第三章 变压器
一、填空:
1. 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。
2. 变压器的副端是通过 对原端进行作用的。 答:磁动势平衡和电磁感应作用。
3. 引起变压器电压变化率变化的原因是 。 答:负载电流的变化。
4. 联接组号不同的变压器不能并联运行,是因为 。
答:若连接,将在变压器之间构成的回路中引起极大的环流,把变压器烧毁。 5. 变压器副边的额定电压指 。 答:原边为额定电压时副边的空载电压。
6. 通过 和 实验可求取变压器的参数。 答:空载和短路。
7. 变压器的结构参数包括 , , , , 。 答:激磁电阻,激磁电抗,绕组电阻,漏电抗,变比。
8. 在采用标幺制计算时,额定值的标幺值为 。 答:1。
9. 既和原边绕组交链又和副边绕组交链的磁通为 ,仅和一侧绕组交链的磁通为 。 答:主磁通,漏磁通。
10. 变压器的一次和二次绕组中有一部分是公共绕组的变压器是 。 答:自耦变压器。
11. 并联运行的变压器应满足(1) ,(2) ,
(3) 的要求。 答:(1)各变压器的额定电压与电压比应相等;(2)各变压器的联结组号应相同;(3)各变压器的短路阻抗的标幺值要相等,阻抗角要相同。
12. 变压器运行时基本铜耗可视为 ,基本铁耗可视为 。 答:可变损耗,不变损耗。
二、选择填空
1. 三相电力变压器带电阻电感性负载运行时,负载电流相同的条件下, cos 越高,则 。 A :副边电压变化率Δu 越大,效率η越高, B :副边电压变化率Δu 越大,效率η越低, C :副边电压变化率Δu 越大,效率η越低, D :副边电压变化率Δu 越小,效率η越高。 答:D
2. 一台三相电力变压器N S =560kVA ,N N U U 21 =10000/400(v), D,y 接法,负载时忽略励磁电流,低压边相电流为808.3A 时,则高压边的相电流为 。 A : 808.3A , B: 56A , C: 18.67A , D: 32.33A 。 答:C
3. 一台变比为k =10的变压器,从低压侧作空载实验,求得副边的励磁阻抗标幺值为16,那末原边的励磁阻
抗标幺值是 。
A:16, B:1600, C:0.16。
答:A
4. 变压器的其它条件不变,外加电压增加10℅,则原边漏抗1X ,副边漏抗2X 和励磁电抗m X 将 。 A:不变,
B:增加10% ,
C:减少10% 。 (分析时假设磁路不饱和)
答:A
5. 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
6. 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 空载线
B 空载相
C 额定负载时的线
答:A
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;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. 三相变压器的变比是指———之比。
A :原副边相电势
B :原副边线电势
C :原副边线电压 答:A 10. 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 。
A 变大
B 变小 答:B ,B 11.
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,不变。
答:A 12. 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
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. 变压器空载运行时,电源输入的功率只是无功功率 。 ( )
3. 变压器空载和负载时的损耗是一样的。 ( ) 答:错
4. 变压器在额定负载时效率最高。 (错)
5. 变压器的变比可看作是额定线电压之比。 ( ) 答:错
6. 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
四、简答
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i m , 产生励磁磁动势f m ,在铁芯中产生交变主磁通φm , 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e 1和e 2,且有dt d N e m φ1
1-=、dt
d N
e m
φ22-=显然,由于原副边匝数不等,即N 1≠N 2,原副边的感应电动势也就不等,即e 1≠e 2,而绕组的电压近似等于绕组电动势,即U 1≈E 1、U 2≈E 2,故原副边电压不等,即U 1≠U 2, 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 e φ1
1-=、dt
d N
e φ
22-=可知2211N e N e =,所以变压器原、副两边每匝感应电动势相等。又U 1? E 1, U 2≈E 2,因此2211N U N U ≈,当U 1 不变时,若N 1减少, 则每匝电压11N U 增大,所以12
22N U N U =将增大。或者根据m fN E U Φ=≈11144.4,若 N 1减小,则m Φ增大, 又m fN U Φ=2244.4,故U 2增大。
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,有功功率供给变压器本身功率损耗,即铁心损耗和绕组铜耗,它转化成热能散发到周围介质中;无功功率为主磁场和漏磁场储能。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。
4. 变压器空载运行时,原线圈加额定电压,这时原线圈电阻r 1很小,为什么空载电流I 0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E 1, 根据电动势方程:
)()(11001010010111σσσjX R I Z I R I X I j jX R I R I E E U m m m ++=+++=+--= 可知,尽管1
R 很小,但由于励磁阻抗m Z 很大,所以0I 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01=E ,01=σE ,因此电压全部降在电阻上,即有11/R U I =,因为1R 很小,所以电流很大。 5. 变压器铁心中的磁动势,在空载和负载时比较,有哪些不同?
答:空载时的励磁磁动势只有一次侧磁动势1
00N I F F m ==,负载时的励磁磁动势是一次侧和二次侧的合成
21F F F m +=,也就是2
21110N I N I N I +=。 6. 一台Hz 50的单相变压器,如接在直流电源上,其电压大小和铭牌电压一样,试问此时会出现什么现象?副边
开路或短路对原边电流的大小有无影响?(均考虑暂态过程)
答:因是直流电,变压器无自感和感应电势,所以加压后压降全由电阻产生,因而电流很大,为1
1R U N
。如副边开路或短路,对原边电流均无影响,因为Φ不变。
7. 变压器的额定电压为220/110V ,若不慎将低压方误接到220V 电源上,试问激磁电流将会发生什么变化?变压
器将会出现什么现象?
答:误接后由m fN E U Φ=≈144.4知,磁通增加近一倍,使激磁电流增加很多(饱和时大于一倍)。此时变压器处于过饱和状态,副边电压440V 左右,绕组铜耗增加很多,使效率降低、过热,绝缘可能被击穿等现象发生。 8. 变压器有载运行时,变比是否改变?
答:变压器的变比2
1
21E E N N k ==
,不论空载还是有载,其匝数比是不会改变的。 不过在测量变压比时,应在空载时测出原、副边电压1U 和2U 。计算出来的K 值更准确。 有载时测副边电压2U 较2E 相差较大,K 值就不准确。 9. 变压器的有功功率及无功功率的转换与功率因数有何关系?
答;变压器的额定容量一定时,视在功率N S 一定,功率因数2cos ?由负载而定。当2cos ?较低时,变压器输出的有功功率小,无功功率大,当负载的功率因数高,例如全部带照明负载,则2cos 1?=,变压器输出的全部是有功功率。
五、计算
1. 一台单相变压器,KVA S N 1000=,
kV U U N N 3
.660
21=,Hz f N 50=,空载及短路实验的结果如下:
试计算:(1)折算到高压边的参数(实际值及标么值),假定2'
21k R R =
=,2
'
21k X X X ==σσ (2)画出折算到高压边的T 型等效电路;
(3)计算短路电压的百分值及其二分量;
(4)满载及8.0cos 2=φ滞后时的电压变化率及效率;
(5)最大效率。
解:(1)空载实验可以得到折算到高压边的参数 0
2
I U k Z m = ,而k =60/6.3=9.524 所以
Ω=?=k Z m 577.561
.106300
524.92 Ω=?==k I P k R m 446.41.105000524.92
22002
Ω=-=k R Z X m m m 402.562
2
根据短路实验得到折算到低压边的参数
Ω=?===
=5.3015.15214000
222
2'
21k k k I P R R R Ω=?==
86.21315
.1523240
k k k I U Z Ω=-==5.102)2
(
22
'
21k k R Z X X σσ 2
1111 3.6N N N
N
N U U
k Z S I ===Ω
所以 235.16.3446.41*
===
N m m Z R R 667.156
.3402
.561*
===
N m m Z X X 33
11*
2*110472.810
6.35
.30-?=?==
=N Z R R R 23
11*2*1108472.210
6.35
.102-?=?==
=N Z X X X σσσ (2)折算到高压的T 型等效电路
(3)%69.1%1000169.0%100=?=?=*
K kr R u
%69.5%1000569.0%100=?=?=*
K kx X u
%94.569.569.12222=+=+=kx kr k u u u
(4) 电压变化率
%77.4)%6.069.58.069.1(sin cos 22=?+?=+=?φφkx kr u u u
此时,2
11'57.138N
N
u kV U U
U
=-??= 而
2
11'16.667N N
N
S A I I
U ≈==
所以 kW COS I U P 3.9528.0667.16138.572'
2'22=??==φ 故 kW P I I P P P k k
N 24.974)(
2
1021=++= 则 21
952.3
100%100%97.75%974.24
P P η?=
?==
(5)达到最大效率时,kW p p cu Fe 5000== 所以 A R p I k cu 05.961
5000
'
2===
543.067
.1605
.91'2*2
===N I I I
所以
%
19.98%100)14000543.050008.010*******.014000
543.050001(%
100)cos 1(2
322*202*
2
2
*
20max =??++????+-=?+++-
=k
N k
P I P S I P I P φη
2.一台三相变压器,原、副方额定电压
1210/3.15N N
U kV U =,?/Y -11连接,匝电压为14.189V ,副方额定电流
2183.3N 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1cos 2=φ、0.9(超前)和0.85(滞后)三种情况下的负载功
率。
解:(1)原方
1 5.7735N kV U ?=
= 副方 2 3.15N kV U ?=
所以 407189.145
.5773189.1411==
=
φN U N
222189
.143150
189
.1422==
=
φN U N
(2)额定容量
22N N N S I =
3.15183.31000N KVA S =?=
157.74N
A I =
== (3)因 22cos φN S P = 所以当1cos 2=φ时 2P =1000 W
当9.0cos 2=φ时 2P =1000×0.9=900 w 当85.0cos 2=φ时 2P =1000×0.85=850 w
3.一台单相变压器50kVA 、7200/480V 、60Hz 。其空载和短路实验数据如下
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9.0cos 2=φ滞后时的电压变化率、副边电压及效率。(注:电压变化率
按近似公式计算)
解: 11 6.944N
N N
S A I U =
= 22104.167N
N N
S A I U =
= (1) 短路参数 157
22.427k k k
U Z I =
==Ω Ω===
55.127
615
22k k k I P R Ω=-=-=
58.1855.1242.222222k k k R Z X
其阻抗基值 1117200
1036.876.944N N N
U Z I =
==Ω 所以 10.0216
k k N
Z Z Z ?=
=
0121.087
.103655
.121*===
N k k Z R R 0179.087
.103658
.181*===
N k k Z X X (2) 空载时铁耗 W P p Fe 2450=≈; 铜耗 0≈cu p 满载铜耗 W P I I P k k N kN 2.605615)7
944.6()(
221=?==; 铁耗 W p Fe 245= (3) 额定负载电流时 22104.167N A I I ==
根据电压变化率近似公式 %100)sin cos (2*
2*?+=?φφk k X R u 得
%87.1%100)81.010179.09.00121.0(=?-?+?=?u
此时副方电压 22(1 1.87%)471.02N V U U =?-=
所以 2222471104.1670.944158.64N Cos U P I ?==??=w
W P p P P kN 64.450082.60524564.44158021=++=++=
21
100%98.11%
P P η=?=
4.★一台单相变压器,
试求:(1)短路参数Z k k k (2)空载和满载时的铜耗和铁耗;
(3)额定负载电流,功率因数9.0cos 2=φ(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) S N =50kVA I 1N =S N /U 1N =6.94A Z 1N =U 1N /I 1N =1037.46Ω 短路实验时, I k =7A =I N
Z k =U k /I k =157/7=22.43Ω
022.046
.103743
.221===*
N k k
Z Z Z Ω===
55.1249
6152k k k I P R 012.046
.103755.121===
*N k k Z R R Ω=-=59.1822k k k R Z X
018.046
.103759
.181===
*
N k k Z X X (2) 铁耗: W P P Fe 2450== 铜耗: W P P kN cu 615==
(3) )sin cos (2*
2*φφβk k X R u +=?
019.044.0018.09.0012.0=?+?=
9.470)019.01(480)1(22=-?=?-=u U U N V
P P S P P kN N kN 0
220
2cos 1+++-
=βφββη
%12.98245
3159.050000245
6151=++?+-
=
5、用相量图判别
(a) (b)
(c) (d)
Aa c b
B C
Y, y4 Aa
b c B C
Y, d9
Aa c b B
C D,d2 B
C Aa b
(d)
D,d4 · · · B C
· · · c
a b
· · · A B C · · · a b c
· · · A B C · · ·
a b c
· · · A B C
· · · c a b
(注:可编辑下载,若有不当之处,请指正,谢谢!)