电机学专题培训教材5556.docx
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1、第一章 变压器基本工作原理和结构1-1从物物理意义上上说明变压压器为什么么能变压,而而不能变频频率?答:变压器器原副绕组组套在同一一个铁芯上上, 原边接接上电源后后,流过激激磁电流II0,产生励磁磁磁动势FF0,在铁芯中中产生交变变主磁通0, 其频率率与电源电电压的频率率相同,根根据电磁感感应定律,原原副边因交交链该磁通通而分别产产生同频率率的感应电电动势 ee1和e2, 且有,显然,由由于原副边边匝数不等等, 即N1N2,原副边边的感应电电动势也就就不等, 即e1e2, 而绕组组的电压近近似等于绕绕组电动势势,即U1E1, U2E2,故原副边边电压不等等,即U1U2, 但频率率相等。1-2
2、试从物物理意义上上分析,若若减少变压压器一次侧侧线圈匝数数(二次线线圈匝数不不变)二次次线圈的电电压将如何何变化?答:由,可知 , ,所所以变压器器原、副两两边每匝感感应电动势势相等。又又U1 E1, UU2E2 , 因此,当U1 不变时时,若N1减少, 则每匝匝电压增大大,所以将将增大。或或者根据,若若 N1减小,则增大,又,故U2增大。1-3 变压器一一次线圈若若接在直流流电源上,二二次线圈会会有稳定直直流电压吗吗?为什么么?答:不会。因因为接直流流电源,稳稳定的直流流电流在铁铁心中产生生恒定不变变的磁通,其其变化率为为零,不会会在绕组中中产生感应应电动势。1-4 变变压器铁芯芯的作用是是
3、什么,为为什么它要要用0.335毫米厚厚、表面涂涂有绝缘漆漆的硅钢片片迭成?答:变压器器的铁心构构成变压器器的磁路,同同时又起着着器身的骨骨架作用。为为了铁心损损耗,采用用0.355mm厚、表表面涂的绝绝缘漆的硅硅钢片迭成成。1-5变压压器有哪些些主要部件件,它们的的主要作用用是什么?答:铁心: 构成成变压器的的磁路,同时又起起着器身的的骨架作用用。绕组: 构成变压压器的电路路,它是变压压器输入和和输出电能能的电气回回路。分接开关: 变压压器为了调调压而在高高压绕组引引出分接头头,分接开关关用以切换换分接头,从而实现现变压器调调压。油箱和冷却却装置: 油箱容容纳器身,盛变压器器油,兼有散热热冷
4、却作用用。绝缘套管: 变压压器绕组引引线需借助助于绝缘套套管与外电电路连接,使使带电的绕绕组引线与与接地的油油箱绝缘。1-6变压压器原、副副方和额定定电压的含含义是什么么?答:变压器器二次额定定电压U1N是指规规定加到一一次侧的电电压,二次次额定电压压U2N是指变变压器一次次侧加额定定电压,二二次侧空载载时的端电电压。1-7 有一台台D-500/10单单相变压器器,试求求变压器原原、副线圈圈的额定电电流?解:一次绕绕组的额定定电流二次绕组的的额定电流流1-8 有一台台SSP-1250000/2220三相相电力变压压器,YNN,d接线,求求变压器额额定电压和和额定电流流;变压器原原、副线圈圈的额
5、定电电流和额定定电流。解:. 一、二二次侧额定定电压一次侧额定定电流(线线电流)二次侧额定定电流(线线电流) 由于YN,d接线一次绕组的的额定电压压 U1N= 一次绕组的的额定电流流二次绕组的的额定电压压二次绕组的的额定电流流I2N= 第二章单相相变压器运运行原理及及特性2-1 为什么要把把变压器的的磁通分成成主磁通和和漏磁通?它们之间间有哪些主主要区别?并指出空空载和负载载时激励各各磁通的磁磁动势?答:由于磁磁通所经路路径不同,把把磁通分成成主磁通和和漏磁通,便便于分别考考虑它们各各自的特性性,从而把把非线性问问题和线性性问题分别别予以处理理区别:1. 在路径径上,主磁磁通经过铁铁心磁路闭闭
6、合,而漏漏磁通经过过非铁磁性性物质磁路路闭合。 2在数数量上,主主磁通约占占总磁通的的99%以上上,而漏磁磁通却不足足1%。 3在性性质上,主主磁通磁路路饱和,0与I0呈非线性性关系,而而漏磁通 磁路不不饱和,1与I1呈线性关关系。 4在在作用上,主主磁通在二二次绕组感感应电动势势,接上负负载就有电电能输出, 起传递递能量的媒媒介作用,而而漏磁通仅仅在本绕组组感应电动动势,只起起了漏抗压压降的作用用。空载时,有有主磁通和和一次绕组组漏磁通,它它们均由一一次侧磁动动势激励。负载时有主主磁通,一一次绕组漏漏磁通,二二次绕组漏漏磁通。主主磁通由一一次绕组和和二次绕组组的合成磁磁动势即激激励,一次次绕
7、组漏磁磁通由一次次绕组磁动动势激励,二二次绕组漏漏磁通由二二次绕组磁磁动势激励励 .2-2变压压器的空载载电流的性性质和作用用如何?它它与哪些因因素有关?答:作用:变压器空空载电流的的绝大部分分用来供励励磁,即产产生主磁通通,另有很很小一部分分用来供给给变压器铁铁心损耗,前前者属无功功性质,称称为空载电电流的无功功分量,后后者属有功功性质,称称为空载电电流的有功功分量。性质:由于于变压器空空载电流的的无功分量量总是远远远大于有功功分量,故故空载电流流属感性无无功性质,它它使电网的的功率因数数降低,输输送有功功功率减小。大小:由磁磁路欧姆定定律,和磁化曲曲线可知,II0 的大小小与主磁通通0,
8、绕绕组匝数NN及磁路磁磁阻有关。就就变压器来来说,根据据,可知, 因此,由由电源电压压U1的大小和和频率f以以及绕组匝匝数N1来决定。根据磁阻表表达式可知知,与磁路路结构尺寸寸有关,还还与导磁材材料的磁导导率有关。变变压器铁芯芯是铁磁材材料,随磁磁路饱和程程度的增加加而减小,因因此随磁路路饱和程度度的增加而而增大。综上,变压压器空载电电流的大小小与电源电电压的大小小和频率,绕绕组匝数,铁铁心尺寸及及磁路的饱饱和程度有有关。2-3 变压器器空载运行行时,是否否要从电网网取得功率率?这些功功率属于什什么性质?起什么作作用?为什什么小负荷荷用户使用用大容量变变压器无论论对电网和和用户均不不利?答:要
9、从电电网取得功功率,供给给变压器本本身功率损损耗,它转转化成热能能散逸到周周围介质中中。小负荷荷用户使用用大容量变变压器时,在在经济技术术两方面都都不合理。对对电网来说说,由于变变压器容量量大,励磁磁电流较大大,而负荷荷小,电流流负载分量量小,使电电网功率因因数降低,输输送有功功功率能力下下降,对用用户来说,投投资增大,空空载损耗也也较大,变变压器效率率低。2-4 为了了得到正弦弦形的感应应电动势,当当铁芯饱和和和不饱和和时,空载载电流各呈呈什么波形形,为什么么?答:铁心不不饱和时,空空载电流、电电动势和主主磁通均成成正比,若若想得到正正弦波电动动势,空载载电流应为为正弦波;铁心饱和和时,空载
10、载电流与主主磁通成非非线性关系系(见磁化化曲线),电电动势和主主磁通成正正比关系,若若想得到正正弦波电动动势,空载载电流应为为尖顶波。2-5 一一台2200/1100伏的单相相变压器,试试分析当高高压侧加额额定电压2220伏时时,空载电电流I0呈什么波波形?加1110伏时时载电流II0呈什么波波形,若把把110伏伏加在低压压侧,I00又呈什么么波形答:变压器器设计时,工工作磁密选选择在磁化化曲线的膝膝点(从不不饱和状态态进入饱和和状态的拐拐点),也也就是说,变变压器在额额定电压下下工作时,磁磁路是较为为饱和的。 高高压侧加2220V ,磁密为为设计值,磁磁路饱和,根根据磁化曲曲线,当磁磁路饱和
11、时时,励磁电电流增加的的幅度比磁磁通大,所所以空载电电流呈尖顶顶波。 高高压侧加1110V ,磁密小小,低于设设计值,磁磁路不饱和和,根据磁磁化曲线,当当磁路不饱饱和时,励励磁电流与与磁通几乎乎成正比,所所以空载电电流呈正弦弦波。低压侧加1110V ,与高压压侧加2220V相同同, 磁密密为设计值值, 磁路路饱和,空空载电流呈呈尖顶波。2-6 试试述变压器器激磁电抗抗和漏抗的的物理意义义。它们分分别对应什什么磁通,对对已制成的的变压器,它它们是否是是常数?当当电源电压压降到额定定值的一半半时,它们们如何变化化?我们希希望这两个个电抗大好好还是小好好,为什么么?这两个个电抗谁大大谁小,为为什么?
12、答:励磁电电抗对应于于主磁通,漏漏电抗对应应于漏磁通通,对于制制成的变压压器,励磁磁电抗不是是常数,它它随磁路的的饱和程度度而变化,漏漏电抗在频频率一定时时是常数。 电源电压压降至额定定值一半时时,根据可可知,于于是主磁通通减小,磁磁路饱和程程度降低,磁磁导率增大,磁磁阻减小, 导致电电感增大,励励磁电抗也也增大。但但是漏磁通通路径是线线性磁路, 磁导率是是常数,因因此漏电抗抗不变。 由由可知,励励磁电抗越越大越好,从从而可降低低空载电流流。漏电抗抗则要根据据变压器不不同的使用用场合来考考虑。对于于送电变压压器,为了了限制短路路电流和短短路时的电电磁力,保保证设备安安全,希望望漏电抗较较大;对
13、于于配电变压压器,为了了降低电压压变化率: ,减减小电压波波动,保证证供电质量量,希望漏漏电抗较小小。励磁电抗对对应铁心磁磁路,其磁磁导率远远远大于漏磁磁路的磁导导率,因此此,励磁电电抗远大于于漏电抗。 27 变压器器空载运行行时,原线线圈加额定定电压,这这时原线圈圈电阻r1很小,为为什么空载载电流I0不大?如如将它接在在同电压(仍仍为额定值值)的直流流电源上,会会如何?答:因为存存在感应电电动势E1, 根根据电动势势方程:可知,尽管管很小,但但由于励磁磁阻抗很大大,所以不不大.如果果接直流电电源,由于于磁通恒定定不变,绕绕组中不感感应电动势势,即,因此电电压全部降降在电阻上上,即有,因因为很
14、小,所所以电流很很大。28 一一台3800/2200伏的单相相变压器,如如不慎将3380伏加加在二次线线圈上,会会产生什么么现象?答: 根据可知知,由于于电压增高高,主磁通通将增大,磁磁密将增大大, 磁路路过于饱和和,根据磁磁化曲线的的饱和特性性,磁导率率降低,磁磁阻增大。于于是,根据据磁路欧姆姆定律可知知,产生该该磁通的励励磁电流必必显著增大大。再由铁铁耗可知,由由于磁密增增大,导致致铁耗增大大,铜损耗耗也显著增增大,变压压器发热严严重, 可可能损坏变变压器。29一台台220/110伏伏的变压器器,变比,能能否一次线线圈用2匝匝,二次线线圈用1匝匝,为什么么?答:不能。由由可知,由由于匝数太
15、太少,主磁磁通将剧增增,磁密过过大,磁路路过于饱和和,磁导率率降低,磁磁阻增大。于于是,根据据磁路欧姆姆定律可知知, 产生生该磁通的的激磁电流流必将大增增。再由可可知,磁密密过大, 导致铁耗耗大增, 铜损耗也也显著增大大,变压器器发热严重重,可能损损坏变压器器。2-10 2-10变变压器制造造时:迭片松散散,片数不不足;接缝增大大;片间绝缘缘损伤,部部对变压器器性能有何何影响?答:(1)这这种情况相相当于铁心心截面S减减小,根据据可知知,,因此,电源电压压不变,磁磁通将不变变,但磁密密,减小,将增增大,铁心心饱和程度度增加,磁磁导率减小小。因为磁磁阻,所以以磁阻增大大。根据磁磁路欧姆定定律,当
16、线线圈匝数不不变时,励励磁电流将将增大。又又由于铁心心损耗,所所以铁心损损耗增加。 (22)这种情情况相当于于磁路上增增加气隙,磁磁导率下降降,从而使使磁阻增大大。 根据据可知,,故故不变,磁磁密也不变变,铁心饱饱和程度不不变。又由由于,故铁铁损耗不变变。根据磁磁路欧姆定定律可知,磁磁动势将增增大,当线线圈匝数不不变时,励励磁电流将将增大。 励励磁阻抗减减小,原因因如下: 电感感, 激磁磁电抗,因因为 磁阻阻 增大大,所以励励磁电抗减减小。 已已经推得铁铁损耗不变变,励磁电电流增大,根根据是励磁磁电阻,不不是磁阻)可可知,励磁磁电阻减小小。励磁阻阻抗,它将将随着 的减小而而减小。 (3)由于于
17、绝缘损坏坏,使涡流流增加,涡涡流损耗也也增加,铁铁损耗增大大。根据可可知,,故故不变,磁磁密也不变变,铁心饱饱和程度不不变。但是是,涡流的的存在相当当于二次绕绕组流过电电流,它增增加使原绕绕组中与之之平衡的电电流分量也也增加,因因此励磁电电流增大,铁铁损耗增大大。再由可可知,增加加,励磁阻阻抗必减小小。2-11变变压器在制制造时,一一次侧线圈圈匝数较原原设计时少少,试分析析对变压器器铁心饱和和程度、激激磁电流、激激磁电抗、铁铁损、变比比等有何影影响?答:根据可可知,因因此,一次次绕组匝数数减少,主主磁通将 增加,磁磁密,因不变,将随随的增加而而增加,铁铁心饱和程程度增加,磁磁导率下降降。因为磁
18、磁阻,所以以磁阻增大大。根据磁磁路欧姆定定律 ,当当线圈匝数数减少时,励励磁电流增增大。 又又由于铁心心损耗,所所以铁心损损耗增加。 励励磁阻抗减减小,原因因如下。 电感感, 激磁磁电抗,因因为磁阻增增大,匝数数减少,所所以励磁电电抗减小。 设设减少匝数数前后匝数数分别为、,磁通分分别为、,磁密分分别为、,电流分分别为、,磁阻分分别为、,铁心损损耗分别为为, 。根据据以上讨论论再设,同同理, ,于是 。又又由于, 且是励磁磁电阻,不不是磁阻),所所以,即 ,于是,因因,故,显然然, 励磁磁电阻减小小。励磁阻阻抗 ,它它将随着的的减小而减减小。212 如将铭牌牌为60赫的变变压器,接接到50赫的
19、电电网上运行行,试分析析对主磁通通、激磁电电流、铁损损、漏抗及及电压变化化率有何影影响?答:根据可可知,电源源电压不变变,从60Hzz降低到500Hz后,频频率下降到到原来的(1/1.2),主磁通将增大到原来的1.2倍,磁密也将增大到原来的1.2倍,磁路饱和程度增加, 磁导率降低, 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增大。 再由讨论论铁损耗的的变化情况况。 60Hzz时, 50Hzz时, 因为,所所以铁损耗耗增加了。漏电抗,因因为频率下下降,所以以原边漏电电抗 ,副副边漏电抗抗减小。又又由电压变变化率表达达式可知,电压压变化率将将随,的减小而而减小。2-13变变压
20、器运行行时由于电电源电压降降低,试分分析对变压压器铁心饱饱和程度、激激磁电流、激激磁阻抗、铁铁损和铜损损有何影响响?答:根据可可知,因因此,电源源电压降低低,主磁通通将减小,磁磁密,因不变,将随随的减小而而减小,铁铁心饱和程程度降低,磁磁导率增大大。因为磁磁阻,所以以磁阻减小小。根据磁磁路欧姆定定律,磁动动势将减小小,当线圈圈匝数不变变时,励磁磁电流减小小。又由于于铁心损耗耗,所以铁铁心损耗减减小。 励磁磁阻抗增大大,原因如如下。 电感, 励磁电抗抗,因为磁阻减小,所所以增大。设设降压前后后磁通分别别为、,磁密分分别为、,电流分别为为、,磁阻分分别为、,铁心损损耗分别为为、。根据以以上讨论再设
21、, ,同理,于是, 。又由于于,且是励磁电阻阻,不是磁磁阻),所所以, 即 ,于于是,因,故,显然然,励磁电电阻将增大大。励磁阻阻抗 ,它它将随着的的增大而增增大。简单单说:由于于磁路的饱饱和特性,磁磁密降低的的程度比励励磁电流小小,而铁耗耗 =,由于铁铁耗降低得得少,而电电流降低得得大,所以以励磁电阻阻增大。 2-14两两台单相变变压器,原原方匝数相相同,空载载电流,今今将两台变变压器原线线圈顺向串串联接于4440V电电源上,问问两台变压压器二次侧侧的空载电电压是否相相等,为什什么?答:由于空空载电流不不同,所以以两台变压压器的励磁磁阻抗也不不同(忽略略),两变变压器原线线圈顺向串串联,相当
22、当于两个励励磁阻抗串串联后接在在440VV电源上。由由于两个阻阻抗大小不不同,各自自分配的电电压大小不不同,也就就是原边感感应电势不不同,由于于变比相同同,使副边边电势不同同,既是二二次的空载载电压不同同。2-15变变压器负载载时,一、二二次线圈中中各有哪些些电动势或或电压降,它它们产生的的原因是什什么?写出出它们的表表达式,并并写出电动动势平衡方方程?答:一次绕绕组有主电电动势,漏漏感电动势势,一次绕绕组电阻压压降,主电电动势由主主磁通交变变产生,漏漏感电动势势由一次绕绕组漏磁通通交变产生生。一次绕绕组电动势势平衡方程程为;二次次绕组有主主电动势,漏漏感电动势势,二次绕绕组电阻压压降,主电电
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