第一章变压器的结构与工作原理试题及答案要点.pdf

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1、第一章变压器的结构与工作原理 一、填空：（每空 1 分） 1.一台单相变压器额定电压为380V/220V，额定频率为50HZ，如果误将低压侧接到 380V上，则此时m , 0 I , Fe p。 （增加，减少或不变） 答： m增大， 0 I增大， Fe p增大。 2.一台额定频率为60HZ的电力变压器接于50HZ ，电压为此变压器的5/6 倍额定电压 的电网上运行，此时变压器磁路饱和程度，励磁电流，励磁电 抗，漏电抗。 答：饱和程度不变，励磁电流不变，励磁电抗减小，漏电抗减小。 3.三相变压器理想并联运行的条件是（1）， （ 2 ）， （3）。 答： （1）空载时并联的变压器之间无环流；（2）

2、负载时能按照各台变压器的容量合理地 分担负载；（ 3）负载时各变压器分担的电流应为同相。 4.如将变压器误接到等电压的直流电源上时，由于 E= ， U= ， 空载电流将，空载损耗将。 答： E 近似等于 U，U 等于 IR，空载电流很大，空载损耗很大。 5.变压器空载运行时功率因数很低，其原因为。 答：激磁回路的无功损耗比有功损耗大很多，空载时主要由激磁回路消耗功率。 6.一台变压器，原设计的频率为50HZ ，现将它接到60HZ 的电网上运行，额定电压 不变，励磁电流将，铁耗将。 答：减小，减小。 7.变压器的副端是通过对原端进行作用的。 答：电磁感应作用。 8.引起变压器电压变化率变化的原因

3、是。 答：负载电流的变化。 9.如将额定电压为220/110V 的变压器的低压边误接到220V 电压，则激磁电流 将，变压器将。 答：增大很多，烧毁。 二、选择填空（每题1 分） 1.三相电力变压器磁势平衡方程为。 A：原，副边磁势的代数和等于合成磁势 B：原，副边磁势的时间向量和等于合成磁势 C：原，副边磁势算术差等于合成磁势 答： B 2.电压与频率都增加5时，穿过铁芯线圈的主磁通。 A 增加 B 减少 C 基本不变 答： C 3.升压变压器，一次绕组的每匝电势二次绕组的每匝电势。 A 等于 B 大于 C 小于 答； A 4.三相变压器二次侧的额定电压是指原边加额定电压时二次侧的电压 A

4、空载线B 空载相C 额定负载时的线 答： A 5.单相变压器通入正弦激磁电流，二次侧的空载电压波形为。 A 正弦波B 尖顶波C 平顶波 答： A 6.变压器的其它条件不变，若原副边的匝数同时减少10，则 1 X， 2 X及 m X的大 小将。 A： 1 X和 2 X同时减少10， m X增大 B： 1 X和 2 X同时减少到0.81 倍, m X减少 C： 1 X和 2 X同时减少到0.81 倍， m X增加 D： 1 X和 2 X同时减少10， m X减少 答： B 7.如将额定电压为220/110V 的变压器的低压边误接到220V 电压，则激磁电流 将，变压器将。 A：不变； B:增大一倍

5、； C:增加很多倍 ;D:正常工作 ;E:发热但无损坏危险；F:严重发热 有烧坏危险 答： C，F 8.联接组号不同的变压器不能并联运行，是因为。 A:电压变化率太大；B:空载环流太大； C:负载时激磁电流太大；D:不同联接组号的变压器变比不同。 答： B 9.三相变压器组不宜采用Y,y 联接组，主要是为了避免。 A：线电势波形放生畸变；B：相电势波形放生畸变； C：损耗增大；D：有效材料的消耗增大。 答： B 10.变压器原边每匝数增加5%，副边匝数下降5%，激磁电抗将。 A：不变B：增加约10% C：减小约10% 答： B 11.三相变压器的变化是指之比。 A：原副边相电势B：原副边线电势

6、C：原副边线电压 答： A 12.磁通 ，电势 正方向如图，W1匝线圈感应的电势 e 为。 A：d /dt B： W1d/dt C：-W1d/dt 答： C 13.变压器铁耗与铜耗相等时效率最大，设计电力变压器时应使铁耗铜耗。 A：大于B：小于C：等于 答： A 14.两台变压器并联运行时，其负荷与短路阻抗分配。 A：大小成反比B：标么值成反比C：标么值成正比 答： B 15.将 50HZ 的变压器接到60HZ电源上时，如外加电压不变，则变压器的铁耗； 空载电流；接电感性负载设计，额定电压变化率。 A变大 B 变小 答： B，B，A 16.当一台变压器的原边匝数比设计少10%（副边匝数正常）则

7、下列各值的变化为： 磁通； 1 X； 2 X； m X；U20 I 0 。 A：变大 B：变小 C：不变 答： A，B，C，B，A，A 17.一台Y/ 0 y-12 和一台 Y/ 0 y-8 的三相变压器，变比相等，能否经过改接后作并联 运行。 A能B不能C不一定D不改接也能 答： A 18.一台50HZ的变压器接到60HZ的电网上，外时电压的大小不变，激磁电流 将。 A,增加B,减小C，不变 . 答： B 19.变压器负载呈容性，负载增加时，副边电压。 A,呈上升趋势；B,不变，C,可能上升或下降 答： C 20.单相变压器铁心叠片接缝增大，其他条件不变，则空载电流。 A,增大；B，减小；C

8、,不变。 答： A 21.一台单相变压器额定电压为220/110V 。Y/y-12 接法， 在高压侧作短路实验，测得的短 路阻抗标幺值为0.06，若在低压侧作短路实验，测得短路阻抗标幺值为。 A:0.06 ，B： 0.03 ， C：0.12 ，D：0.24 。 答： A 三、判断（每题1 分） 1.变 压 器 负 载 运 行 时 副 边 电 压 变 化 率 随 着 负 载 电 流 增 加 而 增 加。 （） 答：对 2.电源电压和频率不变时，制成的变压器的主磁通基本为常数，因此负载时空载时感应 电势 1 E为常数。（） 答：错 3.变压器空载运行时， 电源输入的功率只是无功功率。（） 答：错

9、4.变压器频率增加， 激磁电抗增加， 漏电抗不变。（） 答：错 5.变压器负载运行时，原边和副边电流标幺值相等。（） 答：错 6.变压器空载运行时原边加额定电压，由于绕组电阻r1很小， 因此电流很大。 （） 答：错 7.变压器空载和负载时的损耗是一样的。（） 答：错 8.变压器的变比可看作是额定线电压之比。（） 答：错 9.只要使变压器的一、 二次绕组匝数不同， 就可达到变压的目的。（） 答：对 10.不管变压器饱和与否，其参数都是保持不变的。（） 答：错 四、简答（每题3 分） 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

10、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动势,即 U1 E1、U2E2，故 原副边电压不等，即U1 U2, 但频率相等。 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 dt d N

11、e 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 2 22 N U 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。 3.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 0.3

12、5mm 厚、表面涂的绝缘漆的硅钢片迭成。 4.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。 5.变压器原、副方额定电压的含义是什么？ 答：变压器一次额定电压U1N是指规定加到一次侧的电压，二次额定电压U2N是指

13、变 压器一次侧加额定电压，二次侧空载时的端电压。 五、计算（每题5 分） 1.一台三相变压器，原、副方额定电压 1 2 10/ 3.15 N N U kV U ，/Y11 连接，匝 电压为 14.189 伏，副方额定电流 2 183.3 N A I 。 试求（ 1）原副方线圈匝数； （2）原线圈电流及额定容量； （3）变压器运行在额定容量且功率因数为 2 Cos1、0.9（超前）和0.85（滞 后）三种情况下的负载功率。 解： （ 1）原方 1 10 5.7735 3 N kV U 副方 23.15NkVU 所以 1 1407 14.189 NU T W 2 2222 14.189 NU T

14、W （2）额定容量 22 3 NNNSUI 33.15 183.31000 N KVA S 1 1 1000 57.74 33 10 N N N S A I U （3）因 2 2NCos SP 所以当 2 Cos1 时 2P1000 W 当 2 Cos0.9 时 2 P 10000.9900 w 当 2 Cos0.85 时 2P10000.85850 w 2.一台 3KVA， 230/115伏单相变压器， 原线圈电阻 1 0.3 r ， 副线圈电阻 2 0.05 r ， 原线圈漏抗 10.8x，副线圈漏抗20.1x，铁耗45FePw，额定负载时铜耗 85 cuP w。 求： (1) 副方功率因

15、数为0.9（滞后）时的电压变化率； (2) 供给 3.04kw，功率因数为0.95（滞后）负载时的效率 解： （1） 1 3000 13.043 230230 N N S A I 2 3000 26.087 115115 N N S A I 1 1 1 17.634 N N N U Z I 2 2 2 4.408 N N N U Z I 所以 12 12 12 0.30.05 0.0284 17.6344.408 k NN rr rrr ZZ 12 0.80.1 0.0681 17.6344.408 kxxx 故副方 Cos 2 0.8（滞后）时电压变化率 2 2 kk uCosSin xr

16、5.524 （2）供给负载3.04kw 时，如不考虑电流对u的影响时， 22 kk uCosSin x r 0.0280.95+0.0681 2 1 0.95 4.78 此时端电压 2 (1)115 (1 0.0478)109.5 N uV UU 此时负载电流 2 2 2 3040 27.76 109.5 P A I U 这个电流对电压变化率的影响为 2 u uI 所以考虑电流变化对电压变化率的影响后电压变化率 %09.5%78.4 087.26 76.27 u 端电压 2 115(10.0509)109.17V U 负载电流 2 2 2 3040 27.85 109.17 P A I U 在

17、这个负载时变压器的铁耗不变，铜耗为 2 2 27.85 8596.88() 2 26.087 PP I cuk W 所以供给3.04kw、功率因数为0.95（滞后）负载时的效率为 2 100% 20 P PPPcu %54.95%100 88.96453040 3040 3.一台单相变压器50KV A、7200/480V 、60Hz。其空载和短路实验数据如下 实验名称电压（伏）电流（安）功率（ W）电源加在 空载480 5.2 245 低压边 短路157 7 615 高压边 试求： （1）短路参数及其标么值； （2）空载和满载时的铜耗和铁耗； （3）额定负载电流、功率因数 2 0.9Cos滞后

18、时的电压变化率、副边电压及 效率。（注：电压变化率按近似公式计算） 解： 1 1 6.944 N N N S A I U 2 2 1 0 4. 1 6 7 N N N S A I U (1) 短路参数 157 22.42 7 k k k U Z I 2 615 12.55 49 k k k P r I 22 18.58 kkkxZr 其阻抗基值 1 1 1 7200 1036.87 6.944 N N N U Z I 所以 1 0.0216 k k N Z Z Z 1 0.0121 k k N r r Z 1 0.0179 k k N x x Z (2)空载时铁耗0245Fe PP w 满载铜

19、耗 1 2 2 6.944 ()615605.2 () 7 N kNk k I PP I w (3) 额定负载电流时22104.167NA II 根据电压变化率近似公式 22 uCosSin xr kk 得 %87. 181.010179. 09 .00121.0u 此时副方电压 22(1 1.87%)471.02NV UU 所以 2222 471 104.167 0.944158.64 NCosUPI w 120 44158.64245605.245008.64 kNPPPP w 2 1 100%98.11% P P 4.一台单相变压器，50kVA， 7200/480V ，60Hz。其空载和

20、短路实验数据如下： 实验名称电压（ V）电流（ A）功率（ w）电源加在边 空载480 5.2 245 低压边 短路157 7 615 高压边 试求：（1）短路参数 Z k ， r k ， X K 及其相对值； （ 2）空载和满载时的铜耗和铁耗；（3）额定负载电流，功率因数 2 Cos0.9（滞后） 时的电压变化率，二次侧电压及效率。（注：电压变化率用近似公式计算） 解： (1) SN50kVA I1NSN/U1N6.94A Z1NU1N/I1N1037.46 短路实验时，IK7AIN ZKUS/IK=157/7=22.43 022.0 ZS 55.12 49 615 2 I P r S S

21、S 012.0 r S 59.18 22 rZx SSS 018.0 xS (2) 铁耗：245 |0 uN PPFe w 铜耗：615 | II NS PP kNcu w (3) )( 22 SinCosu xR SS 019.044.0018.09.0012.0 9.470)019.01 (480)1 ( 22 u UU N V PPS PP kNN kN Cos 0 2 2 0 2 1 %12.98 2453159.050000 245615 1 5.三相变压器的额定值为SN1800kVA，U1N/U2N6300/3150V ，Y，d11 联结，空 载损耗 P06.6kw，短路损耗Pk2

22、1.2kw，求 （1）当输出电流I2 I2N， 2 Cos0.8 时的效率； （2）效率最大时的负载系数 m 。 解： 1、 PPS PP kN k Cos 0 2 0 1 %1 .98 2.216 .68 .01800 2.216.6 1 2、当 PcuPFe时发生 max 、 PPK 0 2 所以558.0 2.21 6.60 P P K 6.一台三相变压器的铭牌数据如下，SN750KVA，U1N/U2N10000/400V ，Y，yn0 联结。低压边空载实验数据为：U20400V，I2060A，P03800w。高压边短路实验 数据为： U1K440V，I1K 43.3A， pk10900

23、w，室温 200C，试求： （1）变压器的参数，并画出等值电路；（2）当： a）额定负载 2 Cos0.8， （2）)( 2 Cos0.8 时，计算电压变化率%u、二次侧电压u2及效率。 解：3 .43 103 750 3 1 1 U S I N N N A 34.133 3.43 3/10000 1 1 1 I U Z N N N 1、空载实验： 低压方：85.3 60 3/400 20 20 0 I U Z 3800 0 0.35 0 22 33 60 0 P RRm I 8.2393 xm 83.3 2 0 2 00 RZxx m 由短路实验：200C 时； 87.5 3.43 3/44

24、0 1 1 I U Z K K S 10900 1.94 22 33 43.3 Pk RS I k 0145.0 RS 54.5 22 RZx SSS 0415.0 xS 所以97.0 2 1 21 Rrr S 77.2 2 1 21 xxx S 2、8.0 2 Cos（滞后）且1 )( 22 SinCosu xR SS 0365.06 .00415.08 .00145.0 4.3859635. 0400)1( 22 u UU N V PPS PP kNN kN Cos 0 2 2 0 2 1 %6.97 3800109008.0750000 380010900 1 当8.0 2 Cos（超前

25、）时： 0133.0)( 22 SinCosu xR SS 32.4050133.1400)1 ( 22 u UU N V %6 .971 0 2 2 0 2 PPS PP kNN kN Cos 19.有一台变压器容量SN5600kVA，U1N/U2N 6.3/3.3kV ，Y，yn0， Uk10.5， 铁耗 PFe25.5kw，铜耗 Pm 62.5kw，今改为自耦变压器U1N/U 2N 9.9/3.3kV ，求： 1、改为自耦变压器后的容量SN 自与原来双绕组时的容量SN双之比（其中电磁容量、 传导容量各为多少？） 2、改为自耦变压器后，在额定电压时， 稳定短路电流IKn 自为额定电流IN的

26、多少倍？ 与原双绕组时的稳定短路电流比IKn自/IKn双； 3、改为自耦变压器后，在额定负载Cos0.8 落后时效率比未改前提高多少？ 解：普通变压器：2.513 3 .63 5600 3 1 1 U S I N N N A 6.986 3.33 5600 3 2 2 U S I N N N A 09.7 1ZN 1、 IUUIUS NNNaNaNaN12111 )(33 372.49262.5136. 93KVA 8533 KVA 电磁容量： 5600 KVA ； 传递容量： 2933 KVA 2、普通：短路电抗524.9 105.0 1 Z U I S S S 倍 自耦：069.0 8 .

27、10 09.7105.0 1 1 1 1 I U ZZ Z Z Z aN aN NS Na S Sa 49.14 069.0 11 Z I Sa Sa 2.513524.9 1IIINSS 2.51349.14 1 III aNSaSa 52.1 524.9 49.14 I I S Sa 倍 3、普通： PPS PP cuFeN cuFe Cos 2 1 %07.98 5.625 .258.05600 5 .625 .25 1 自耦：%7.98 5.625 .258.08533 5.625.25 1 a %63.0%9807%7.98 23.有一台180kVA的铝线变压器， 12 /10000

28、/ 400 NN UUV，50Hz，连接方式为 Y，yn，铁心截面积 2 160 Fe Acm，取铁心最大磁密1.45 m BT，试求： （1） 一、二次绕组的匝数； （2）按电力变压器标准要求，二次侧电压应能在额定上、下调节5%，希望在高压绕 组边抽头以调节抵压绕组边的电压，试问如何抽头？ 解： （1）先由1.45 m BT算出 m，即： 42 1.45 160 102.32 10 mmFe B AWb 1 1 2 1 10000 1121 34.4434.44 50 2.32 10 N m U W f 匝 1 2 10000 25 400 N N U k U 1 2 1121 45 25 W W k 匝 （2）高压绕组抽头匝数 设高压绕组抽头匝数为 1 W，因为 11 22 1 5%15% N N UWk WU 所以 21 1 1121 1068 /1180 15%15%15% kWW W 匝