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1、1第一部分: 变压器第一章 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?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 dtN01, dte02, 显然,由于原副边匝数不等, 即 N1N 2,原副边的感应电动势也就不等, 即 e1e 2, 而绕组的电压近似等于绕组电动势,即 U1E 1, U2E 2,故原副边电压不等,即 U1U 2, 但频率相等。1-2
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化?答:由 dtNe01, dte02, 可知 , 21Ne,所以变压器原、副两边每匝感应电动势相等。又 U1 E1, U2E 2 , 因此, 21U, 当 U1 不变时,若 N1 减少, 则每匝电压 1NU增大,所以 12N将增大。或者根据 mfE114.,若 N1 减小,则 m增大, 又mf224.,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?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-
3、4 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?答:变压器的铁心构成变压器的磁路,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?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
4、,使带电的绕组引线与接地的油箱绝缘。21-6 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 D-50/10 单相变压器, VUkVASNN 230/15/,5021,试求变压器原、副线圈的额定电流?解:一次绕组的额定电流 IN76.431二次绕组的额定电流 AUSI 9.2130521-8 有一台 SSP-125000/220 三相电力变压器,YN,d 接线, kVUN5.10/2/1,求变压器额定电压和额定电流;变压器原、副线圈的额定电流和额定电流。解:.
5、 一、二次侧额定电压 kVkNN5.0,221一次侧额定电流(线电流)AUSI 04.328131二次侧额定电流(线电流)IN.67522 由于 YN,d 接线一次绕组的额定电压 U1N = kV02.131一次绕组的额定电流 AIN04.281二次绕组的额定电压 kV52二次绕组的额定电流 I2N = AN26.3982.6873第二章 单相变压器运行原理及特性2-1 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
6、以处理区别:1. 在路径上,主磁通经过铁心磁路闭合,而漏磁通经过非铁磁性物质 磁路闭3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.,一次绕组漏磁通.,二次绕组漏磁通 2.。主磁通.由一次绕组和二次绕组的合成磁动势即 2.1.0.F激励,
7、一次绕组漏磁通 1.由一次绕组磁动势 1.激励,二次绕组漏磁通 2.由二次绕组磁动势.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?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 mRNI10,和磁化曲线可知,I 0 的大小与主磁通 0, 绕组匝数 N 及磁路磁阻 mR有关。就变压器来说,根据 mfN
8、EU114.,可知, 14.fUm, 因此,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 Slm可知, mR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 mR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。2-3 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?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
9、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。42-4 2-4 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。2-5 一台 220/110 伏的单相变压器,试分析当高压侧加额定电压 2
10、20 伏时,空载电流 I0呈什么波形?加 110 伏时载电流 I0呈什么波形,若把 110 伏加在低压侧,I 0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, 磁密为设计值, 磁路饱和,
11、空载电流呈尖顶波。2-6 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?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?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是常数。电源电压降至额定值一半时,根据 mfNEU114.可知, 14.fNU,于是主磁通减小,磁路饱和程度降低,磁导率 增大,磁阻 SlRm减小, 导致电感mmRiNiiL210101增大,励磁电抗 mLx也增大。但是漏磁通路径是线性磁路,
12、磁导率是常数,因此漏电抗不变。由 mxUI10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 KxUI1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: )sinco(2*2*Kxru,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 r1 很小,为什么空载电流 I0 不大?如将它接在同电压(仍为额定值)的直流电源上,会如何?5答: 因为存在感应电动势
13、E1, 根据电动势方程:)()( 1.0.01.00.1.1 jxrIZrIxjrIU mm可知,尽管 r很小,但由于励磁阻抗 Z很大,所以 不大.如果接直流电源,由于磁通恒定不变,绕组中不感应电动势,即 1E, 1,因此电压全部降在电阻上,即有 1/rUI,因为 1很小,所以电流很大。28 一台 380/220 伏的单相变压器,如不慎将 380 伏加在二次线圈上,会产生什么现象?答: 根据 mfNEU114.可知, 14.fNU,由于电压增高,主磁通 m将增大,磁密 mB将增大 , 磁路过于饱和,根据磁化曲线的饱和特性,磁导率 降低,磁阻 R增大。于是,根据磁路欧姆定律 mRI10可知,产生
14、该磁通的励磁电流 0I必显著增大。再由铁耗3.2fpmFe可知,由于磁密 B增大,导致铁耗 Fep增大,铜损耗 120r也显著增大,变压器发热严重, 可能损坏变压器。29 一台 220/110 伏的变压器,变比21Nk,能否一次线圈用 2 匝,二次线圈用 1 匝,为什么?答:不能。由 mfEU114.可知,由于匝数太少,主磁通 m将剧增,磁密 mB过大,磁路过于饱和,磁导率 降低,磁阻 R增大。于是,根据磁路欧姆定律 RNI10可知, 产生该磁通的激磁电流 0I必将大增。再由3.12fBpmFe可知,磁密 mB过大, 导致铁耗 Fep大增, 铜损耗120rI也显著增大,变压器发热严重,可能损坏
15、变压器。2-10 2-10 变压器制造时:迭片松散,片数不足;接缝增大;片间绝缘损伤,部对变压器性能有何影响?答:(1)这种情况相当于铁心截面 S 减小,根据 mfNEU114.可知知, 14.fNUm,因此,电源电压不变,磁通 m将不变,但磁密 SBm, 减小, B将增大,铁心饱和程度增加,磁导率 减小。因为磁阻 SlR,所以磁阻增大。根据磁路欧姆定律 mRNI10,当线圈匝6数不变时,励磁电流将增大。又由于铁心损耗3.12fBpmFe,所以铁心损耗增加。(2)这种情况相当于磁路上增加气隙,磁导率 下降,从而使磁阻 SlRm增大。 根据mfNEU114.可知, 14.fNU,故 m不变,磁密B也不变,铁心饱和程度不变。又由于3.2fBpFe,故铁损耗不变。根据磁路欧姆定律 mRNI10可知,磁动势 0F将增大,当线圈匝数不变时,励磁电流将增大。励磁阻抗减小,原因如下:电感 mmRNiiNiL210101, 激磁电抗 mmRfLx21,因为 磁阻 R增大,所以励磁电抗减小。已经推得铁损耗 Fep不变,励磁电流 0I增大,根