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第三章 变压器

3．1 变压器有哪几个主要部件？各部件的功能是什么？ 变压器的主要部件:

铁心:磁路,包括芯柱和铁轭两部分 绕组:电路

油箱:加强散热，提高绝缘强度 套管:使高压引线和接地的油箱绝缘 3．2 变压器铁心的作用是什么？为什么要用厚0.35mm、表面涂绝缘漆的硅钢片制造铁心？ 变压器铁心的作用是磁路.铁心中交变的磁通会在铁心中引起铁耗,用涂绝缘漆的薄硅钢片叠成铁心,可以大大减小铁耗.

3．3 为什么变压器的铁心和绕组通常浸在变压器油中？

因变压器油绝缘性质比空气好，所以将铁心和绕组浸在变压器油中可加强散热和提高绝缘强度.

3．4 变压器有哪些主要额定值？一次、二次侧额定电压的含义是什么？ 额定值 I1N,I2N,U1N,U2N,SN,fN

U1N:一次绕组端子间电压保证值

U2N:空载时,一次侧加额定电压,二次侧测量得到的电压

3．5 变压器中主磁通与漏磁通的作用有什么不同？在等效电路中是怎样反映它们的作用的？

主磁通:同时交链一次，二次绕组,但是能量从一次侧传递到二侧的媒介,使

E1E2?N1N2?k,实现变压功能

E1和二次电

漏磁通:只交链自身绕组,作用是在绕组电路中产生电压降,负载时影响主磁通,

压U2的变化,以及限制二次绕组短路时短路电流的大小,在等效电路中用Zm反应磁通的作用,用x1?,x2?反应漏磁通的作用

3．6 电抗X1?、Xk、Xm的物理概念如何？它们的数据在空载试验、短路试验及正常负

载运行时是否相等？为什么定量计算可认为Zk和Zm是不变的？Zk的大小对变压器的运行性能有什么影响？在类变压器Zk的范围如何？

??x1?:对应一次绕组的漏磁通,磁路的磁组很大，因此x1?很小,因为空气的磁导率为常数,

∴x1?为常数

xk?x1??x2?叫短路电抗

xm:对应于主磁通,主磁通所走的磁路是闭合铁心,其磁阻很小,而电抗与磁阻成反比,因此xm很大.另外,铁心的磁导率不是常数,它随磁通密度的增加而变小，磁阻与磁导率成反比,

所以励磁电抗和铁心磁导率成正比

由于短路时电压低,主磁通小，而 负载试验时加额定电压，主磁通大，所以短路试验时xm比空载试验时的xm大.正常负载运行时加额定电压，所以主磁通和空载试验时基本相同,即负载运行时的励磁电抗与空载试验时基本相等，x1?,xk在空载试验,断路试验和负载运行时,数值相等,

KZK?RK?jXK?(1R?ZK?UIK叫短路阻抗

2R)?(jx?1??2x)是常数∴不变(R1,R2随温

度变化)

Zm?E1I0?4.44fN1?m2I0N1?2?fN21Rm(见背面)

3．7 为了得到正弦感应电动势，当铁心不饱和与饱和时，空载电流应各呈何种波形？为什么？

铁心不饱和时,空载电流?与成正比,如感应电势成正弦,则?也为正弦变化，∴i0也为正弦

铁心饱和时: i0为尖顶波,见P123图3.8

3．8 试说明磁动势平衡的概念极其在分析变压器中的作用？

一次电流I1产生的磁动势F1和二次电流I2产生的磁动势F2共同作用在磁路上，等于磁通乘磁组,即 F1?F2??mRm?

其中?是考虑铁心的磁滞和涡流损耗时磁动势超前磁通的一个小角度,实际铁心的Rm很小，而Rm?0,则F1?F2?0,即F1??F2这就叫磁动势平衡,即一二次磁动势相量的大小

I?N2I2即kI1?I2或I1?k2

相等，方向相反，二次电流增大时,一次电流随之增大. 当仅考虑数量关系时,有N1I1∴利用磁动势平衡的概念来定性分析变压器运行时,可立即得出结论,一,二次电流之比和他

们的匝数成反比.

3．9 为什么变压器的空载损耗可以近似地看成是铁耗，短路损耗可以近似地看成是铜耗？

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？ 解： P0?PFe ∵空载损耗 P0?mI0R1?PFe空载时I0很小，∴

2mI02R1可忽略 ∴P0?PFe

Pk?Pcu ∵Pk?Pcu?PFe∵短路试验时外施电压Uk很小, ∴?很小,

I0很小 ∴铁耗很小,可忽略铁耗, Pk?Pcu

?B2??2?E2?U2负

负载时PFe：与空载时无差别，这是因为当f不变时，PFe载与空载时一次绕组侧施加的电压基本不变，∴PFe基本不变，则不变损耗，严格说，空载时，漏抗压降大∴磁密略低，铁耗略少些

Pcu：如果是同一电流，则无差别。如果考虑到短路损耗包含少量的铁耗的话，负载真正的

铜耗比短路时侧略小。

3．10 变压器的其它条件不变，仅将一、二次绕组匝数变化?10%，对X1?，Xm的影响怎样？如果仅将外施电压变化?10%，其影响怎样？如果仅将频率变化?10%，其影响又怎样？

解：①一，二次绕组匝数变比±10％。

x1?:如N'1?N1+10％=1.1N1 ∵x1??wN12?1??1??漏磁路的漏磁导，为常数

∴x1?''?1.12x1??1.21x1?即x1?'增加21％

2如N1?N1－10％=0.9N1则x1??0.9x1??0.811x1?即x1?减少19％，二次绕组匝数变化对x1?无影响

xm: xm?2?fLm?2?fN12?m?2?fN12uAlxm?-19％。

②外施电压变比±10％，x1?不变，

N1增加，I0减少∴u增大 ∴

U?E1由磁化曲线知，I0 比 ?m变化快 ∴??U∴U?I0?xm?

2③x1?: x1??2?fN1??1 ?1?为漏磁路的漏磁导 ∴?1?为常数

∴ xm：

f变化±10％，x1?变化±10％。

成正比外，还与uFe成正比

变化±10％，E不变

xm除与f ∵E?4.44fN? ∴f ∴?变化±10％，

如

f增加10％，则?减小10％，uFe增大，∴xm的增加大于10％。

f减小10％，则?增加10％，uFe减小，∴xm的减小于10％。

3．11 分析变压器有哪几种方法？它们之间有无联系？为什么？

解：分析变压器有三种方法：基本方程式，等效电路和相量图，三者有联系，他们的物理

本质是一样，都反映了变压器内部的电磁关系，在进行定量计算时，宜采用等效电路和方程式，定性的给各物理量间关系时，可用相量图。

3．12 一台变压器，原设计的额定频率为50Hz，现将它接到60Hz的电网上运行，额定电

压不变，试问对励磁电流、铁耗、漏抗、电压变化率等有何影响？ 解：①U1f也50Hz变为60Hz，额定电压不变。

5??E1?4.44fN1?m f变为原来的6，则变为原来的m56

∴励磁电流减小，即I0f?②PFe?P1(50)Bm 50?，I0为原来的56

1. 6??1.26虽然频率变为原来的5倍，但频率的1.6次方与铁耗成正比 但?m减小6倍，∴Bm减小6倍，但Bm的平方与PFe成正比

55∴最终仍是铁耗减小，即PFe?

?Al22③励磁电抗 xm?2?fN1?m?2?fN1 f?，饱和程度降低，?? ∴xm?

④漏电抗：x1??2?fN12?1? ?1?为漏磁路磁导可认为是常数

∴ x1?随频率增大而增大。 ⑤电压变化率?U

00***??(Rkcos?2?xksin?2)∵xk?，∴?U增大