电机的复习题.doc

一 变压器 变压器并联运行的条件是什么 6 电流互感器副边不准 电压互感器副边不准 1 一台三相变压器原边额定相电压为 220V 原副边的匝数为 N1 1732 N2 500 副边的额 定相电为 若副边采用 Y 接 副边输出的额定线电压为 2 一台控制用单相变压器 额定容量 Sn 100VA 额定电压 U1n U2n 380 36V 它的原边额定 电流为 副边额定电流为 3 在制造或修理变压器时原边匝数比设计值少 10 则空载电流 铁心损耗 副边电压 4 一台单相变压器额定容量 1KVA 额定电压 220V 110V 工作中不慎把低压线圈接到 220V 的交流电源上 其空载电流 以至变压器 3 电压互感器有何作用 使用时应注意哪些事项 同名端 三相异步电动机按防护形式分为 及 等 变压器能不能变频率 9 一台 220 110 伏的变压器 变比 N1 N2 2 能否一次线圈用 2 匝 二次线圈用 1 匝 为什么 一台三相变压器 额定容量 SN 100kVA 额定电压 U1N U2N 6kV 0 4Kv Yyn 联接 求它的原边 副边额定电流 6 电流互感器副边不准 电压互感器副边不准 一台三相变压器的联接组为有 Yd7 说明高压侧线电压比低压侧线电压 课件上 1 变压器能不能变频率 2 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 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 4 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 A U S I N N N 76 4 10500 1050 3 1 1 二次绕组的额定电流 A U S I N N N 39 217 230 1050 3 2 2 5 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 6 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 7 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 VUUkVAS NNN 230 10500 50 21 如何变化 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 9 一台 220 110 伏的变压器 变比 N1 N2 2 能否一次线圈用 2 匝 二次线圈用 1 匝 为什么 二 异步电机 2 一台三相异步电动机铭牌 UN 1140V Y 接 现采用电源电压 660V 能否拖动风机星 三角起动 为什么 三相异步电动机产生旋转磁场的条件是 绕线式异步电动机 起动 转子串电阻的目的是 4 简述三相异步电动机的工作原理 1 已知一台三相异步电动机接法 q 2 而负载又较小为额定值的 1 3 1 2 这时我们常 采用 Y 接法 试问有何好处 三相异步电动机降低定子电压 则 Sm Tm Tst 1 三相鼠笼型异步电动机在什么条件下可以直接起动 不能直接起动时 应采用什么方法起动 5 试说明异步电动机转轴上机械负载增加时电动机转速 n 定子电流 I1和转子电流 I2如何变 化 为什么 1 一台三相异步电动机 额定功率 PN 55Kw 电网频率为 50Hz 额定电压 UN 380V 额定 效率 N 0 79 额定功率因数 cos 0 89 额定转速 nN 570r min 试求 同步转速 n1 极对数 P 额定电流 IN 额定负载时的转差率 SN Y 起动 6 三相对称绕组通入三相对称电流产生 磁场 1 简述三相异步电动机的工作原理 为什么电机转速总是小于同步转速 三相绕线型异步电动机制动方式有 1 三相异步电动机根据转子结构的不同可分为 和 两类 2 星形 三角形降压起动时 起动电流和起动转矩各降为直接起动时的 倍 6 一台 6 极三相异步电动机接于 50Hz 的三相对称电源 其 s 0 05 则此时转子转速为 r min 定子旋转磁通势相对于转子的转速为 r min 8 绕线式三相异步电动机 如果电源电压一定 转子回路电阻适当增大 则起动转 最大转矩 临界转差率 2 电动机的过载能力 转差率 1 异步电动机在起动及空载运行时 为什么功率因数较低 当满载运行时 功率因数为什么较高 4 画出异步电动机的固有机械特性 并分析其关键点以及稳定工作区 1 当 S 在 范围内 三相异步电动机运行 于电动机状态 此时电磁转矩性质为 S 在 范围内 运行 于发电机状态 此时电磁转矩性质为 2 三相绕线式异步电动机的起动采用 和 3 三相异步电动机降低定子电压 则最大转矩 Tm 起动转矩 Tst 临界转差 率 Sm 5 按电动机的转子结构不同 可将电动机分为 电动机和 型电动机两种 三相异步电动机产生旋转磁场的条件是什么 绕线式异步电动机起动 转子串电阻的目的是什么 三相异步电动机的调速方法有哪几种 三相异步电动机在运行过程中出现过热 请分析造成过热的原因可能有哪些 笼型三相异步电动机有哪些减压起动方法 简单说明各种方法的优缺点和适用场合 画出接触器控制三相异步电动机正反转的主电路和控制电路图 要求具有电气互锁功能 三相异步电动机为什么会转 怎样改变它的方向 在应用降压起动来限制异步电动机起动电流时 起动转矩受到什么影响 比较各种降压的起动方法 5 一台电动机铭牌上标明额定电压 380V 接法 要把这台电动机接到 660V 的电压上 这台电 动机应采用 接法 三相异步电动机产生旋转磁场的条件是 绕线式异步电动机起动 转子串电阻的目的是 三相异步电动机降低定子电压 则 Sm Tm Tst 三相对称绕组通入三相对称电流产生 磁场 三相异步电动机根据转子结构的不同可分为 和 两类 一台 6 极三相异步电动机接于 50Hz 的三相对称电源 其 s 0 05 则此时转子转速为 r min 定子旋转磁通势相对于转子的转速为 r min 电动机的过载能力 转差率 普通鼠笼异步电动机在额定电压下起动 为什么起动电流很大 而起动转矩却不大 简述三相异步电动机的工作原理 画出异步电动机的固有机械特性 并分析其关键点以及稳定工作区 三相异步电动机在运行过程中出现过热 请分析造成过热的原因可能有哪些 电网电压太高或太低 都易使三相异步电动机定子绕组过热而损坏 为什么 用绕线型三相异步电动机提升重物时 通过改变转子所串电阻大小 就可以很小速度稳定提升或下 放重物 用机械特性图分析原因 1 一台三相异步电动机 额定功率 PN 55Kw 电网频率为 50Hz 额定电压 UN 380V 额定 效率 N 0 79 额定功率因数 cos 0 89 额定转速 nN 570r min 试求 同步转速 n1 极对数 P 额定电流 IN 额定负载时的转差率 SN 课件 1 下列哪些方法可以使三相异步电动机的起动转矩增加 A 转子回路串适当的电抗 B 降低电源电压 C 转子回路串适当的电阻 D 定子回路串适当的电抗 2 电源电压下降 可以使三相异步电动机的 A 起动转矩减小 同步转速增加 临界转差率增加 B 起动转矩减小 同步转速减小 临界转差率不变 C 起动转矩增加 同步转速不变 临界转差率不变 D 起动转矩不变 同步转速不变 临界转差率增加 E 起动转矩减小 同步转速不变 临界转差率不变 3 一般情况下 分析三相异步电动机的起动主要目的是尽可能使 A 起动电流小 最大转矩大 B 起动电流小 起动转矩大 C 起动电流大 起动转矩小 D 起动电流大 过载能力大 E 减小起动电流和起动转矩 节省电能 4 三相异步电机星 三角起动使 A 从电源吸取的电流减小为 Ist 3 转矩增加为 1 73Mst B 从电源吸取的电流减小为 Ist 3 转矩减 小为 Mst 3 C 从电源吸取的电流减小为 Ist 1 73 转矩减小为 Mst 3 D 从电源吸取的电流减小为 Ist 1 73 转矩减小为 Mst 1 73 Ist Mst 为三角形联接在额定电压下起动的电流及转矩 5 三相异步电机定子回路串自耦变压器使电机电压为 0 8Ue 则 A 从电源吸取电流减小为 0 8Ie 转矩增加为 Me 0 8 B 电机电流减小为 0 8Ie 转矩减小为 0 8Me C 电机电流减小为 0 8Ie 转矩减小为 0 64Me D 电机电流减小为 0 64Ie 转矩减小为 0 64Me 判断 三相鼠笼电机全压起动 为防起动电流过大烧毁电机 采取降压启动 负载越大 起动电流越大 所以只要空载 即可全压起动 三相异步电动机为什么会转 怎样改变它的方向 试述 同步 和 异步 的含义 何谓异步电动机的转差率 在什么情况下转差率为正 什么情况为负 什么情况下转差率小于 1 或 大于 1 假如一台接到电网的异步电动机用其它原动机带着旋转 使其转速高于旋转磁场的转速 试画出转 子导体中感应电动势 电流方向 三相异步电动机在正常运行时 它的定子绕组往往可以接成星形或角形 试问在什么情况下采 用这种或那种接法 采用这两种连接方法时 电动机的额定值 功率 相电压 线电压 相电流 线电流 效率 功率因数 转速等 有无改变 画图进行分析 异步电动机的气隙为什么要尽可能地小 它与同容量变压器相比 为什么空载电流较大 说明异步电动机轴机械负载增加时 定 转子各物理量的变化过程怎样 电动机稳定运行时 电磁转矩 Tem 与负载转矩 TL 平衡 当机械负载 即负载转矩 增加 时 根据机械特性曲线 转子转速 n 势必下降 转差率增大 这样转子切割气隙磁场速度增加 转 子绕组感应电动势及电流随之增大 因而转子磁动势 F2 增大 根据磁动势平衡关系 因励磁磁动势 F0 基本不变 因而定子磁动势增大 定子电流 I1 随之增大 由于电源电压不变 则电动机的输入功率就随之增加 直至转子有功电流产生的电磁转矩又与负载 转矩重新平衡为止 异步电动机带额定负载运行时 且负载转矩不变 若电源电压下降过多 对电动机的 Tmax Tst 1 I1 I2 s 及 有何影响 1 当电压下降过多 则电磁转矩下降更多 当最大电磁转矩 TmTL 则可以稳定运行 但此时 Tmax 减小 Tm U12 Tst 减小 Tst U12 减小 S 增大 由于 U1 下降瞬间 T 减小 导致转速下降 I2 增大 I1 增大 I2 增大 磁势平衡 而 U1 下降 致使 I0 减小 但由于 I2 增大影响更大 故 I1 仍增 大 降低 电压 U1 下降 铁损减小 但此时 I1 I2 增大 定 转子铜损增大 其增加的幅度远大于 铁损减小幅度 故效率下降 三 直流及控制电机 4 直流电机的励磁方式有 5 或 均可改变直流电动机 转向 1 6 为了消除交流伺服电动机的自转现象应 1 直流电动机不能 起动 可采用 或 起动 起动时必须先通往励磁电流 5 他励直流电动机的起动方法有 和 两种 1 直流伺服电动机在工作过程中一定要防止 断电 以防电动机因超速而损坏 6 直流电机的电枢电动势公式 电磁转矩公式 直流电动机一般为什么不允许采用全压启动 什么是步进电动机的单三拍 六拍和双三拍工作方式 为什么交流伺服电动机的转子电阻值要相当大 四 低压电器 4 电机拖动自动控制线路中常设有哪几种保护 各用什么电器来实现 热继电器有三种安装方式 即 和 常用灭弧方法有哪些 说明下图电路的功能 分析电路的工作原理 过程 画出两台电动机顺序联锁控制电路的主电路和控制电路图 要求两台电动机起动顺序 M1 M2 停 止顺序 M1 M2 漏电断路器如何实现漏电或触电保护 五 电机试题库 4 电机拖动自动控制线路中常设有哪几种保护 各用什么电器来实现 1 三相异步电动机有哪几种电气制动方式 各种制动有何特点 适用于什么场合 为什么异步电动机起动时 起动电流很大 而起动转矩并不大 5 一台电动机铭牌上标明额定电压 380V 接法 要把这台电动机接到 660V 的电压上 这台电 动机应采用 接法 6 异步电动机的制动方法有 4 直流电机的励磁方有 变压器并联运行的条件是什么 5 或 均可改变直流电动机 转向 2 一台三相异步电动机铭牌 UN 1140V Y 接 现采用电源电压 660V 能否拖动风机星 三 角起动 为什么 三相异步电动机产生旋转磁场的条件是 绕线式异步电动机起动 转子串电阻的目的是 6 电流互感器副边不准 电压互感器副边不准 1 一台三相变压器原边额定相电压为 220V 原副边的匝数为 N1 1732 N2 500 副边的额 定相电为 若副边采用 Y 接 副边输出的额定线电压为 2 一台控制用单相变压器 额定容量 Sn 100VA 额定电压 U1n U2n 380 36V 它的原边额定 电流为 副边额定电流为 3 在制造或修理变压器时原边匝数比设计值少 10 则空载电流 铁心损耗 副边电压 4 一台单相变压器额定容量 1KVA 额定电压 220V 110V 工作中不慎把低压线圈接到 220V 的交流电源上 其空载电流 以至变压器 4 简述三相异步电动机的工作原理 1 6 为了消除交流伺服电动机的自转现象应 2 已知一台三相异步电动机接法 q 2 而负载又较小为额定值的 1 3 1 2 这时我们常 采用 Y 接法 试问有何好处 1 直流电动机不能 起动 可采用 或 起动 起动时必须先通往励磁电流 三相异步电动机降低定子电压 则 Sm Tm Tst 1 三相鼠笼型异步电动机在什么条件下可以直接起动 不能直接起动时 应采用什么方法起动 3 电压互感器有何作用 使用时应注意哪些事项 5 试说明异步电动机转轴上机械负载增加时电动机转速 n 定子电流 I1和转子电流 I2如何变化 为什么 1 一台三相异步电动机 额定功率 PN 55Kw 电网频率为 50Hz 额定电压 UN 380V 额定 效率 N 0 79 额定功率因数 cos 0 89 额定转速 nN 570r min 试求 同步转速 n1 极对数 P 额定电流 IN 额定负载时的转差率 SN Y 起动 同名端 6 三相对称绕组通入三相对称电流产生 磁场 1 简述三相异步电动机的工作原理 为什么电机转速总是小于同步转速 三相绕线型异步电动机制动方式有 1 三相异步电动机根据转子结构的不同可分为 和 两类 2 星形 三角形降压起动时 起动电流和起动转矩各降为直接起动时的 倍 5 他励直流电动机的起动方法有 和 两种 6 一台 6 极三相异步电动机接于 50Hz 的三相对称电源 其 s 0 05 则此时转子转速为 r min 定子旋转磁通势相对于转子的转速为 r min 8 绕线式三相异步电动机 如果电源电压一定 转子回路电阻适当增大 则起动转 矩 最大转矩 临界转差率 2 电动机的过载能力 转差率 1 异步电动机在起动及空载运行时 为什么功率因数较低 当满载运行时 功率因数为什么 较高 1 1 4 画出异步电动机的固有机械特性 并分析其关键点以及稳定工作区 1 当 S 在 范围内 三相异步电动机运行 于电动机状态 此时电磁转矩性质为 S 在 范围内 运行 于发电机状态 此时电磁转矩性质为 2 三相绕线式异步电动机的起动采用 和 3 三相异步电动机降低定子电压 则最大转矩 Tm 起动转矩 Tst 临界转差 率 Sm 第一部分 第一部分 变压器变压器 Comment 华华华1 第一章第一章 变压器基本工作原理和结构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 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 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dt d Ne 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 U2 E2 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 1 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 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 为了减少铁心损耗 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 VUUkVAS NNN 230 10500 50 21 试求变压器原 副线圈的额定电流 解 一次绕组的额定电流 A U S I N N N 76 4 10500 1050 3 1 1 二次绕组的额定电流 A U S I N N N 39 217 230 1050 3 2 2 1 8 有一台 SSP 125000 220 三相电力变压器 YN d 接线 kVUU NN 5 10 220 21 求 变压器额定电压和额定电流 变压器原 副线圈的额定电流和额定电流 解 一 二次侧额定电压 kVUkVU NN 5 10 220 21 一次侧额定电流 线电流 A U S I N N N 04 328 2203 125000 3 1 1 二次侧额定电流 线电流 A U S I N N N 22 6873 2303 125000 3 2 2 由于 YN d 接线 一次绕组的额定电压 U1N kV U N 02 127 3 220 3 1 一次绕组的额定电流 AII NN 04 328 11 二次绕组的额定电压 kVUU NN 5 10 22 二次绕组的额定电流 I2N A I N 26 3968 3 22 6873 3 2 第二章第二章 单相变压器运行原理及特性单相变压器运行原理及特性 2 12 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 0与 I0呈非线性关系 而漏磁通 磁路 不饱和 1 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 0 和一次绕组漏磁通 1 它们均由一次侧磁动势 0 F 激励 负载时有主磁通 0 一次绕组漏磁通 1 二次绕组漏磁通 2 主磁通 0 由一次绕组和二 次绕组的合成磁动势即 2 1 0 FFF 激励 一次绕组漏磁通 1 由一次绕组磁动势 1 F 激励 二 次绕组漏磁通 2 由二次绕组磁动势 2 F 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 m R NI 10 0 和磁化曲线可知 I0 的大小与主磁通 0 绕组匝数 N 及磁路磁阻 m R 有关 就变压器来说 根据 m fNEU 111 44 4 可知 1 1 44 4 fN U m 因此 m 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 S l Rm 可知 m R 与磁路结构尺寸 Sl 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 m R 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 42 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 m fNEU 111 44 4 可知 1 1 44 4 fN U m 于是主磁通 减小 磁路饱和程度降低 磁导率 增大 磁阻 S l Rm 减小 导致电感 mm m R N Ri iNN i N i L 2 1 0 011 0 01 0 0 增大 励磁电抗 mm Lx 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 m x U I 1 0 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 K K x U I 1 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 sincos 2 2 KK xru 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 11 0 01 01 0 0 1 0 1 1 1 jxrIZIrIxIjjxrIrIEEU mmm 可知 尽管1 r 很小 但由于励磁阻抗 m Z 很大 所以 0 I 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 0 1 E 0 1 E 因此电压全部降在电阻上 即有11 r UI 因为 1 r 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 m fNEU 111 44 4 可知 1 1 44 4 fN U m 由于电压增高 主磁通 m 将增大 磁密 m B 将增大 磁路过于饱和 根据磁化曲线的饱和特性 磁导率 降低 磁阻 m R 增大 于是 根据磁路欧姆定律 mm RNI 10 可知 产生该磁通的励磁电流 0 I 必显著增大 再由铁耗 3 1 2 fBp mFe 可知 由于磁密 m B 增大 导致铁耗 Fe p 增大 铜损耗 1 2 0 rI 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 2 2 1 N N k 能否一次线圈用 2 匝 二次线圈用 1 匝 为什 么 答 不能 由 m fNEU 111 44 4 可知 由于匝数太少 主磁通 m 将剧增 磁密 m B 过大 磁 路过于饱和 磁导率 降低 磁阻 m R 增大 于是 根据磁路欧姆定律 mm RNI 10 可知 产生 该磁通的激磁电流 0 I 必将大增 再由 3 1 2 fBp mFe 可知 磁密 m B 过大 导致铁耗 Fe p 大增 铜损耗 1 2 0 rI 也显著增大 变压器发热严重 可能损坏变压器 2 102 10 变压器制造时 迭片松散 片数不足 接缝增大 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 m fNEU 111 44 4 可知知 1 1 44 4 fN U m 因此 电源电压不变 磁通 m 将不变 但磁密S B m m S减小 m B 将增 大 铁心饱和程度增加 磁导率 减小 因为磁阻 S l Rm 所以磁阻增大 根据磁路欧姆定律 mm RNI 10 当线圈匝数不变时 励磁电流将增大 又由于铁心损耗 3 1 2 fBp mFe 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 S l Rm 增大 根 据 m fNEU 111 44 4 可知 1 1 44 4 fN U m 故 m 不变 磁密S B m m 也不变 铁心饱 和程度不变 又由于 3 1 2 fBp mFe 故铁损耗不变 根据磁路欧姆定律 mmR NI 10 可知 磁 动势 0 F 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 mm m R N Ri iNN i N i L 2 1 0 011 0 01 0 0 激磁电抗 m mm R N fLx 2 1 2 因为 磁 阻 m R 增大 所以励磁电抗减小 已经推得铁损耗 Fe p 不变 励磁电流 0 I 增大 根据 mmFe rrIp 2 0 是励磁电阻 不是磁 阻 m R 可知 励磁电阻减小 励磁阻抗 mmm jxrz 它将随着 mm xr 和 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 m fNEU 111 44 4 可知 1 1 44 4 fN U m 故 m 不变 磁密S B m m 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 m zIEU 011 可知 0 I 增加 励磁阻抗 mmm jxrz 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 m fNEU 111 44 4 可知 1 1 44 4 fN U m 因此 一次绕组匝数减少 主磁通 m 将 增加 磁密S B m m 因S不变 m B 将随 m 的增加而增加 铁心饱和程度增加 磁导率 下 降 因为磁阻 S l Rm 所以磁阻增大 根据磁路欧姆定律 mmR NI 10 当线圈匝数减少时 励磁电流增大 又由于铁心损耗 3 1 2 fBp mFe 所以铁心损耗增加 励磁阻抗减小 原因如下 电感 mm m R N Ri iNN i N i L 2 1 0 011 0 01 0 0 激磁电抗 m mm R N fLx 2 1 2 因为磁阻 m R 增大 匝数1 N 减少 所以励磁电抗减小 设减少匝数前后匝数分别为1 N 1 N 磁通分别为 m m 磁密分别为 m B m B 电流分别为 0 I 0 I 磁阻分别为 m R m R 铁心损耗分别为 Fe p Fe p 根据以上 讨论再设 1 11 kk mm 同理 1 11 kBkB mm 1 22 kRkR mm 1 313 1 kNkN 于是 0 3 21 13 21 1 0 I k kk Nk Rkk N R I mmmm 又由于 3 1 2 fBp mFe 且 mmFe rrIp 2 0 是励磁电阻 不是磁阻 m R 所以 m m m m Fe Fe rI rI B B p p 2 0 2 0 2 2 即 m m rk rkk k 2 3 2 2 2 1 2 1 于是 1 2 3 2 2 m m rk rk 因 1 2 k 1 3 k 故 mm rr 显然 励磁电阻减小 励磁阻抗 mmm jxrz 它将随着 mm xr 和 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 试分析对主磁通 激磁电流 铁损 漏抗及电压变化率有何影响 答 根据 m fNEU 111 44 4 可知 电源电压不变 f 从 60Hz 降低到 50Hz 后 频率 f 下降 到原来的 1 1 2 主磁通将增大到原来的 1 2 倍 磁密 m B 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 m R 增大 于是 根据磁路欧姆定律 mm RNI 10 可知 产 生该磁通的激磁电流 0 I 必将增大 再由 3 1 2 fBp mFe 讨论铁损耗的变化情况 60Hz 时 3 1 2 fBp mFe 50Hz 时 3 12 2 1 1 2 1 fBp mFe 因为 14 1 2 1 2 1 2 1 7 0 3 1 2 Fe Fe p p 所以铁损耗增加了 漏电抗 fLLx2 因为频率下降 所以原边漏电抗 1 x 副边漏电抗 2 x 减小 又由 电压变化率表达式 2 2 12 2 12 2 sin cos sincos xxrrxru KK 可知 电压 变化率 u 将随 1 x 2 x 的减小而减小 2 13 变压器运行时由于电源电压降低 试分析对变压器铁心饱和程度 激磁电流 激磁阻抗 铁 损和铜损有何影响 答 根据 m fNEU 111 44 4 可知 1 1 44 4 fN U m 因此 电源电压降低 主磁通 m 将减小 磁密S B m m 因S不变 m B 将随 m 的减小而减小 铁心饱和程度降低 磁导率 增大 因 为磁阻 S l Rm 所以磁阻减小 根据磁路欧姆定律 mmR NI 10 磁动势 0 F 将减小 当线圈 匝数不变时 励磁电流减小 又由于铁心损耗 3 1 2 fBp mFe 所以铁心损耗减小 励磁阻抗增大 原因如下 电感 mm m R N Ri iNN i N i L 2 1 0 011 0 01 0 0 励磁电抗 m mm R N fLx 2 1 2 因为 磁阻 m R 减小 所以 m x 增大 设降压前后磁通分别为 m m 磁密分别为 m B m B 电流分别为 0 I 0 I 磁阻分别为 m R m R 铁心损耗分别为 Fe p Fe p 根据以上讨 论再设 1 11 kk mm 同理 1 11 kBkB mm 1 22 kRkR mm 于是 021 1 21 1 0 Ikk N Rkk N R I mmmm 又由于 3 1 2 fBp mFe 且 mmFe rrIp 2 0 是励磁电阻 不是磁阻 m R 所以 m m m m Fe Fe rI rI B B p p 2 0 2 0 2 2 即 m m r r kkk 2 2 2 1 2 1 于是 1 2 2 m m r r k 因 1 2 k 故 mm rr 显然 励磁电阻将增大 励磁阻抗 mmm jxrz 它将随着 mm xr 和 的增大而增大 简单说 由于磁路的饱和特性 磁密降低的程 度比励磁电流小 而铁耗 3 1 2 fBp mFe m rI 2 0 由于铁耗降低得少 而电流降低得大 所以励 磁电阻增大 2 14 两台单相变压器 VUU NN 110 220 21 原方匝数相同 空载电流 III II 00 今将两 台变压器原线圈顺向串联接于 440V 电源上 问两台变压器二次侧的空载电压是否相等 为什么 答 由于空载电流不同 所以两台变压器的励磁阻抗也不同 忽略11 x r 两变压器原线圈顺向串 联 相当于两个励磁阻抗串联后接在 440V 电源上 由于两个阻抗大小不同 各自分配的电压大小 不同 也就是原边感应电势不同 由于变比相同 使副边电势不同 既是二次的空载电压不同 2 15 变压器负载时 一 二次线圈中各有哪些电动势或电压降 它们产生的原因是什么 写出它们 的表达式 并写出电动势平衡方程 答 一次绕组有主电动势 1 E 漏感电动势 1 E 一次绕组电阻压降1 1 rI 主电动势 1 E 由主磁通 0 交变产生 漏感电动势 1 E 由一次绕组漏磁通 1 交变产生 一次绕组电动势平衡方程为 11 1 1 1 jxrIEU 二次绕组有主电动势 2 E 漏感电动势 2 E 二次绕组电阻压降2 2 rI 主电动势 2 E 由主磁通 0 交变产生 漏感电动势 2 E由二次绕组漏磁通 2 交变产生 二次绕组电 动势平衡方程为 22 2 2 2 jxrIEU 2 16 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 0 0 NIF 负载时的励磁磁动势是一次侧和二次侧 的合成磁动势 即 2 1 0 FFF 也就是2 2 1 1 1 0 NININI 2 17 试绘出变压器 T 形 近似和简化等效电路 说明各参数的意义 并说明各等效电路的使用 场合 答 T 形等效电路 r1 x1 一次侧绕组电阻 漏抗 r2 x2 二次侧绕组电阻 漏抗折算到一次侧的值 rm x m 励磁电阻 励磁电抗 近似等效电路 rk r1 r2 短路电阻 xk x1 x2 短路电抗 rm x m 励磁电阻 励磁电抗 简化等效电路 rk xk 短路电阻 短路电抗 r1 x1r2 x2 rm xm 1 U 1 I 1 E 2 I 0 I 2 U L Z r1 x1 r2 x2 rm xm 1 U 1 I LI1 2 I 0 I 2 U L Z rK xK 1 U 1 I 2 I 2 U L Z 2 18 当一次电源电压不变 用变压器简化相量图说明在感性和容性负载时 对二次电压的影响 容性负载时 二次端电压与空载时相比 是否一定增加 答 两种简化相量图为 图 a 为带阻感性负载时相量图 b 为带阻容性负载时相量图 从相量 图可见 变压器带阻感性负载时 二次端电压下降 1 2 UU 带阻容性负载时 端电压上升 1 2 UU a b 从相量图 b 可见容性负载时 二次端电压与空载时相比不一定是增加的 2 19 变压器二次侧接电阻 电感和电容负载时 从一次侧输入的无功功率有何不同 为什么 答 接电阻负载时 变压器从电网吸收的无功功率为感性的 满足本身无功功率的需求 接电感负 载时 变压器从电网吸收的无功功率为感性的 满足本身无功功率和负载的需求 接电容负载时 分三种情况 1 当变压器本身所需的感性无功功率与容性负载所需的容性无功率相同时 变压器 不从电网吸收无功功率 2 若前者大于后者 变压器从电网吸收的无功功率为感性的 3 若前者 小于后者 变压器从电网吸收的无功功率为容性的 2 20 空载试验时希望在哪侧进行 将电源加在低压侧或高压侧所测得的空载功率 空载电流 空载电流百分数及激磁阻抗是否相等 如试验时 电源电压达不到额定电压 问能否将空载功率和 空载电流换算到对应额定电压时的值 为什么 答 低压侧额定电压小 为了试验安全和选择仪表方便 空载试验一般在低压侧进行 以下讨论规定高压侧各物理量下标为 1 低压侧各物理量下标为 2 空载试验无论在哪侧做 电 压均加到额定值 根据 m fNEU 44 4 可知 1 1 1 44 4 fN U N m 2 2 2 44 4fN U N m 故 1 2 2 2 2 12 21 2 1 KN N U KU NU NU N N N N m m 即 21mm 因此无论在哪侧做 主磁通不变 铁心 饱和程度不变 磁导率 不变 磁阻 S l Rm 不变 根据磁路欧姆定律 mm RINF 可 知 在 m R m 不变时 无论在哪侧做 励磁磁动势都一样 即 0201 FF 因此 202101 NINI 则 KN N I I1 1 2 02 01 显然分别在高低压侧做变压器空载试验 空载电流不等 低压侧空载电流是高压侧空载电流的 K 倍 空载电流百分值 100 1 01 01 N I I I 100 2 02 02 N I I I 由于 NN KIIKII 120102 所以 01 I 02 I 空载电流百分值相等 1 I 2 U K rI 1 K xIj 1 1 U 2 U K rI 1 K xIj1 1 U 1 I 空载功率大约等于铁心损耗 又根据 3 12 fBp mFe 因为无论在哪侧做主磁通都相同 磁密 不变 所以铁损耗基本不变 空载功率基本相等 励磁阻抗 02 2 2 01 1 1 I U z I U z N m N m 由于 NN KUUKII 210102 所以 2 2 1mm zKz 高压侧励磁阻抗 1m z 是低压侧励磁阻抗 2m z 的 2 K倍 不能换算 因为磁路为铁磁材料 具有饱和特性 磁阻随饱和程度不同而变化 阻抗不 是常数 所以不能换算 由于变压器工作电压基本为额定电压 所以测量 空载参数时 电 压应加到额定值进行试验 从而保证所得数据与实际一致 2 21 短路试验时希望在哪侧进行 将电源加在低压侧或高压侧所测得的短路功率 短路电流 短路 电压百分数及短路阻抗是否相等 如试验时 电流达不到额定值对短路试验就测的 应求的哪些量 有影响 哪些量无影响 如何将非额定电流时测得 UK PK流换算到对应额定电流 IN时的值 答 高压侧电流小 短路试验时所加电压低 为了选择仪表方便 短路试验一般在高压侧进行 以下讨论规定高压侧各物理量下标为 1 低压侧各物理量下标为 2 电源加在高压侧 当电流达到额定值时 短路阻抗为 2 21 2 211 xxrrzK 铜损耗为 21 2 11 rrIp Ncu 短路电压 111KNKN zIU 短路电压百分值为 100 1 11 1 N KN K U zI U 电源加在低压侧 当电流达到额定值时 短路阻抗为 2 2 1 2 2 12 xxrrzK 铜损耗为 2 1 2 22 rrIp Ncu 短路电压 222KNKN zIU 短路电压百分值为 100 2 22 2 N KN K U zI U 根据折算有 1 2 12 2 2 1 r K rrKr 1 2 12 2 2 1 x K xxKx 因此 短路电阻 2 2 2 2 12 211 KK rKr K r Krrr 短路电抗 2 2 2 2 12 211 KK xKx K x Kxxx 所以高压侧短路电阻 短路电抗分别是低压侧短路电阻 短路电抗的 2 K倍 于是 高 压侧短路阻抗也是低压侧 短路阻抗的 2 K倍 由 NN I K I 2 1 推得 21cucu pp 高压侧短路损耗与低压侧短路损耗相等 而且 21KK KUU 高压侧短路电压是低压侧短路电压的 K 倍 再由 NN KUU 21 推得 21KK UU 高压侧短路电压的百分值值与低压侧短 路电压的百分值相等 因为高压绕组和低压绕组各自的电阻和漏电抗均是常数 所以短路电阻 短路电抗 KK xr 也为常数 显然短路阻抗恒定不变 电流达不到额定值 对短路阻抗无影响 对短路电压 短路电压的百分数及短路功率有影响 由于短路试验所加电压很低 磁 路不饱和 励磁阻抗很大 励磁支路相当于开路 故短路电压与电流成正比 短路功 率与电流的平方成正比 即 K K N KN I U I U 22 k K N KN I p I p 于是可得换算关系 K K NKN I U IU 2 2 k K NKN I p Ip 2 22 当电源电压 频率一定时 试比较变压器空载 满载 0 2 0 和短路三种情况下下述各 量的大小 需计及漏阻抗压降 1 二次端电压 U2 2 一次电动势 E1 3 铁心磁密和主磁通 m 答 1 变压器电压变化率为 sincos 2 2 kk xru 二次端电压 N UuU 22 1 空载时 负载系数 0 电压变化率 0 u 二次端电压为 N U2 满载 o 0 2 时 负载系数 1 电压变化率 0 u 二次端电压2 U 小于 N U2 短路时二次端电压为 0 显然 空载时二次端电压最大 满载 o 0 2 时次之 短 路时最小 2 根据一次侧电动势方程1 1 1 11 1 1 1 ZIEjxrIEU 可知 空载时 I1 最 小 漏电抗压降1 1 ZI 小 1E则大 满载时N II 1 1 漏电抗压降 1 1 ZI 增大 1E减 小 短路时 1I最大 漏电抗压降1 1 ZI 最大 1E更小 显然 空载时1E最大 满载时 次之 短路时最小 3 根据 m fNE 1 144 4 知 1 1 44 4 fN E m 因为空载时 1E最大 满载时次之 短路时最小 所以空载时 m 最大 满载时 m 次之 短路时 m 最小 因为磁密 S B m m 所以空载时 m B 最大 满载时 m B 次之 短路时 m B 最小 2 23 为什么变压器的空载损耗可以近似看成铁损 短路损耗可近似看成铜损 负载时变压器真正的 铁耗和铜耗与空载损耗和短路损耗有无差别 为什么 答 空载时 绕组电流很小 绕组电阻又很小 所以铜损耗 I