电机学专题培训教材.docx

编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第1页 共1页第一章 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ф0, 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，由于原副边匝数不等, 即N1≠N2，原副边的感应电动势也就不等, 即e1≠e2, 而绕组的电压近似等于绕组电动势,即U1≈E1, U2≈E2,故原副边电压不等,即U1≠U2, 但频率相等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相等又U1» E1, U2≈E2 , 因此，， 当U1 不变时，若N1减少, 则每匝电压增大，所以将增大或者根据，若 N1　减小，则增大， 又，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，，试求变压器原、副线圈的额定电流？解：一次绕组的额定电流 二次绕组的额定电流 1-8 有一台SSP-125000/220三相电力变压器，YN，d接线，，求①变压器额定电压和额定电流；②变压器原、副线圈的额定电流和额定电流。

解：①. 一、二次侧额定电压 一次侧额定电流（线电流） 二次侧额定电流（线电流）② ②     由于YN，d接线一次绕组的额定电压 U1Nф= 一次绕组的额定电流 二次绕组的额定电压二次绕组的额定电流I2Nф= 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，φ0与I0呈非线性关系，而漏磁通 磁路不饱和，φ1σ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，有主磁通和一次绕组漏磁通，它们均由一次侧磁动势激励 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，和磁化曲线可知，I0 的大小与主磁通φ0, 绕组匝数N及磁路磁阻有关就变压器来说，根据，可知，， 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可知，与磁路结构尺寸有关，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？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，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，根据可知，，于是主磁通减小，磁路饱和程度降低，磁导率μ增大，磁阻减小, 导致电感增大，励磁电抗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： ,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 2—7 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： 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，由于磁通恒定不变，绕组中不感应电动势，即，，因此电压全部降在电阻上，即有，因为很小，所以电流很大 2—8 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： 根据可知，，由于电压增高，主磁通将增大，磁密将增大, 磁路过于饱和，根据磁化曲线的饱和特性，磁导率μ降低，磁阻增大于是，根据磁路欧姆定律可知,产生该磁通的励磁电流必显著增大再由铁耗可知，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。

2—9一台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？答：不能由可知，由于匝数太少，主磁通将剧增，磁密过大,磁路过于饱和，磁导率μ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：①迭片松散，片数不足；②接缝增大；③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，励磁电流将增大又由于铁心损耗，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，从而使磁阻增大 根据可知,，故不变，磁密也不变，铁心饱和程度不变又由于，故铁损耗不变根据磁路欧姆定律可知，磁动势将增大，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, 激磁电抗,因为 磁阻 增大，所以励磁电抗减小 已经推得铁损耗不变，励磁电流增大，根据是励磁电阻，不是磁阻）可知，励磁电阻减小。

励磁阻抗，它将随着 的减小而减小 （3）由于绝缘损坏，使涡流增加，涡流损耗也增加，铁损耗增大根据可知,，故不变，磁密也不变，铁心饱和程度不变但是，涡流的存在相当于二次绕组流过电流，它增加使原绕组中与之平衡的电流分量也增加，因此励磁电流增大，铁损耗增大再由可知，增加，励磁阻抗必减小 2-11变压器在制造时，一次侧线圈匝数较原设计时少，试分析对变压器铁心饱和程度、激磁电流、激磁电抗、铁损、变比等有何影响？答：根据可知,,因此,一次绕组匝数减少,主磁通将 增加，磁密，因不变，将随的增加而增加，铁心饱和程度增加，磁导率下降因为磁阻，所以磁阻增大根据磁路欧姆定律 ，当线圈匝数减少时，励磁电流增大 又由于铁心损耗，所以铁心损耗增加 励磁阻抗减小，原因如下 电感, 激磁电抗,因为磁阻增大，匝数减少，所以励磁电抗减小 设减少匝数前后匝数分别为、，磁通分别为、，磁密分别为、，电流分别为、，磁阻分别为、，铁心损耗分别为， 根据以上讨论再设，，同理，， ，，于是 又由于， 且是励磁电阻，不是磁阻），所以，即 ，于是，，因，，故，显然， 励磁电阻减小励磁阻抗 ，它将随着的减小而减小。

2—12 如将铭牌为60赫的变压器，接到50赫的电网上运行，试分析对主磁。