电工技术基础(王英)课后题答案第8章.pdf

1 第 8 章 变压器 第 8 章 变压器 重点 重点 变压器的基本结构、工作原理、功能与外特性和一些特殊变压器 8.1 理论提要 理论提要 8.1.1 变压器的基本结构及工作原理 变压器的基本结构及工作原理 1．基本结构．基本结构 铁心和绕组是变压器的主要部件，与电源相联接的称为一次绕组（又称原绕组），与 负载相联接的称为一次绕组（又称副绕组），如图 8-1 所示对于中大型变压器还需特制外 壳和冷却装置 2．工作原理．工作原理 变压器是利用电磁感应原理，通过铁心中的交变主磁通Φ，将电能从一次侧（原边） 传送到二次侧（副边）及负载上 在空载和负载两种情况下，主磁通Φ近似相等，则磁动势也近似相等 8.1.2 变压器的功能 变压器的功能 图 8-1 变压器原理图 图 8-3 图 8-2 的负载阻抗等效变换 i1 u1 L Z′ 图 8-2 变压器的电路图 N1 : N2 u1 u2 L Z i2 i1 2 1．电压变换．电压变换 K N N U U == 2 1 2 1 即：变压器一次、二次绕组的感应电动势与其匝数成正比，电路如图 8-2 所示 当变压器的变比 K1 时，变压器功能为降压变压器；当 K1 时，变压器功能为升压变 压器。

2．电流变换．电流变换 KN N I I1 1 2 2 1 == 即：变压器一次、二次绕组的电流之比近似等于它们的匝数比的倒数，电路如图 8-2 所 示 3．阻抗变换．阻抗变换 2 LL ZKZ ′ = 其等效变换电路如图 8-3 所示 利用阻抗变换关系式，可使负载从电源上获取最大功率，即使其等效阻抗与电源内阻 抗相等，又称为阻抗匹配 4．变压器的损耗与效率．变压器的损耗与效率 1 2 P P =η 式中， 2 P为变压器的输出功率， 1 P为输入功率，η为效率 1 P、 2 P与损耗的关系 12cuFe PPPP=++ 其中：铁损耗 PFe是不变损耗，在 U1和 f 一定时，不随负载大小的变化而变化；铜损耗 PCu 是可变损耗，其大小正比于电流的平方 变压器的功率损耗小，效率高，通常为 95%以上 5．额定容量．额定容量 单相变压器 1N1N2N2NN IUIUS≈= 当变压器额定运行时，二次（副边）电流为额定电流，二次电压 22N UU 三相变压器 N11N2N2NN 33IUIUS≈= 6．变压器的外特性．变压器的外特性 图 8-4 变压器的外特性曲线 3 当 U1和负载功率因数 2 cosφ为常数时，() 22 Uf I=关系式称为变压器的外特性。

如图 8-4 所示 变压器一次侧绕组施加额定电压， 空载和负载两种工况下， 二次侧端电压之差 202 UU− 与额定电压 02 U之比，即 %100% 20 220 × − =Δ U UU U 一般电力变压器中，约为 5％～10％左右 8.1.3 三相变压器及其它变压器 三相变压器及其它变压器 1.三相变压器三相变压器 如图 8-5 所示的三相变压器，主要用于三相正弦交流电的传输和分配其一次侧和二次 侧可接成星形或三角形 三相变压器的一次绕组相电压 p1 U和二次绕组相电压 p2 U的之比 K 为 2 1 p2 p1 N N U U K== 即：相电压之比 K 近似等于其匝数之比，与绕组的连接方式无关而线电压 l U之比，视一 次绕组和二次绕组的连接方式不同而不同即 0 /YY联接线电压 l U之比 K U U l l = 2 1 Δ/Y联接线电压 l U之比 K U U l l 3 2 1 = Y/Δ联接线电压 l U之比 图 8-5 三相变压器 4 K U U l l 3 1 2 1 = 注意：注意： （1）三相变压器向对称负载供电时，其各相的电压、电流大小相等，相位互差120?， 因此，可以取三相中的一相来分析，即三相问题可简化为单相问题。

（2）三相变压器的额定电压和额定电流是指线电压和线电流的额定值 2. 自耦变压器自耦变压器 自耦变压器是一种单绕组变压器，电路如图 8-6 所示若二次侧抽头为滑动式的，可连 续改变 2 N 和二次电压，又称自耦调压器常用于实验室作为电压可变的交流电源 电压比和电流比为 K N N U U == 2 1 2 1 KN N I I1 1 2 2 1 == 3. 仪用互感器仪用互感器 仪用互感器的主要功能为扩大仪表量程，测量大电流、高电压和大功率，用以隔离高 电压，保障人和设备的安全 （1）电流互感器 图 8-6 自耦变压器电路图 图 8-7 电流互感器原理图 图 8-8 电压互感器原理图 5 如图 8-7 所示原理图，根据电流比的关系 KN N I I1 1 2 2 1 ==，测量出被测电路中的大电流 注意：注意： ①二次侧不允许开路以避免出现铁心过热而烧毁； ②铁心和二次绕组同时接地以防绝缘破损出现高电压 （2）电压互感器 如图 8-8 所示原理图，根据电压比的关系K N N U U == 2 1 2 1 ，测量出被测电路中的高电压 注意：注意： ①二次侧不允许短路以防铜损耗过大、线圈过热。

②其铁心和二次侧必须同时接地 8.1.4 变压器绕组的极性 变压器绕组的极性 同极性端(同名端)的记号：“•”或“＊”，如图 8-9 所示 当电流流入(或流出）两个线圈时，若产生的磁通方向相同，则两个流入(或流出）端称 为同极性端，如图 8-9 所示或者说，当铁芯中磁通变化（增大或减小）时，在两线圈中产 生的感应电动势极性相同的两端为同极性端 图 8-9 线圈反绕同名端的标定 6 8.2 判断题精解 题精解 1、变压器的额定容量是指变压器二次侧输出的视在功率 分析：分析：单相变压器的额定容量为 1N1N2N2NN IUIUS≈=，其中 2N U为二次空载电压当变压 器额定运行时，二次电流为额定电流，二次电压 2N2 UU可见一般情况下变压器的容量 大于变压器二次侧输出的视在功率 答案：答案：错 2、变压器接负载后，主磁通是由一次侧和二次侧电流共同产生的 答案：答案：对 3、负载变化时，变压器的励磁电流基本保持不变 分析：分析：由于变压器仍然属于交流铁心线圈，所以 1m 4.44UfN=Φ，由此可以判断出不管变 压器负载如何变化，变压器铁心中的磁通 m Φ基本不变，而磁路的磁阻也始终保持不变，根 据磁路的欧姆定律， m INR= Φ可知，励磁电流基本不变。

答案：答案：对 4、电源电压变化时，变压器的励磁电流基本保持不变 分析：由于变压器仍然属于交流铁心线圈，所以 1m 4.44UfN=Φ，由此可以判断出变压器 电源电压变化时，变压器铁心中的磁通 m Φ将跟着改变，而磁路的磁阻始终保持不变，根据 磁路的欧姆定律， m INR= Φ可知，励磁电流也将改变 答案：答案：错 5、变压器空载和负载时，主磁通基本保持不变 分析：分析：由于变压器仍然属于交流铁心线圈，所以 1m 4.44UfN=Φ，由此可以判断出不管变 压器负载如何变化，变压器铁心中的磁通 m Φ基本不变 答案：答案：对 6、变压器可以用来进行频率变换 分析：分析：变压器具有变电压、电流和变阻抗三种功能，不能进行频率变换 答案：答案：错 7、变压器可以用来进行功率变换 分析：分析：变压器是一种能量传输的工具，它能将电能从原边传递到副边，而原边和副边之间没 有电的联系（自耦变压器除外） ，并没有功率变换的功能 答案：答案：错 8、自耦变压器的电压比越大，共用绕组中的电流越小 分析：分析：自耦变压器的电压比越大，共用绕组中的电流越大 答案：答案：错 7 9、电压互感器的二次侧绕组线径较一次侧绕组粗。

分析：分析：电压互感器主要是用于扩大电压表的量程，一次侧电压高、电流小，二次侧电压低、 电流大，所以二次侧绕组线径要较一次侧绕组粗 答案：答案：对 11、电流互感器的二次侧绕组线径较一次侧绕组粗 分析：电流互感器主要是用于扩大电流表的量程，一次侧电流大，二次侧电流小，所以一次 侧绕组线径要较二次侧绕组粗 答案：答案：错 10、由于变压器的励磁电流基本不变，所以变压器的铜耗称为不变损耗 分析：分析：励磁电流指的是用来产生主磁通的电流， 1122M I NI NIR+=Φ ??? 励磁1 N =，虽然负载变 化时主磁通基本不变，I?励磁基本不变，但负载增大时 2 I?增大， 1 I?的幅值也会随着增大，所 以变压器的铜损耗也会发生相应的变化 答案：答案：错 8.3 选择题精解 选择题精解 1、对于电阻性和电感性负载，当变压器副边电流增加时，副边电压将( ) (a)上升 (b)下降 (c)保持不变 分析：分析：对于变压器负载来说变压器可以等效为一个实际的电压源模型，其内阻呈感性，所以 变压器副边电流增加时，副边电压会下降 答案：答案：(b ) 2、变压器对（ ）的变换不起作用 （a）电压 （b）电流 （c）功率 （d）阻抗 分析：变压器具有变电压、变电流和变阻抗三种功能，而不具有变化功率的功能。

答案：答案：(c ) 3、变压器是通过（ ） 磁通进行能量传递的 （a）主 （b）一次侧漏 （c）二次侧漏 （d）一次、二次侧漏 分析： 变压器的主磁通同时交链变压器的原边和副边 变压器是通过主磁通进行能量传递的 答案：答案：(a ) 4、 一台电压比为 2 的单相变压器， 二次侧接有 8Ω 的负载； 若从一次侧看， 其负载为 （ ） （a）4Ω （b）8Ω （c）16Ω （d）32Ω 分析：变压器具有阻抗变换的功能，() 2 2 '2 L12LL 2832ZNNZKZ≈==× Ω =Ω 答案：答案：(d) 5、变压器的负载变化时，其（ ） 基本不变 （a）输出功率 （b）输入功率 （c）励磁电流 （d）输入电流 分析：励磁电流指的是用来产生主磁通的电流，由于变压器原边电压不变，根据公式， 1m 4.44UfN=Φ，由此可以判断出不管变压器负载如何变化，变压器铁心中的磁通 m Φ基 8 本不变，而磁路的磁阻也始终保持不变，根据磁路的欧姆定律， m INR= Φ可知，励磁电流 基本不变 1122M I NI NIR+=Φ ??? 励磁1 N =，负载变化时主磁通基本不变，I?励磁基本不变。

答案：答案：(c) 6、变压器电源电压升高，空载时其励磁电流（ ） （a）略有增大 （b）增大较多 （c）基本不变 （d）反而减小 分析：分析：本题考点和选择题 5 相同，根据公式， 1m 4.44UfN=Φ， 1 U增大， m Φ增大，推出 m IRΦ ? 励磁1 N =中的励磁电流增大 答案：答案：(b ) 7、变压器的同名端与绕组的（ ） 有关 A、电压 （b）电流 （c）绕向（d）匝数 分析：分析：当电流流入两个线圈(或流出）时，若产生的磁通方向相同，则两个流入端称为同极 性端（同名端）或者说，当铁芯中磁通变化（增大或减小）时，在两线圈中产生的感应电 动势极性相同的两端为同极性端变压器的同名端与绕组的绕向有关 答案：答案：(c) 8、工作时电压互感器的二次侧不能（ ） ；电流互感器的二次侧不能（ ） （a）短路；短路 （b）短路；开路 （c）开路；短路（d）开路；开路 分析：电压互感器：用低量程的电压表测高电压,一次侧匝数多，二次侧匝数少，副边不能 短路，以防产生过流；电流互感器：用低量程的电流表测大电流，一次侧匝数少，二次侧匝 数多，副边不能开路，以防产生高电压。

答案：答案：(b ) 9、自耦变压器的共用绕组导体流过的电流（ ） （a）较大 （b）较小 （c）为一次二次边电流之和 （d）等于负载电流 分析：分析：自耦变压器的共用绕组导体流过的电流较大，自耦变压器的电压比越大，共用绕组中 的电流越大 答案：答案：(a ) 10、变压器的铁损耗称为“不变损耗”，是因为铁损耗不随（ ） 而变化 （a）负。