电 机 学 习 与 解 答

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1、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？ 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 , , 显然，由于原副边匝数dtdNe0 11dtdNe0 22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动势,即U1E1, U2E2,故原副边电压不等,即 U1U2, 但频

2、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 变化？答：由, , 可知 , ，所以变压器原、副两边每匝感应电动势dtdNe0 11dtdNe0 22 2211 Ne Ne相等。又 U1 E1, U2E2 , 因此， 当 U1 不变时，若 N1减少, 则每匝电压增大，所以2211 NU NU11 NU将增大。或者根据，若 N1 减小，则增大， 又11 22NUNUmfNEU11144. 4m，故 U2增大。mfNU2244. 41-3 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

3、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 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

4、,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。21-7 有一台 D-50/10 单相变压器，试求变压器原、副线圈的VUUkVASNNN230/10500/,5021额定电流？解：一次绕组的额定电流 AUSINN N76. 4105001050311二次绕组的额定电流 AUSINN N39.21723010503221-8 有一台 SSP-125

5、000/220 三相电力变压器，YN，d 接线，求变压器kVUUNN5 .10/220/21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：. 一、二次侧额定电压 kVUkVUNN5 .10,22021一次侧额定电流（线电流）AUSINN N04.3282203125000311二次侧额定电流（线电流）AUSINN N22.68732303125000322 由于 YN，d 接线一次绕组的额定电压 U1N= kVUN02.1273220 31一次绕组的额定电流AIINN04.32811二次绕组的额定电压kVUUNN5 .1022二次绕组的额定电流 I2N= AIN26.39683

6、22.6873 32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，

7、接上负载就有电能输出，起传递能量的媒介作3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，有主磁通和一次绕组漏磁通，它们均由一次侧磁动势激励。 0. 1.0.F负载时有主磁通，一次绕组漏磁通，二次绕组漏磁通。主磁通 由一次绕组和二次绕0. 1.2.0. 组的合成磁动势即激励，一次绕组漏磁通由一次绕组磁动势激励，二次绕组漏磁通2.1.0. FFF1.1. F由二次绕组磁动势 激励 .2.2.F2-2 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

8、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，和磁化曲线可知，I0 的大小与主磁通 0, 绕组匝数 N 及磁路mRNI10 0磁阻有关。就变压器来说，根据，可知， 因此，由电mRmfNEU11144. 411 44. 4fNUmm源电压 U1的大小和频率 f 以及绕组匝数 N1来决定。根据磁阻表达式可知，与磁路结构尺寸有关，还与导磁材料的磁导率有关。变SlRmmRSl,压器铁芯是铁磁材料，随磁路饱和程度的增加而减小，因此随磁路饱和程度的增加

9、而增大。mR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。2-4为了得到正弦形的感应电动势，当铁芯饱和和不饱

10、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 220 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，I0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，4变压器在额定电压下工作时，磁路是较为饱和的。

11、 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，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

12、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，根据可知，于是主磁通减小，mfNEU11144. 411 44. 4fNUm磁路饱和程度降低，磁导率 增大，磁阻减小, 导致电感SlRm增大，励磁电抗也增大。但是漏磁通路径是线性磁路， mmmRN RiiNN iN iL2 1001100100mmLx磁导率是常数，因此漏电抗不变。由可知,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mxUI1 0来考虑。对于送电变压器，为了限制短路电流和短路时的电磁力,保证设备安全，希望漏

13、电抗较KKxUI1大；对于配电变压器，为了降低电压变化率： ,减小电压波动，保证供)sincos(2* 2*KKxru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？ 答： 因为存在感应电动势 E1, 根据电动势方程：)()(11.0.01.01.00.10.11.1.jxrIZIrIxIjjxrIrIEEUmmm可知，尽管很小，但由于励磁阻抗很大，所以不大.如果接直流电源，由于磁通恒定

14、不变，绕组1rmZ0I中不感应电动势，即，因此电压全部降在电阻上，即有 ，因为很小，所01E01E11/rUI 1r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？5答： 根据可知，由于电压增高，主磁通将增大，磁密mfNEU11144. 411 44. 4fNUmm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，磁阻增大。于是，根据磁mBmR路欧姆定律可知,产生该磁通的励磁电流必显著增大。再由铁耗可知，mmRNI100I3 . 12fBpmFe由于磁密增大,导致铁耗增大，铜损耗也显著增大，变压器发热严重， 可能损坏变压器

15、。mBFep12 0rI29 一台 220/110 伏的变压器，变比，能否一次线圈用 2 匝，二次线圈用 1 匝，为什么？221NNk答：不能。由可知，由于匝数太少，主磁通将剧增，磁密过大,磁路过于mfNEU11144. 4mmB饱和，磁导率 降低，磁阻增大。于是，根据磁路欧姆定律可知, 产生该磁通的激mRmmRNI10磁电流必将大增。再由可知，磁密过大, 导致铁耗大增， 铜损耗也显著0I3 . 12fBpmFemBFep12 0rI增大，变压器发热严重，可能损坏变压器。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，根据可知知,，因此,电mfNEU11144. 411 44. 4fNUm源电压不变,磁通将不变，但磁密，减小，将增大，铁心饱和程度增加，磁导率mSBm mSmB减小。因为磁阻，所以磁阻增大。根据磁路欧姆定律，当线圈匝数不变时，SlRmmmRNI10励磁电流将增大。又由于铁心损耗，所以铁心损耗增加。3 . 12fBpmFe（2）这种情况相当于磁路上增加气隙，磁导率下降，从而使磁阻增大。 根据SlRm可知,，故不变