矿井维修电工技师基础知识

杨杰讲堂培训教材

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一.电路和磁路

1.什么是介质损耗？什么是泄漏电路？

电介质处于电场中，由于介质的极化过程必须从电场中吸收能

量，并转化为不可逆的热能散失掉，这种能量损耗，称为介质损耗。

介质的电阻率总有一定的极限，因而在电场作用下，介质中总会有微

小的电流通过，这种电流就称为泄露电流。

2.何谓理想电流源和理想电压源？

如果把一个电源抽象地认为，只具有一定的电压而内阻为零时、

此电源则称理想电压源。反之若视为内阻无限大，并能输出恒定电流

的电源，就称为理想电流源。

3.短路和断路是什么意思？

如果由于某种原因促使负载电阻等于零，即电源两端直接短接，

从而导致电路中的电流剧增，这种现象叫做短路。

所谓断路，就是在闭合回路中发生断线，使电流不能导通的现象。

4.什么叫支路、回路、节点？

所谓支路是把每一电路的分支称为支路，儿条支路的汇集点称节

点。电路中任何一个闭合路径称为回路。

5.两电阻串联，各电阻上的电压怎样分配？

如图所示,

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图。两个电阻的串联图

根据欧姆定律可以计算出流过串联电路的电流为1=—-

R]+/?9

每个电阻上的电压降分别为:

U=IR=U-i-

32篇22

R[+/?2

式中U,——R两端的电压降

U2——R2两端的电压降

U——加到两电阻上的总电压

上面的一组公式，就是电阻串联电路的分压公式。它表明总电压

是按电阻值成正比的关系分配在两个电阻上的，即电阻大，电压降大,

电阻小，电压降小。

6.两电阻并联，各支路的电源怎样分配？

如图所示，

根据欧姆定律

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式中的U=IR,而R=_^8-故U=I-^-

R]+/?2+R)

将上式的U代入L和12计算公式，则

R{R2

!,=—=T+R2=T-&-IkU=[此+&=[^1

&R\Rt+R2R2R2R}+R2

上式称为分流公式，它表示了总电流在两并联支路中的分配规

律。利用这个公式，可以直接由总电流和各支路电阻来求出各支路的

电流。

由上可知，总电流是按电阻值成反比分配在两个电阻上的，即电

阻小的支路分得的电流大，电阻大的支路分得的电流小。

例：两电阻并联，总电流1=2安，R=300欧，若R2=500欧，试求

每个电阻中的电流和并联总电阻值？

解：当R2=500欧时，总电阻R=-^u=幽幽=187.5欧

&+&300+500

各个电阻中的电流分别为：

R」的电流：I口a=2*端犷1.25安

”上的电流：1尸]占2就犷。.75安

并联总电阻R上的电流:

I=L+L=1.25+0.75=2安

由此可见，并联电路的总电流等于各支路的电流之和。

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7.什么叫用电设备的效率？

为了衡量能量在转换和传递过程中损耗的程度，我们把用电设备

输出功率与输入功率之比，定义为用电设备的效率。效率常用百分数

表示，即〃="X100%

式中〃----效率；

p2——输出功率；

Pl——输入功率。

例：一台直流电动机，其输入功率为6千瓦，输出功率为5千瓦,

问该电动机的效率是多少？

解：根据公式V*100%得

=-X100%«83%,显然它的功率损耗为

76

PO=PI-P2=6-5=1千瓦

8.何谓电阻的复联？其总电阻怎样计算？

在电路中，电阻如既有并联又有串联，那么这个电路就叫做复联

电路。计算复联电路总电阻的方法是，首先用串并联公式分别求出单

纯的串联和并联部分的等值电阻，而后再计算总电阻。

例：如下图所示，已知Ri=500Q,R2=200Q,R3=300Q,R4=200Q,

R5=100Q,求当开关K闭合及断开时，a,b两端的等值电阻？

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(a)(b)(c)

解：(1)当开关K闭合时-，Rz与R并联，Rs与R3并联，它们并联

后又进行串联，而后又与R并联，如图(b)所示。我们可按并联、

串联、并联的步骤将电路简化，最后求出等值电阻。

200x200

1?24二=100。

R,+Rq200+200

300x100

R35==75。

4+4300+100

=

R=R24+R35100+75=175Q

2、6端的等值电阻为「产筒二舒|，29.6。

(2)当开关K断开时,电路如图(c)所示。R25=R2+R5=200+100=300n

R31=R3+R1=300+200=500Q

R'—R25R34300x500

=187.5Q

7?25+&4300+500

a、b两端的等值电阻为电尸^^=500x187.5。］364Q

/?,+/?'500+187.5

9.何谓节点电流定律？

节点电流定律也称克希荷夫(又译作基尔霍夫)第一定律，它是

计算复杂电路的基本定律之一。它表明连接在同一节点的各个支路电

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流之间的关系。

在电路中流进节点的电流之和等于流出节点的电流之和。

用公式表示，则z，小Z/入

习惯上规定流入节点的电流为正，流出节点的电流为负，那么克

希荷夫第一定律也可写为工/=0,亦即在电路的任一节点处，电流的

代数和等于零，这就是克希荷夫第一定律。

例：如下图所示电路，

®--------CZJ------------------------

鼠4

B

已知L=6A,I2=4A,求L的值及其实际方向？

解：对节点A应用克希荷夫第一定律工/=0列出方程式：

11+13-2=0；6+13-4=0I3=-2A

I3得负值，说明L的实际方向与图示方向相反，是流出节点A的。

10.何谓回路电压定律？

回路电压定律也称为克希荷夫第二定律，它是说明闭合同路中电

动势和电阻压降之间关系的一条基本定律。

电路中的任一闭合回路，电动势的代数和等于各个电阻上电压降

的代数和。这就是克希荷夫第二定律，用公式表示：EE=£IR。

电动势和电压降的正负号规定如下：在回路中任取一电流的正方

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向和回路的环绕方向，若电动势与环绕方向一致时，取正号，反之则

取负号。当电流方向与环绕方向一致时，电阻压降取正号，反之取负

号。

例:如图所示电路，已知：Ri=4.9Q,R2=20Q,R3=15Q,&=45V,

E2=48V,求L、h、L各等于多少安？

解：回I路绕行方向和电流方向如图所示。

对节点a,根据克希荷夫第一定律可得L=L+L(1)

对回路I,根据克希荷夫第二定律可得：ELIR+LR,代入数值

45=4.91+2012(2)

对回路H,根据克希荷夫第二定律可得：-E2=-I2R2+I3R3

-48=-20I2+15I3(3)

则对(1)、(2)、(3)式所组成的联立方程组求解，即可求出各

支路电流：将(1)代入(2)得：45=4.9(I2+13)+2012

45=24.9I2+4.913整理L=L81-0.213(4)

计算结果L=L31A,I2=1.93A,%=-0.62A,A为负值,说明13

的实际方向与图示方向相反。

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11.什么是戴维南定理？

戴维南定理又叫等值发电机定理。它是指对任何一个线性含源一

端口网络，对外电路来说，可以用一条有源支路来等值替代，该有源

支路的电动势E,等于含源一端口网络的开路电压1,其电阻等于含

源一端口网络化成无源一端口网络的入端电阻Rro

含源一端口网络的开路电压和入端电阻。

为了说明什么是戴维南定理，以上图为例。其中图（a）表示了一

个含源一端口网络及其外电路（方框中的A表示含源的意思）。所谓

含源一端口网络的开路电压，就是把外电路断开后，在引出端a、b

之间的电压（见图（b））。如果把含源一端口网络内部所有的电压或

电动势都变为零（即电压源短路），以及所有电流源的电流为零（即

电流源开路），则原网络就化成一个无源一端口网络，如图（c）所示

（其中P表示无源的意思）。所谓入端电阻，就是在这种情况下，从

a、b看进去的总电阻R,-,也就是相应无源一端口网络的等值电阻。

图（d）就是用戴维南定理把含源一端口网络等值替代后的情况。

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12.什么叫过渡过程？

电路从一个稳定状态到另一个稳定状态时所经历的过程称为过

渡过程。当条件改变时，电路从一个稳定状态变化到另一个稳定状态,

一般需要一定的时间，这个变化过程称为电路的过渡过程。

13.何谓电容器的串联？怎样计算电容值？

把儿个电容器头尾依次连接起来，叫做电容器的串联。串联电

容器两端的总电压，等于各个电容器上的电压之和。其总电容值可按

下式计算：

式中C——串联电容器的总电容，又称等效电容；

G、C2>C3……Cn——各电容器电容。

就是说，串联电容器总电容的倒数，等于各个电容的倒数之和。

当两只电容器串联时，等效电容C=J0。串联电容器的个数越多,

G+

其等效电容越小。

电容器在串联使用时一，电压的分配与电容成反比。这是因为电

容器串联后，各电容器上所充的电荷量是相等的。即

Qi—Q2~Q

而UI=2,u=—,

G2G

Q_

故=与=与

U2QG

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例：有两只电容器只为0.25微法,250V,C2为0.5微法,300V,

试求两只电容器串联以后的使用电压值？

解：由于G的电容量小于C2,所以3分得的电压要大于C2。为

使G不被击穿，应使其电压不超过250V。为此，取Ui=250V,由

工A可求得C2实际所分得的电压为

u2G

U2=CW.=025x250=125V

-C20.5

则这两只电容器串联后的使用电压为

U=U1+U2=250+125=375V

14.何谓电容器并联？其等效电容值怎样计算？

把儿个电容器的两端分别接于共同的两点上，并施以同一电压

叫电容器的并联。

电容器并联后，各电容器极板上的电量为Qi=GU,Q2=C2U……

Qn=CnU

电源供给各极板上总电荷为

=

Q=QI+Q2+.......+QnClU+C2U+........+CnU

总电容为c=2=au+JU+…+CnU=G+C2+.......+c„

UU

上式说明，并联电容器的总电容等于各电容器电容之和。

例：如下图所示的电路图中,3=0.2微法,C2=0.3微法,C3=0.8

微法，00.2微法。求当开关K断开和合上时，A、B两点间的等效

电容。

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解：当开关K断开时，电路为3与C2串联，C3与G串联后再并联。

C=金+"段:+自常籍号就|=。」2+。」6=。.28微法

当K合上时，电路为。与C3并联，C2与C,并联后再串联。

C—G3c24=(G+g)(C2+g)=(0.2+0.8)(0.3+C2),033微法

。13+。24G+。2+。3+。402+0.8+0.3+0.2

15.什么是磁铁？它有哪些性质?

能够吸引铁、钻、锲等物质的物体称磁铁。磁铁的性质有

以下两点：

(1)具有南极和北极；(2)同性相斥，异性相吸。

16.什么叫电磁感应？感应电动势是怎样产生的？

由变化的磁场在导体中产生电动势的现象，称电磁感应。由此

产生的电动势称感应电动势。感应电动势可以用下列方法产生：

(1)使导体在磁场中做切割磁力线的运动，如直流发电机；

(2)移动导线周围的磁场，如交流发电机；

(3)交变磁场穿过线圈产生感应电动势，如变压器等静止设备。

17.感应电动势的大小取决于哪些因素？

感应电动势的大小取决于以下因素：e=BLvSin。

(1)磁场的强弱：磁场强，感应电动势大，反之则小。

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(2)磁场变化速度：磁场变化速度愈快，感应电动势愈大。

(3)线圈的匝数：线圈匝数愈多，产生的感应电动势愈大。

(4)导体或磁场移动的方向：只有导体和磁场相互切割时一，才

能产生感应电动势，垂直切割产生的感应电动势最大(与B和v夹角

。有关)。

18.什么是自感电动势？它的大小与哪些因素有关？

当线圈中电流大小发生变化时，由这个变化的电流产生的磁通也

将随着变化，这个变化的磁通将在线圈中产生感应电动势，由于这个

感应电动势是由线圈本身的电流变化而产生的，所以叫自感电动势。

自感电动势的大小是由下列因素决定的：

(1)与电流变化的快慢有关，电流变化的快慢通常用电流变化

率表示，所谓电流变化率是指在很短的时间内电流变化的数值与这段

时间的比值。

(2)与线圈本身的结构(如儿何形状、匝数)有关。

(3)与线圈周围介质有关。

Ui=-N包eL=-L—U,和ei.方向相反，gpul.=-e,.

XAr

所以Ui=L—

△t

公式说明，电感线圈两端电压和电流的变化率成正比，式中负

号表明自感电动势反抗电流的变化。

19.什么叫互感电动势？

两个互相靠近的线圈，当一个线圈接通电源时，由于本线圈电流

的变化，将引起磁通的变化，这些变化的磁通除穿过本身线圈外，还

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有一部分穿过与它靠近的另一线圈，因此在另一线圈中也产生感应电

动势，这个感应电动势所产生的电流是变化的，它必然又反过来在原

来那个线圈中产生感应电动势。这种现象称为互感现象。由互感引起

的电动势称互感电动势，互感电动势的方向也是由楞次定律决定的。

互感现象应用极为广泛，变压器和互感器就是根据这一原理制成

的。

20.什么叫正弦交流电？为什么目前普遍应用正弦交流电？

正弦交流电是指电路中电流、电压及电势的大小和方向都随着

时间按正弦函数规律变化，这种随时间做周期性变化的电流称交变电

流，简称交流。

交流电可以通过变压器交换电压，在远距离输电时一，通过升高电

压以减少线路损耗，获得最佳经济效果。而当使用时，又可以通过降

压变压器把高压变为低压，这既有利于安全，又能降低对设备的绝缘

要求。此外，交流电动机与直流电动机比较，则具有构造简单、造价

低廉、维护简便等优点，所以交流电获得了广泛地应用。

21.什么是交流电的最大值、有效值和平均值？

交流电在变化过程中所出现的最大瞬时值，称作交流电的最大

值，常用“I」、"UJ来表示电流、电压等正弦量的最大值。

交流电通过电阻性负载时，如果所产生的热量与直流电在相同

的时间内通过同一负载所产生的热量相等时，这一直流电的大小就是

交流电的有效值，常用I、U等符号表示电流、电压的有效值，我们

平时所说的电压、电流的数值以及电气仪表所测量的数值大都是有效

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值。

有效值与最大值的关系如下:

u=m0.707U,“或U,“=&=1.414U

7?

所谓交流电的平均值，是指交流电在半个周期内，在同一方向

通过导体横截面的电量与半个周期时间的比值，常用IP和UP来表示

电流、电压的平均值。

它与最大值和有效值的关系为：

Up=O.637Um=0.9U

例：某正弦电流当t=0时，其瞬时值i°=0.8A,已知其初相角

0=30。，求该正弦电流的最大值、有效值和平均值？

解：根据题意，该正弦电流的瞬时值可写为

i=ImSin(<yt+30°)

当t=0时

io=LSin3O°=0.8A

故最大值工袤嘿-A

1.6

有效值1=m=1.13A

正1.414

平均值IP=0.6371,,,=0.637X1.6=1.02A

三相负载总有功功率等于各相有功功率之和，即P=PA+PB+PC当

负载对称时，各相功率相等，故P=3PP=3UPIPC0S0式中。为相电压

与相电流之间的相位差。

当对称负载星接时，U尸疯,Il=lp

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当对称负载三角接时U尸UpI尸百Ip

P=V3UiLCOS(P

22.什么是涡流？它有何利弊？

置于变化磁场中的导电物体内部将产生感应电流，以反抗磁通

的变化。这种电流以磁通的轴线为中心呈涡旋形态，故称涡流。

在电机、变压器设备中，由于涡流的存在，将使铁芯产生热损

耗。同时，使磁场减弱造成电气设备效率的降低，容量不能充分利用。

所以，多数交流电气设备的铁芯，都是用0.35或0.5mm厚的硅钢片

迭成，以减少涡流损耗。

涡流的热效应也有有利的一面，如可以利用它制成感应炉冶炼

金属。可制成磁电式、感应式电工仪表，还有电度表中的阻尼器，也

是利用磁场对涡流的力效应制成的。

23.什么是三相交流电源？和单相交流电源相比有何优点？

由三个频率相同、振幅相等、相位依次互差120。的交流电势组

成的电源，称为三相交流电源，如下图所示。

与单相交流电相比三相交流电的优点是：节省输电线；三相电机

和三相变压器结构简单、性能好。

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(1)便于获得旋转磁场，这种磁场是异步电动机和同步电动机工

作的基础；

(2)对称三相电路功率的瞬时值恒定不变；(电动机产生的机械

转矩是恒定的，因而可以避免电动机的剧烈震动，能够平稳的运行)；

(3)在相同电压、长度、容量、损耗的条件下，可以节省导线材

料。

(4)在同等条件下输送电能，三相输电比单相输电节约25%的材

料；

(5)同功率三相发电机比单相发电机体积小，省材料；

(6)三相电动机结构简单，维护和使用方便，成本低廉。

24.什么叫相电压、线电压、相电流、线电流？

三相电路中，每相头尾之间的电压叫做相电压，如UA。、UBO、Uco

(简单写为UA、UB、Uc),相电压通常用字母U,表示。

相与相之间的电压叫做线电压，如UAB、UBC、UACO线电压通常用

字母U4表示。

三相电路中，流过每相电源或每相负载的电流叫做相电流，通

常用字母〃表示。

流过各相端线的电流叫做线电流，用字母表示。

25.在星形连接中，相、线电流的关系如何？

在星形连接中，由于流过每相绕组(或负载)的电流就是流过

端线的电流，所以星形连接时，线电流等于相电流。

即"=1s或I线=1相

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例：有一对称三相电路，负载做星形连接时，线电压为380V,

每相负载阻抗为：电阻10欧与感抗15欧串联。求电路中的线电流为

多少？

解:相电压旦380=220V

V3

负载阻抗Z=JR2+xj=Ji。？+152=18欧

负载相电流，厂?=箸=12.2A

因为在星形接线中线电流等于相电流，故电路中线电流等于12.2AO

26.在星形连接中，相、线电压的关系如何？

在星形连接中，相电压与线电压是不相同的，在图（a）中,

根据克希荷夫第二定律，相、线电压之间的关系用瞬时值表示为:

UAB=UA—UBUBC=UB—UCUCA=UC—UA

相线电压之间的关系用复数表示为

UAB-UBC=UB-UCUCA=U「UA

如图（b）所示，从矢量图中可以得出以下两个结论：

（1）线电压超前于相电压30°

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即比也超前30°

U；c比％超前30。

必比区超前30°

(2)线电压的有效值是相电压有效值的6倍。

jWJWj3ff

即u\B=V3UAeUBC=V3UHeUCA=y/3Uce

27.在三角形连接中，相、线电压关系如何？

在三角形连接中，如下图所示。

图三角形连接中，相、线电压的关系

每相绕组两端的电压就是线电压，所以说在三角形连接中，相电

压等于线电压,即%

28.在三角形连接中，相、线电流的关系如何？

(a)△中，相、线电流的关系(b)△中，相、线电流向量图

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在三角形连接中，相电流与线电流是不相同的。在图(a)中，

对于两相电流的A点来说，一相电流1是向它流来的，而另一相电

流L是离它而去的，根据克希荷夫第一定律可得：

相、线电流间的关系用瞬时值为：

=-

iAlABICA1B=1BC_1AB1C=1AC-IBC

相、线电流之间的关系用复数表示为：

A~AH~CA1B—1BC【AB】C-】CA

从图(b)中可得出以下两个结论：

(1)线电流滞后于相电流30°,即

/：比匕滞后30。比小滞后30。比滞后30。

(2)线电流的有效值是相电流有效值的百倍。

即IA=V3IABIB=A/3IBCIc=V3ICA

29.什么叫做中性点、中性线和中性点位移现象？

在星形连接中，把电源三相绕组的末端X、Y、Z连在一起，成为

0点。同时把三相负载的末端x、y、z连在一起，成为0'点，那么0、

0'点即成为中性点。中性点。至0'的连线叫做中性线，如下图所示:

在三相电路中，在电源电压对称的情况下，如果三相负载对称，

根据克希荷夫定律，不管有无中线，中性点的电压都等于零。如果三

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相负载不对称，而且没有中线或者中线阻抗较大，则负载中性点就会

出现电压。即电源中性点0和负载中性点0'之间的电压U。。•不再为零,

如下图所示，我们把这种现象叫做中性点位移。

从向量图中可以看出，由于中性点位移，引起负载各相电压分配

不对称，以致会使某些相负载电压过高，而另一些相负载电压较正常

时降低，由于达不到额定值，使设备不能正常工作。

30.怎样计算三相电路中的功率？

一个三相电源发出的总有功功率等于每相电源发出的有功功率

之和；一个三相负载消耗的总有功功率等于每相负载消耗的有功功率

之和。不论是星形连接还是三角形连接，只要三相电路对称，则三相

功率就等于三倍的单相功率，即

P=PA+PB+PC二UAIACOS。A+UBIBCOS3B+UCLCOS0c

因三相对称，故

P=3

式中P——三相有功功率（千瓦）；4——相电压（千伏）；/「

相电流（安）

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在对称三相电路中，如用线电压和线电流表示三相功率，当星形连接

时一，U%,/.=/“三角形连接时，U1U$,\二出",所以，

不论是星形连接还是三角形连接，其有功功率均为

p=6uJCOS。

同理，三相电源或三相负载的总无功功率等于各相无功功率之

1Sin<

和，即。=Q.+Qlj+QC=UAIASE（/）A+UBIBSE@B+Ucc/>c

如三相对称，则。=3UJ卢力°,在对称三相电路中，如以线电压和线

电流表示，则

三相有功功率和无功功率的向量和，称为三相视在功率，即

5=正+。2S=3U3=6U*L

若有功功率的单位用千瓦，无功功率的单位用千乏，则视在功的

单位为千伏安。

三相视在功率还可用下式计算：S=V3UI

如果三相负载不对称，则应分别计算各相功率，三相功率等于各

相功率之和。

例：对称三相感性负载，接于线电压为380V的三相电源上，通

过负载的线电流为12.25A,有功功率为5.5千瓦，求负载的功率因

数。

解：负载的三相视在功率为

S=V3UI=V3X380X12.25=8.053千伏安

负载的功率因数C0S°=£=至-=0.693

S8.053

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二.变压器

1.变压器的额定技术数据包括哪些内容？它们各表示什么意思？

变压器的额定技术数据，是保证变压器在运行时能够长期可靠地

工作，并且有良好的工作性能的技术限额。它也是厂家设计制造和试

验变压器的依据，其内容包括以下儿个方面：

(1)额定容量：是变压器在额定状态下的输出能力。对单相变

压器是指额定电流和额定电压的乘积。对三相变压器是指三相容量之

和。单位以千伏安表示。

(2)额定电压：是指变压器空载时端电压的保证值，以V和kV

表示。

(3)额定电流：系根据额定容量和额定电压计算出来的线电流,

以A表示。如额定容量100千伏安，电压为10/0.4kV的三相变压器,

其额定电流等于:

100Se100

=5.77A=144.3A

73x10MuaV3X0.4

(4)空载损耗：也叫铁损，是变压器在空载时的功率损失，单

位以瓦特或千瓦表示。

(5)空载电流：变压器空载运行时的激磁电流占额定电流的百

分数。

(6)短路电压：也叫做阻抗电压，系指将一侧绕组短路，另一

侧绕组达到额定电流时所施加的电压与额定电压的百分比。

(7)短路损耗：一侧绕组短路，另一侧绕组施以额定电流时的

损耗，单位以瓦或千瓦表示。

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(8)连接组别：表示原、副绕组的连接方式及线电压之间的相

位差，以时钟法表示。

2.变压器为什么不能使直流电变压？

当变压器以直流电通入时，因电流大小和方向均不变，铁芯中无

交变磁通，即磁通恒定，磁通变化率为零，故感应电势也为零。这时一,

全部直流电压加在具有很小电阻的绕组内，使电流非常之大，造成近

似短路的现象。

而交流电是交替变化的，当初级绕组通入交流电时，铁芯内产生

的磁通也随着变化，于是次级绕组内感应出交流电势，其感应电势与

绕组的匝数成正比，若次级圈数大于初级时,就能升高电压；反之，

次级圈数小于初级时就能降压。因直流电的大小和方向不随时间变

化，所以如恒定直流电通入初级绕组，其铁芯内产生的磁通也是恒定

不变的，就不能在次级绕组内感应出电势，所以不起变压作用。

3.什么是变压器绕组的极性？有何意义？

变压器铁芯中的主磁通，与一次绕组和二次绕组相互交链，一、

二侧的首端或尾端，在同一瞬间有一定的方向，叫做极性。

变压器绕组极性，是指原、副绕组相对极性，也就是当原绕组的

某一端在某一个瞬时电位为正时一，副绕组也一定在同一个瞬间有一个

电位为正的对应端，这时我们把这两个对应端，就叫做变压器绕组的

同极性端。

变压器绕组的极性主要取决于绕组的绕向，绕向改变，极性也会

改变。极性是变压器并联运行的主要条件之一，如果极性接反，在绕

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组中将会出现很大的短路电流，甚至把变压器烧毁。

4.怎样测量变压器的组别？

三相变压器中的一次线圈和二次线圈间的电压的相位关系，叫做

变压器的组别。

变压器一、二次绕组按一定接线方式连接时，一、二次电压之间

的相位关系就叫做接线组别。

测量变压器组别的方法有两种：

（1）直流法：测量单相变压器的接线如图（a）所示，用一个

1.5或3V的干电池接入高压绕组，在低压接一毫伏表或微安表，当

合上刀闸瞬间，表针向正方向摆（或拉开刀闸表针向负方向摆），则

接电池正极的端子与接电表正极的端子是同极性，即连接组为12,

反之是异极性，连接组为6。

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（2）交流法：将高压和低压侧的一对同名端子A、a用导线连通,

在高压侧接入低压交流电，然后测量电源电压U及另一对同名端子X、

x间的电压由，如图（b）所示。

若IVU2则为减极性（A、a同极性）;若UKU2则为加极性（A、a

异极性）。

5.有三台10000/220V,容量为100千伏安的单相变压器，现欲接在

10千伏网络供电，如果用户是380/220V的动力、照明混合负载，三

台变压器应如何连接？为什么？

三台单相变压器应接成三相变压器组进行供电，一次绕组接成

“△”，二次绕组接成“Y”，即接线方式为△/%,如下图所示：

图△/£接线的三台单相变压器组

因为单相变压器的一次额定电压为10kV（相电压）而系统的额定

电压也是10kV（线电压）。由于在中，相电压等于线电压，所

以该三台单相变压器的高压绕组应接成“△二

用电性质是380/220V的动力、照明混合负载，即要求低压采用三

相四线制供电。由于在“Y”接线中，线电压是相电压的6倍，所以,

三台单相变压器的低压绕组只有接成“Y”，才能使二次电压由原来的

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220V（相电压）升高到380V（线电压）。同时，在中性点引出中性线,

以满足照明负载接用相电压的要求。

6.运行中的变压器有哪些损耗？与哪些因素有关？

变压器的功率损耗分为两部分，即固定损耗与可变损耗。固定损

耗就是空载损耗（即铁损和激磁功率损耗，简称铁损），它只与变压

器的容量以及电压的高低有关，而与负载的大小无关。

空载损耗可分为有功损耗和无功损耗两部分，有功部分基本上是

铁芯的磁滞损耗和涡流损耗。无功部分是激磁电流产生的损耗，它近

似的等于变压器的空载功率，可根据空载电流用下式进行计算：

Q°=h^xSe

°100

式中0）——空载损耗中的无功损耗（干乏）；

/。％——空载电流占额定电流的百分数；

Se——额定容量（千伏安）。

变压器的可变损耗就是短路损耗（即绕组中的损耗，简称铜损），

它也分为两个部分，即有功部分和无功部分，有功部分是变压器原、

副绕组的电阻通过电流时产生的损耗，它和电流的平方成正比。因此

它的大小取决于变压器负载的大小和功率因数的高低。无功部分主要

是漏磁通产生的损耗，它通过下式进行计算：

式中盘——短路损耗中的无功部分（千乏）；

UD%——短路电压占额定电压的百分数;

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Se——额定容量（千伏安）。

7.什么叫分接开关？它是怎样调整电压的？

连接及切换分接抽头位置的装置叫做分接开关，它是通过改变变

压器绕组的匝数来调整变化的。在变压器一次侧的三相绕组中，根据

不同的匝数引出儿个抽头，这儿个抽头按照一定的接线方式，接在分

接开关上，开关的中心有一个能转动的触头，当变压器需要调整电压

时，改变分接开关的位置，实际上是通过转动触头改变了绕组匝数，

这样就改变了变压器的变比，因为变压器的匝数比等于电压比，即

所以，改变一次绕组匝数，二次电压也相应改变，从而达到了调

节电压的目的。

例：SJL320千伏安配电变压器，其分接开关I的变化是10.5/0.4

千伏，II是10/0.4千伏，III是9.5/0.4千伏。已知其二次绕组匝数

为36匝，问其分接开关在I.II.III位置时的一次绕组匝数和匝数比

各是多少？

图三相变压器的分接头和分接开关的联接

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解：先求匝数比

0_=吟=26.25

U20.4

K,="』=25

2

U20.4

TJ95

5="=23.75

3

U20.4

明

KA=5---=----

u2w2

%=KW2

分接开关在I的位置（即10.5/0.4千伏）时：

IV,=26.25X36=945匝

分接开关在H的位置（即10/0.4千伏）时：

IV,=25X36=900匝

分接开关在HI的位置（即9.5/0.4千伏）时:

叱=23.75X36=855匝

例：某单位有100千伏安，10/0.4千伏配电变压器一台，分接

开关在H的位置上，低压配电盘上的电压U2=360伏，车间电动机起

动困难，应如何处理？

解：已知变比K=10/0.4=25,则系统电压

Q=/C^2=25x360=9000V

所以应将变压器分接开关调到III的位置，这时

K==23.75

400

3%黑2州

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可见分接开关在in的位置电压比在n的位置上提高了i9vo

8.怎样正确选择配电变压器容量？

正确选择配电变压器容量的原则，是使变压器的容量能够得到

充分的利用。一般负载应为变压器额定容量的75-90%左右。

9.变压器绕组绝缘的损坏原因有哪些？

(1)线路的短路故障和负荷的急剧多变，使变压器的电流超过

额定电流的儿倍或十儿倍以上，这时绕组受到很大的电磁力矩而发生

位移或变形。另外由于电流的急剧增大，将使绕组温度迅速增高，而

导致绝缘损坏。

(2)变压器长时间的过负荷运行，绕组产生高温，将绝缘烧焦,

可能变成损片而脱落，造成匝间或层间短路。

(3)绕组绝缘受潮。

(4)绕组接头和分接开关接触不良。

(5)变压器的停送电和雷电波使绕组绝缘因过电压而烧坏。

10.运行中的变压器副边突然短路有何危险？

当变压器副边短路时，将产生一个高于其额定电流20-30倍的短

路电流。根据磁势平衡式可知，副边电流是与原边电流相反的，副边

电流对原边电流主磁通起去磁作用，由于电磁的惯性原理，一次侧要

保持主磁通不变，必然也将产生一个很大的电流来抵消副边短路电流

的去磁作用，这样两种因素的大电流汇集在一起，作用在变压器的铁

芯和绕组上，在变压器中将产生一个很大的电磁力，这个电磁力作用

在绕组上，可以使变压器绕组发生严重的畸变或崩裂。另外也会产生

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高出其允许温升儿倍的温度，致使变压器很短的时间内烧毁。

11.运行中的变压器应做哪些巡视检查？

(1)声音是否正常。

(2)检查变压器有无渗油，漏油现象，油的颜色和油位是否正

常。

(3)变压器的电流和温度是否超过允许值。

(4)变压器套管是否清洁，有无破损裂纹和放电痕迹。

(5)变压器接地是否良好。一、二次引线及各接触点是否紧固，

各部的电气距离是否符合要求。

12.变压器发生绕组层间和匝间短路会出现哪些现象？如何处理？

(1)一次电流增大；

(2)变压器有时发生“咕嘟”声，油面增高；

(3)高压保险丝熔断；

(4)二次电压不稳，忽高忽低；

(5)油枕冒烟；

(6)停电后，用电桥测得三相直流电阻不平衡。

造成层间或匝间短路的原因，多是由于变压器内进水，使绕组受

潮，散热不良，变压器长期过负载运行使匝间绝缘老化，或由于制造

检修工艺不良等原因造成。

如发现变压器绕组层间或匝间短路，应立即停电进行检修。

13.运行电压升高对变压器有何影响？

当变压器运行电压高于额定电压时，铁芯的饱和程度将随着电

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压的增高而相应的增加，致使电压和磁通的波形发生严重的畸变，空

载电流也相应增大。铁芯饱和后，电压波形中的高次谐波值也大大增

加。出现高次谐波有什么害处呢？

(1)引起用户电流波形的畸变，增加电机和线路上的附加损耗。

(2)可能在系统中造成谐波共振现象，并导致过电压使绝缘损

坏。

(3)线路中的高次谐波对电讯线路将产生干扰而影响电讯的正

常工作。

由此可见，运行电压增高对变压器和用户均是不利的。因此不论

电压分接头在何位置，变压器外加一次电压一般不应超过额定电压的

105%(规程规定)

14.为什么变压器空载试验可以测出铁损？而短路试验可以测出铜

损？

变压器在空载运行时一，铁芯中主磁通的大小是由绕组端电压决定

的。因此，当在变压器原边加以额定电压时，铁芯中的主磁通达到了

变压器额定工作时的数值，这时铁芯中的功率耗损(铁损)，也达到

了变压器额定工作状态下的数值，因此变压器空载时，原边的输入功

率可以认为全部是变压器的铁损。

在做短路试验时，一般将低压绕组短路，在高压绕组施以试验电

压，使在额定分接档，原边电流达到额定值而副边电流也达到了额定

值。这时变压器的铜损相当于额定负载时的铜损。因为变压器副边短

路，因此铁芯中的工作磁通比额工作状态小的多，铁损可以忽略不计,

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矿井维修电工技师基础知识

这时变压器没有输出，所以短路试验的全部输入功率，基本上都消耗

在变压器原、副绕的电阻上，这就是变压器的铜损。

15.什么是变压器的绝缘吸收比？

在检修维护变压器时，需要测定变压器的绝缘吸收比。它等于

60秒所测的绝缘电阻值与15秒所测的绝缘电阻值之比，即R6O/R15O

用吸收比可以进一步判断绝缘是否潮湿，污秽或有无局部缺陷。规程

规定在10〜30℃时，35〜60千伏绕组不低于1.2；110-330千伏绕

组不低于1.3。

16.变压比的测定有几种方法？测定时应注意什么？

变压比测定的常用方法有两种，即高压测量法和低压测量法。低

压测量法：是在高压绕组接入三相低压电源，分别测量高、低压各对

应相的电压，如下图所示。

图低压测量法测量变压器变压比接线图

高压测量法：是在低压绕组接入三相电源，分别测量高、低压各

对应相的电压，其中高压绕组的电压通过标准电压互感器测量，如下

图所示：

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图高压测量法测量变压器变压比接线图

测定变压比时应注意：（1）测量仪表的准确度应不低于0.5级，

量程选择应尽可能使读数在表盘的1/2〜3/4处。（2）试验电源应该

稳定且三相平衡，高低压侧两块电压表应同时读数，并反复进行数次,

然后取其几次的平均值。（3）测量时应在高、低压对应相上进行。换

相时应先停电再换接。在直接搭取电压时，应按带电作业规定做好安

全措施，尤其使用高压测量法时更要特别注意。标准电压互感器高压

引线对地的绝缘距离必须足够，其二次绕组和外壳均应良好接地。

17.怎样计算变压器的相、线电流和相、线电压？

以一台10/0.4千伏，Y/Y。一12接线，额定容量为180千伏安的变

压器为计算实例：

式中S,——变压器额定容量（千伏安）；

U万——线电压（千伏）；

In——线电流（安）；

U,——相电压（千伏）；

工——相电流（安）。

根据上面公式，可算出：

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一次线电流/巧=7匕=曾一=10.4A

E兀173x10

由于是Y形接线，相、线电流相等，即〃=4,

一次相电流/弧=10.4A。一次线电压U!=10KV,

一次相电压：*=箸=患=5.8KVo

二次线电流/乃2==J80-=260A

gj兀2V3x0.4

二次相电流〃=/%=260A

二次线电压。万2=400V

400

二次相电压力,=231V

18.怎样设计小型变压器?

在设计小型变压器时，首先要搞清变压器的用途及变压器的各种

技术要求。

变压器的一般技术要求有：

总功率：P——（伏安），一次功率：Pi——（伏安），二次功率:

P2——（伏安），一次绕组电压：U,——（伏特），二次绕组电压：U2

——（伏特），一次绕组电流：I.——（安培），二次绕组电流：I2—

一（安培），一次绕组匝数；W,——（匝），二次绕组匝数：W2——（匝），

一次绕组导线直径：d,——（毫米），二次绕组导线直径：d2——（毫

米）铁芯截面积：S.——（厘米2）。

搞清上面的技术要求后，根据已知条件再求未知数据。

一般情况下，变压器一次绕组电压UH二次绕组电压U2,电流

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品是已知条件。

一次、二次绕组的匝数、导线直径及铁芯截面积多为未知条件。

(1)对功率P的计算

由于变压器的效率一般都很高，所以常将二次绕组的功率近似为

一次绕组的功率或是总功率。如下式

pfi=pl=p2+……+P„

式中P2、P3分别为二次绕组的功率，它们可用下式求得：

=

P2=U212P3Ual3

(2)总功率求出后，用下式计算一次、二次各绕组的电流

-Q……

(3)根据总功率，用下式算出铁芯截面

=1.25^^总

式中，1.25是一系数，铁芯质量好可选小一些，质量差可选大

一些。

求得截面&后，就可以确定铁芯截面宽度和总迭片厚度。

Si=K

式中a—铁芯截面宽度；b——铁芯总迭片厚度；k——间隙系

数，一般取0.9。

通常铁芯选用现成冲片，如下图所示，片型选定后，a值是已知

数，利用公式便可算出b值。

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图设计小型变压器铁芯尺寸示意图

(4)根据铁芯截面，利用下式算出每伏电压应绕匝数

“，450000

wo=----------

°BxSi

式中以——每伏匝数；B——磁通密度(高斯)；450000—经

验常数。

常用铁芯大部分采用冷轧硅钢片(矽钢片)，磁通密度B一般在

10000-12000高斯之间选取。

利用每伏匝数分别和一次、二次绕组的电压相乘，就得出一次绕

组匝数和二次绕组匝数W2。

(5)根据各绕组的电流用下式确定各绕组的导线直径：

d=(0.65~0.7)"

式中I--------次或二次电流(安)；0.65〜0.7——填充系数，

导线的