华北电力大学(北京)课件

1、华北电力大学(北京)1 第三章 变压器 3.3 答：不会。因为直流电源加在变压器一次绕组上，将产生直流电 流，在铁心中建立恒定磁通，恒定磁通不会在二次绕组中产生稳定的感应电 动势。 另外，如加上和额定交流电压相同的直流电压，由于电感对直流相当 于短路，故此时只有绕组电阻限制电流，电流将很大，并将烧毁变压器。 3.7 答：此时一次、二次绕组电压均超过额定电压的 倍，即低压电 压为380V,而高压侧电压为660V,将损坏变压器的绝缘。 3.10 答：变压器空载运行时，从电网中要吸取有功和无功功率，用于 建立主、漏磁场和供给铁心损耗以及铜损耗(R1I02) 。 华北电力大学(北京)2 小负荷的用户使

2、用大容量变压器，对电网造成功率因数降低， 对用户来讲，使变压器的效率降低。 3.11 答：当高压侧加220V电压时，i0呈尖顶波。当高压侧加 110V电压时， i0呈正弦波，因此时变压器主磁路将处于不饱 和状态。将110V电压加在低压侧， i0呈尖顶波。 3.12 答：铁心饱和程度增加，空载电流增大，铁损耗增加，二次 侧感应电动势增加，变比减小。 3.13 答：相当于频率降低。则主磁通增加，空载电流增加，铁损 耗增加，漏抗减小。 3.15 答：不能。因为产生一定主磁通所需的磁动势N1I0是一定的， 当一次绕组匝数太少时（N1=2），则导致I0很大，变压器将 被损坏。 华北电力大学(北京)3 3

3、.16 答：变压器运行时电源电压下降，将使铁心饱和程度下降，励磁电流 下降，励磁阻抗上升，铁损耗下降。 3.17 答：铁心饱和程度增加，励磁电流增加，铁损耗增加；铁心饱和 程度不变，励磁电流增加，铁损耗增加；铁心饱和程度不变，励磁电流不 变，铁损耗增加。 3.24 答：变压器二次侧接电阻负载时，从一次侧输入的感性无功功率较小， 只用于建立变压器的主、漏磁场。 当二次侧接电感性负载时，从一次输入较大感性无功功率，除用于变压 器本身建立磁场外，还要供给负载的感性无功功率。 当二次侧接电容性负载时，从一次输入的无功功率分三种情况： 华北电力大学(北京)4 当电容性负载较小时，从一次侧输入较小的感性无

4、功功率，此时变压器建立主、漏磁场所需感性无功由电源和负载共同承担。 当电容性负载产生的感性无功正好等于变压器建立主、漏磁场所需的感性无功时，从一次侧输入的无功功率为零。 当电容性负载较大时，从一次侧输入的无功功率是容性的。 3.27 答：（1）U2空U2满U2短=0 （2）E1空E1满E1短 （3）Bm空Bm满Bm短 3.44 解：可有四各种不同方式的联结，三种不同的变比。 思考题与习题答案部分 华北电力大学(北京)5 （1）高低压边均串联 （2）高压边串联，低压边并联 （3）高低压边均并联 思考题与习题答案部分 10 220 2200 k AAA，A IINN 7 .22 220 5000

5、27. 2 2200 5000 21 20 110 2200 k AAA，A IINN 4 .45 110 5000 54. 4 1100 5000 21 10 110 1100 k AAA，A IINN 4 .45 110 5000 54. 4 1100 5000 21 华北电力大学(北京)6 （2）高压边并联，低压边串联 3.45 答：二次侧电压不相等。因为I0I=2I0II，忽略漏阻抗，则 励磁阻抗ZmI=1/2ZmII，一次绕组串联后加440V电压,但两台变 压器的一次侧电压不等,U1I=2U1II,且 U1I146.7V,U1II293.3V，所以二次侧电压不也不相 等,U2I=2U

6、2II,且U2I=73.4V,U2II=146.6V。 3.46 解：（1）原来高压绕组的匝数 因为 ，所以 匝。 思考题与习题答案部分 5 220 1100 k AAA，A IINN 7 .22 220 5000 54. 4 1100 5000 21 NNUUNPNP2121 403400 36300 1N 630 1 N 华北电力大学(北京)7 （2）新的高压绕组匝数 因为 ，所以 匝。 3.47 解：（1）变压器近似等效电路参数标么值 思考题与习题答案部分 403400 310000 1 N 1000 1 N AA U S I N N N 82. 1 1100 2 10 3 1 1 AA

7、 U S I N N N 2 .18 110 2 10 3 2 2 4 .604 82. 1 1100 1 1 1 I U Z N N B 044. 6 2 .18 110 2 2 2 I U Z N N B 华北电力大学(北京)8 短路电阻： 短路电抗： 励磁阻抗： 负载阻抗： 思考题与习题答案部分 0478. 0 4 .604 91.28 1 * Z X X B S S 0132. 0 4 .604 8 1 * Z R R B S S 0495. 00055. 0 82. 1 09. 0 82. 1 01. 0 1 0 * 0 jj I I IN 96.1922. 2 66.8308.20

8、 0495. 00055. 0 11 * 0 * j j I Zm 96.1922. 2 * XRmm ， 83. 065. 1 04. 6 510 2 * j j Z Z Z B L L 华北电力大学(北京)9 等效电路如图3.3所示： 图3.3 题3.47图 一次、二次侧电流及二次侧电压： * 0I * 1U * 1I 22. 2 * Rm 96.19 * Xm 0132. 0 * RS0478. 0 * XS 65. 1 * RL 83. 0 * XL * 2I * 2U 8 .27 53. 02482. 047. 0 83. 00478. 065. 10132. 0 0 1 * 2 o

9、 o j j I 华北电力大学(北京)10 （3）输入功率和输出功率 输入功率： 输出功率： 思考题与习题答案部分 AA IIIN 65. 92 .1853. 0 2 * 2 2 o j jjIII 3256. 02977. 04755. 0 2482. 047. 00495. 00055. 0 * 2 * 0 * 1 AA IIIN 02. 182. 156. 0 1 * 1 1 ooo LZ IU1 . 198. 07 .26847. 18 .2756. 0 * 2 * 2 VV UUUN 7 .10711098. 0 2 * 22 kWkW o IUP 952. 032cos02. 11

10、100cos 1 111 kWkW oo IUP 928. 08 .271 . 1cos65. 97 .107cos 2 222 华北电力大学(北京)11 3.48 解：（1）折算到高压侧的变压器“T”形等效电路参数 并画出等效电路图（设R1=R2，X1=X2） 由空载试验数据求励磁参数 折算到高压侧有： 思考题与习题答案部分 85. 3 160 34003 0 0 I U Zm 35. 0 60 338003 22 0 0 I P Rm 83. 3 35. 085. 3 2222 RZXmmm 25 3400 31000 3 3 2 1 U U N N k 华北电力大学(北京)12 由短路试

11、验数据求短路参数 折算到75有： 思考题与习题答案部分 25.240685. 3 25 22 ZkZmm 94. 1 3 .43 3109003 22 I P R S S S 75.21835. 0 25 22 RkRmm 75.239383. 3 25 22 XkXmm 87. 5 3 .43 34403 0 I U Z S S 54. 5 94. 187. 5 2222 RZXSSS 37. 294. 1 20228 75228 20228 75228 75RRSCS 华北电力大学(北京)13 则 折算到高压侧的变压器“T”形等效电路如图3.4所示。 思考题与习题答案部分 19. 137.

12、 2 2 1 2 1 2 7521RRRCS 03. 6 54. 537. 2 22 2 2 7575XZSCSCSR 77. 254. 5 2 1 2 1 21XXXS I 0 + - + - * 1U I 1 75.218 Rm 77. 2 2 X ZL I 2 U 2 图3.4 题3.48图 19. 1 1R 77. 2 1X 75.2393 Xm 19. 1 2 R 华北电力大学(北京)14 （2）额定负载且cos2=0.8（滞后）和cos2=0.8（超前） 时的电压变化率、二次端电压和效率 额定负载且cos2=0.8（滞后）时 思考题与习题答案部分 3 .133 3 .43 3100

13、00 1 1 1 I U Z NP NP B 0178. 0 3 .133 37. 2 1 75 75 Z R R B CS CS 04160 343 545 1 . . . Z X X B s s %. %).( %XRU ss 923 100600416080017801 100sincos 2275 华北电力大学(北京)15 额定负载且cos2=0.8（超前）时 思考题与习题答案部分 %61.97 %100 1090038008 . 07501 109003800 1 %100 cos 1 110 1 23 2 2 0 2 2 0 PPS PP SNN SN VVU UUN 3 .384

14、4000392. 011 22 %07. 1 %1006 . 00416. 08 . 00178. 01 %100sincos 2275 XRSCS U VVU UUN 3 .4044000107. 011 22 %61.97 华北电力大学(北京)16 3.48 解：（1）当输出电流I2=I2N，cos2=0.8（滞后）时的 效率 （2）效率最高时的负载系数m和cos2=0.8（滞后）时的 最高效率max 思考题与习题答案部分 567. 0 56 18 0 P P SN m %6 .98%100 1828 . 05600567. 0 182 1 %38.98 %100 561188 . 056

15、001 56118 1 %100 PPcosS PP 1 2 2 SN 2 02N SN 2 0 华北电力大学(北京)17 3.50 解：当=1时，U2=U2N，U=0，则： 而短路参数为： 所以 思考题与习题答案部分 0sincos 22 XRSS R R X R S S S S 2 tan 33.16 3 .92 32610 I U Z SP SP S 07. 2 3 .92 3 53000 3 2 2 I P R S S S 2 .16 07. 233.16 2222 RZXSSS 128. 0 2 .16 07. 2 tan 2 华北电力大学(北京)18 为阻容性负载 3.51 解：（

16、1） ，代入数据得： 整理得： 又因为： 联立求解(1)、(2)式，得：SI=1189kVA，SII=2061kVA 通过计算可知，短路电压大的变压器欠载，容量不能充分 利用，短路电压小的变压器过载。 （2）令 ，即 则 思考题与习题答案部分 o 3 . 7 2 uuS S S S sIIsINII II NI I 1 : 1 : 6 1 : 5 . 6 1 2000 : 1250 SSIII 577. 0 SSIII 3250S SIII AkVS S III 20001 AkVAkV SSIII 11542000577. 0577. 0 华北电力大学(北京)19 并联组的利用率为： 思考题

17、与习题答案部分 AkVAkV SSSIII 315420001154 %05.97 3250 3154 % SS SS SS NIINI III I k 华北电力大学(北京)20 第三章 变压器 自测题参考答案 （一）填空题： 1. 一台接到电源频率固定的变压器，在忽略漏抗压降条件下， 其主磁通的大小决定于外加电压的大小，而与磁路的材质和几 何尺寸基本无关，其主磁通与励磁电流与非线性关系。 2. 变压器铁心导磁性能越好，其励磁电抗越大，励磁电流越小。 3. 变压器带负载运行时，若负载增大，其铁损耗将不变，铜损 耗将增加（忽略漏阻抗压降的影响）。 4. 当变压器负载（20o）一定，电源电压下降，

18、则空载电流I0 减小，铁损耗PFe减小。 华北电力大学(北京)21 5. 一台2kVA，400/100V的单相变压器，低压侧加100V，高压侧开路，测得 I0=2A；P0=20W；当高压侧加400V，低压侧开路，测得I0=0.5A，P0=20W。 7. 变压器等效电路中的Xm是对应于主磁通的电抗，Rm是表示铁心损耗的等效电阻。 8. 两台变压器并联运行，第一台先达满载，说明第一台变压器短路阻抗标么值 比第二台小。 9. 三相变压器的联结组别不仅与绕组的绕向和首末端标记有关，而且还与三相 绕组的联结方式有关。 10. 变压器空载运行时功率因数很低，这是由于空载时建立主、漏磁场所需无功 远大于供给

19、铁损耗和空载时铜损耗所需的 华北电力大学(北京)22 （二）判断题： 1. 一台变压器一次侧电压U1不变，二次侧接电阻性负载或 接电感性负载，如负载电流相等，则两种情况下，二次侧电压 也相等。（ ） 2. 变压器在一次侧外加额定电压不变的条件下，二次侧电 流大，导致一次侧电流也大，因此变压器的主磁通也大。 （ ） 3. 变压器的漏抗是个常数，而其励磁电抗却随磁路的饱和 而减小。（ ） 4. 自耦变压器由于存在传导功率，因此其设计容量小于铭 华北电力大学(北京)23 铭牌的额定容量。（ ） 5. 使用电压互感器时其二次侧不允许短路，而使用电流互感器时二次侧则不允许 开路。（ ） （三）单项选择题

20、： 1. 变压器空载电流小的原因是：（ ） 一次绕组匝数多，电阻很大； 一次绕组的漏抗很大； 变压器的励磁阻抗很大； 变压器铁心的电阻很大。 2. 变压器空载损耗： （ ） 全部为铜损耗； 全部为铁损耗； 华北电力大学(北京)24 主要为铜损耗； 主要为铁损耗。 3. 一台变压器一次侧接在额定电压的电源上，当二次侧带纯电阻负载时，则从一次侧输入的功率：（ ） 只包含有功功率； 只包含无功功率； 既有有功功率，又有无功功率； 为零。 4. 变压器中，不考虑漏阻抗压降和饱和的影响，若原边电压不变，铁心不变，而将匝数增加，则励磁电流： （ ） 增加； 减少； 不变； 基本不变。 5. 一台变压器在

21、（ ）时效率最高。 =1； P0/Ps=常数； PCu=PFe； S=SN。 华北电力大学(北京)25 （四）简答题： 1. 为什么变压器的空载损耗可近似看成铁损耗，而短路损耗可近似看成铜损耗？ 答：变压器铁损耗的大小决定于铁心中磁通密度的大小，铜损耗的大小决定于绕组中电流的大小。 变压器空载和短路时，输出功率都为零。输入功率全部变为变压器的损耗。即铜损耗与铁损耗之和。空载时，电源电压为额定值，铁心中磁通密度达到正常运行的数值，铁损耗也为正常运行时的数值，而此时二次绕组中电流为零，没有铜损耗，一次绕组中电流仅为励磁电流，远小于正常运行的数值，它产生的铜损耗相对于这时的铁损耗可以忽略不计，因而空

22、载损耗可近似看成为铁损耗。短路试验时，输入功率为短路损耗。此 华北电力大学(北京)26 时一次、二次绕组电流均为额定值，铜损耗也达到正常运行时的数值，而电 压大大低于额定电压，铁心中磁通密度也大大低于正常运行时的数值，此时 铁损耗与铜损耗相比可以忽略不计。因此短路损耗可近似看成为铜损耗。 2. 电源频率降低，其他量不变，试分析变压器铁心饱和程度、励磁电 流、励磁电抗和漏抗的变化情况。 答：据U14.44N1m可知，当降低时， m（Bm）增加，铁心饱和 程度增加，励磁电流增加励磁电抗减小，漏抗减小。 3. 变压器的一次、二次侧额定电压都是如何定义的？ 答：一次侧额定电压是指规定加在一次侧的电压。

23、二次侧额定电 压是指当一次侧加上额定电压时，二次侧的开路电压。 华北电力大学(北京)27 4. 变压器理想并联运行条件是什么？哪一个条件要求绝对严格？ 答：变压器理想并联运行的条件有三条： 各变压器一、二次侧的额定电压应分别相等，即变比相同； 各变压器的联结组别必须相同； 各变压器的短路阻抗（或短路电压）标么值ZS*（US*）相等，且短路阻抗角也相等。 第个条件要求绝对严格。 （五）作图题： 1. 画出变压器带纯电阻性负载时的简化相量图。 答：如图3.5所示。 华北电力大学(北京)28 第三章 变压器 2. 画相量图判定组别。 答：如图3.6所示。 由相量图可知，图3.6a为Y，y4联结组；图

24、3.6b为Y，d11联 结组。 （六）作图题： 1. 三相变压器额定容量为20kVA，额定电压为10/0.4kV,额 1 XIS j1 RIS 1 U 2 II 21 U 1 ZIS 1 图3.5 作图题1图 华北电力大学(北京)29 第三章 变压器 定频率为50Hz，Y，y0联结，高压绕组匝数为3300。试求：（1） 变压器高压侧和低压侧的额定电流；（2）高压和低压侧的额定 相电压；（3）低压绕组的匝数。 图3.6 作图题2题 U1V1 W1 u1v1w1 （a）（b） U1V1 W1 u1v1w1 V1 W1 U1 w1 v1 (u1) V1 W1 U1 w1 v1 (u1) 330o=3

25、0o11 华北电力大学(北京)30 第三章 变压器 解：（1）求电流 高压侧额定电流： 低压侧额定电流： （2）求电压 高压侧额定相电压： 低压侧额定相电压： AA U S I N N N 16. 1 103 20 3 1 1 AA U S I N N N 87.28 4 . 03 20 3 2 2 kVkV U U N NP 774. 5 3 10 3 1 1 华北电力大学(北京)31 第三章 变压器 （1）求匝数 低压侧绕组的匝数： 因为 所以 2. 一台SN=100kVA，U1N/U2N=6kV/0.4kV，Y，y0联结的三相变 压器，I0%=6.5%，P0=600W，us=5%，PSN=18