变压器基本工作原理和结构

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1、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, dtNe02, 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 试从物理意义上分析，若

2、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 1N增大，所以 1N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。1-4 变压器铁芯的作用是什

3、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，使带电的绕组引线与接地的油

4、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。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 UIN76.431二次绕组的额定电流 ASI 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：. 一、二次侧额定电压 kVUkN

5、N5.10,221一次侧额定电流（线电流）ASI 04.328311二次侧额定电流（线电流） UIN.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 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

6、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，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，一次绕组漏磁通 1.由一次绕组磁动势

7、 1.F激励，二次绕组漏磁通 2.由二次绕组磁动势 2.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 m有关。就变压器来说，根据 mfNEU114.，可知，14.fU

8、m， 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 SlRm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。小负荷用户使用大容量变压器时，在经济技术

9、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？

10、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，空载电流呈尖顶波。2-6 试述变压器激

11、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 SlR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， 磁导率是常数，因此漏电抗不变。由 mxU

12、I10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*KKxru,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？答： 因为存在感应电动势 E1, 根据电动势方程：)()( 1.0

13、.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 mfNE114.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 ,产生该磁通的励磁电流 0I必显著增大。再由铁耗3.

14、12fpmFe可知，由于磁密 B增大,导致铁耗 Fep增大，铜损耗120rI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 mR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m过大 , 导致铁耗 Fep大增， 铜损耗 12r也显著增大，变压器发热严重，可能损坏变压器。2-10 2-10 变压器制造时：迭片松散

15、，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 SB， 减小，mB将增大，铁心饱和程度增加，磁导率 减小。因为磁阻lRm，所以磁阻增大。根据磁路欧姆定律 mRI10，当线圈匝数不变时，励磁电流将增大。又由于铁心损耗3.2fpmFe，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 SBm也不变，铁心饱和程度不变。又由于3.2BpFe，故铁损耗不变。根据磁路欧姆定律mRNI10可知，磁动势 0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 mmRNfLx21,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，根据 mFerIp(20是励磁电阻，不是磁阻 m）可知，励