密选择在磁化曲线的膝点（从不饱和状态进入饱和状态的拐点） ，也就是说，变 压器在额定电压下工作时，磁路是较为饱和的。 高压侧加 220V ，磁密为设计值，磁路饱和，根据磁化曲线，当磁路饱和时，励磁电流增加的幅度比磁 通大，所以空载电流呈尖顶波。 高压侧加 110V ，磁密小，低于设计值，磁路不饱和，根据磁化曲线，当磁路不饱和时，励磁电流与磁 通几乎成正比，所以空载电流呈正弦波。 低压侧加 110V ，与高压侧加 220V 相同， 磁
14、密为设计值， 磁路饱和，空载电流呈尖顶波。 2-62-6 试述变压器激磁电抗和漏抗的物理意义。它们分别对应什么磁通，对已制成的变压器，它们是否是常数？试述变压器激磁电抗和漏抗的物理意义。它们分别对应什么磁通，对已制成的变压器，它们是否是常数？ 当电源电压降到额定值的一半时，它们如何变化？我们希望这两个电抗大好还是小好，为什么？这两个电抗当电源电压降到额定值的一半时，它们如何变化？我们希望这两个电抗大好还是小好，为什么？这两个电抗 谁大谁小，为什么？谁大谁小，为什么？ 答：励磁电抗对应于主磁通，漏电抗对应于漏磁通，对于制成的变压器，励磁电抗不是常数，它随磁路的饱 和程度而变化，漏电抗在频率一定时
15、是常数。 电源电压降至额定值一半时，根据 m fNEU 111 44 . 4 可知， 1 1 44 . 4 fN U m ，于是主磁通减小，磁路 饱和程度降低，磁导率 增大，磁阻 S l Rm 减小, 导致电感 mm m R N Ri iNN i N i L 2 1 0 011 0 01 0 0 增大， 励磁电抗 mm Lx 也增大。但是漏磁通路径是线性磁路， 磁导率是常数，因此漏电抗不变。 由 m x U I 1 0 可知,励磁电抗越大越好，从而可降低空载电流。漏电抗则要根据变压器不同的使用场合来 考虑。对于送电变压器，为了限制短路电流 K K x U I 1 和短路时的电磁力,保证设备安全，希望漏电抗较大； 对于配电变压器，为了降低电压变化率： )sincos( 2 * 2 * KK xru ,减小电压波动，保证供电质量， 希望漏电抗较小。 励磁电抗对应铁心磁路，其磁导率远远大于漏磁路的磁导率，因此，励磁电抗远大于漏电抗。 27 变压器空载运行时，原线圈加额定电压，这时原线圈电阻变压器空载运行时，原线圈加额定电压，这时原线圈电阻 r1很小，为什么空载电流很小，为什么空载电流 I0不大？如将它不大？如将它 接在同电压（仍为额定值）的直流电源上，会如何？接在同电压（仍为额定值）的直流电
