
第二章.变压器 §2一1.变压器的应用与结构(书P.12.,) 2-1.单相额定容量250kVA,7200V/600V,60H2的三相变压器组,Y/△联接用于12470V 的三相电源,若三相负载是45OkVA,计算:(1)变压器输入和输出边的线电流:(2)原副边 绕组的电流。[20.8A:433A:20.8A:250A] 解:①.副边线电压:U2x=U1x/(√3×k)=12470/(√3×7200/600)≈600(V) 输出线电流:I2w=S,/U2x=450000/(√3×600)≈433(A) 输出线电流:I1w=I2s/(√3×k)=433/(√3×7200/600)≈20.8(A): ②.,原边为Y联接,∴.原边绕组电流:I=Iw=20.8(A): ,副边为△联接,∴.副边绕组电流:I2=I2x/√3=433/√3=250(A) (答毕#) 2-2.变压器原边接600V,60Hz的电源,N=1200匝,N2=240匝,计算副边额定电压及主 磁通的最大值。[120V:1.88mlWb] 解:①.副边额定电压:U2=U1×N2/N,=600×240/1200=120(V) ②.主磁通的最大值:中.≈U/(4.44×f×N)=600/(4.44×60×1200)=1.8769(mWb)。(答 毕#) 2-3.额定容量22kVA,220N/110W,50Hz的单相变压器,原副边漏阻抗分别为 Z=0.005+j0.0252和Z2=0.00125+j0.006252,负载阻抗Z=0.536+j0.1022。试计算:(1) 原边总的等值阻抗:(2)原边负载电流。[2.2∠12°2:100∠-12°A] 解:①.忽略励磁损耗总等值阻抗:Z=Z,+Z2’+Z’=Z1+(Z2+Z)×(N/N2)2=0.005+j0.025+ (0.00125+j0.00625+0.536+j0.102)×(220/110)2=2.154+j0.458≈2.20∠12°(2):[|Z= (2.1542+0.4582)0.5=2.2022≈2.20(2)片阻抗角=c0s(2.154/2.20)=c0s0.9781≈12°] ②.原边负载电流:I=U/Z1=220/(2.2∠12°)=100∠-12°(A)。 (答毕#) 2-4,额定容量10kVA,380V/220V,50Hz的单相变压器,若将380V的绕组接220V电源, 计算此时副边电压,变压器的使用容量和它的利用系数。如果副边接电阻负载,计算允许的 最小电阻是多少?[127V:5.8kVA:58%:2.792] 解:①.变压器副边额定电流: Iw=10kVA/380V=26.3158(A)片:I2x=10kVA/220V=45.4545(A): ②.为了保证变压器工作时不过热,将380V的绕组接220W电源时其绕组的电流不能超过 额定值。即低压绕组的电流不超过Ix:此时: U2'=U/k=220V/(380V/220V)=127.3684(V) 使用容量:S’=U2’×I2x=127.4×45.5=5.7895(kVA)
第二章.变压器 §2—1.变压器的应用与结构(书 P.12.,) 2-1.单相额定容量 250kVA,7200V/600V,60HZ 的三相变压器组,Y∕Δ联接用于 12470V 的三相电源,若三相负载是 450kVA,计算:(1)变压器输入和输出边的线电流;(2)原副边 绕组的电流。[20.8A;433A;20.8A;250A] 解:①.副边线电压:U2N=U1N/(√3k)=12470/(√37200/600)≈600(V) 输出线电流:I2N=SL/U2N=450000/(√3600)≈433(A) 输出线电流:I1N=I2N/(√3k)=433/(√37200/600)≈20.8(A); ②.∵原边为Y联接,∴原边绕组电流:I1=I1N=20.8(A); ∵副边为Δ联接,∴副边绕组电流:I2=I2N/√3=433/√3=250(A) (答毕#) 2-2.变压器原边接 600V,60HZ 的电源,N1=1200 匝,N2=240 匝,计算副边额定电压及主 磁通的最大值。[120V;1.88mWb] 解:①.副边额定电压:U2=U1N2/N1=600240/1200=120(V) ②.主磁通的最大值:Φm≈U1/(4.44f1N1)=600/(4.44601200)=1.8769(mWb)。(答 毕#) 2-3. 额 定容 量 22kVA , 220V/110V , 50HZ 的 单相 变压 器, 原副 边漏 阻抗 分别 为 Z1=0.005+j0.025Ω和 Z2=0.00125+j0.00625Ω,负载阻抗 ZL=0.536+j0.102Ω。试计算:(1) 原边总的等值阻抗;(2)原边负载电流。[2.2∠12°Ω;100∠-12°A] 解:①.忽略励磁损耗总等值阻抗:Z=Z1+Z2’+ZL’=Z1+(Z2+ZL)(N1/N2)2 =0.005+j0.025+ (0.00125+j0.00625+0.536+j0.102)(220/110)2 =2.154+j0.458≈2.20∠12°(Ω);[|Z|= (2.1542 +0.4582) 0. 5 =2.2022≈2.20(Ω);阻抗角=cos -1 (2.154/2.20)=cos-1 0.9781≈12°] ②.原边负载电流:I1=U1/Z1=220/(2.2∠12°)=100∠-12°(A)。 (答毕#) 2-4.额定容量 10kVA,380V/220V,50HZ 的单相变压器,若将 380V 的绕组接 220V 电源, 计算此时副边电压,变压器的使用容量和它的利用系数。如果副边接电阻负载,计算允许的 最小电阻是多少?[127V;5.8kVA;58%;2.79Ω] 解:①.变压器副边额定电流: I1N=10kVA/380V=26.3158(A);I2N=10kVA/220V=45.4545(A); ②.为了保证变压器工作时不过热,将 380V 的绕组接 220V 电源时其绕组的电流不能超过 额定值。即低压绕组的电流不超过 I2N;此时: U2’=U1/k=220V/(380V/220V)=127.3684(V) 使用容量:S’=U2’I2N=127.445.5=5.7895(kVA)

变压器的利用系数:S’/Sx=5789.5/10000=57.8947% 允许的最小电阻:R=U2’/12w=127.4/45.5=2.8021(Q) (答毕#) 2-5.变压器的原副绕组匝数比k=2,原边电压为220V,副边接52负载,计算变压器的 输出功率以及原副边的电流。[2.42kw:11A/22A] 解:①.变压器的输出功率:P2=U2/R=(220/2)2/5=2420(W)=2.42(kw) ②.副边电流:I=U2/R=(220/2)/5=110/5=22(A) 原边电流:I1=I2/k=22/2=11(A)(答毕#) 2-6.额定容量250kVA,2.4kV/600V两台单相变压器接成开口三角形,向400kVA的三相 负载供电,(1)两变压器是否过载?(2)能连续供电的最大负载是多少kVA? [433KVA] 解:①.单相变压器副边额定电流:Iz.=S2./U2=250000/600=416.67(A) V形连接时副边线电流:I2=S2/(√3U2.)=400000/(√3×600)=384.9(A) ②.Sz=√3×U2m×I2n=√3×600x416.67=433012.7(A)≈433(KVA) (答毕#) 2-7.一阻抗变换变压器,原绕组N匝,副绕组有一抽头将副绕组分成匝匝两部分, 副边总计N2+W匝,若负载阻抗为3.5Q,则接于两端:若为8Ω则接于+W两端,为使两 者反映到原边去的阻抗相等,试计算两部分副绕组的匝数比N2/N=? [0.51] 解:①.变压器两部分的变比分别为:k=N/N:k=W/(N2+W): ②.为使两者反映到原边去阻抗相等,则:3.5k2=8k22:即: 3.5(N2+W3)2=8N2,2/N=(8/3.5)/2-1=0.5119(答毕#) 0 2-8.额定容量10kVA,220V/110V,50Hz的单相变压器,原绕 220T 组为A-X,副绕组为a-x,将其接成330V/220V的升压自耦变压 器,请正确画出两绕组的连接线图。 题图2-8 答:两绕组连接线图如图题图2-8所示:(答毕#) 2-9、变压器的运行管理应注意哪些最基本的事项? 答:首先,应该保证变压器在其额定参数规定的范围内运行。 其次,运行管理最基本的注意事项主要有三点。简单地说,即:1、注意其外部的清洁、 干燥:2、注意检查、记录和监视其运行参数:3、使用前确保其具有正常良好的状态。 (答毕#) 2-10、一台15KVA、400V/230V、50HZ的三相变压器,其原副边的额定电流各为多少? 答:变压器原副边的额定电压和电流都是指“线量”,所以其额定电流为线电流,即:原 边额定电流为:37.5A:副边额定电流约为:65.22A
变压器的利用系数:S’/SN=5789.5/10000=57.8947% 允许的最小电阻:RL=U2’/I2N=127.4/45.5=2.8021(Ω) (答毕#) 2-5.变压器的原副绕组匝数比 k=2,原边电压为 220V,副边接 5Ω负载,计算变压器的 输出功率以及原副边的电流。[2.42kw;11A/22A] 解:①.变压器的输出功率:P2=U2 2 /RL=(220/2)2 /5=2420(W)=2.42(kw) ②.副边电流:I2=U2/RL=(220/2)/5=110/5=22(A) 原边电流:I1=I2/k=22/2=11(A)(答毕#) 2-6.额定容量 250kVA,2.4kV/600V 两台单相变压器接成开口三角形,向 400kVA 的三相 负载供电,(1)两变压器是否过载?(2)能连续供电的最大负载是多少 kVA? [433KVA] 解:①.单相变压器副边额定电流:I2n=S2n/U2n=250000/600=416.67(A) V 形连接时副边线电流:I2=S2/(√3U2n)=400000/(√3600)=384.9(A) ②.S2MAX=√3U2nI2n=√3600416.67=433012.7(A)≈433(KVA) (答毕#) 2-7.一阻抗变换变压器,原绕组 N1 匝,副绕组有一抽头将副绕组分成 N2 匝 N3 匝两部分, 副边总计 N2+N3 匝,若负载阻抗为 3.5Ω,则接于 N3 两端;若为 8Ω则接于 N2+N3 两端,为使两 者反映到原边去的阻抗相等,试计算两部分副绕组的匝数比 N2/N3=? [0.51] 解:①.变压器两部分的变比分别为:k1=N1/N3;k2=N1/(N2+N3); ②.为使两者反映到原边去阻抗相等,则:3.5k1 2 =8k2 2;即: 3.5(N2+N3)2 =8N3 2,N2/N3=(8/3.5)1/2–1=0.5119(答毕#) 2-8.额定容量 10kVA,220V/110V,50HZ 的单相变压器,原绕 组为 A-X,副绕组为 a-x,将其接成 330V/220V 的升压自耦变压 器,请正确画出两绕组的连接线图。 答:两绕组连接线图如图题图 2-8 所示:(答毕#) 2-9、变压器的运行管理应注意哪些最基本的事项? 答:首先,应该保证变压器在其额定参数规定的范围内运行。 其次,运行管理最基本的注意事项主要有三点。简单地说,即:1、注意其外部的清洁、 干燥;2、注意检查、记录和监视其运行参数;3、使用前确保其具有正常良好的状态。 (答毕#) 2-10、一台 15KVA、400V/230V、50HZ 的三相变压器,其原副边的额定电流各为多少? 答:变压器原副边的额定电压和电流都是指“线量”,所以其额定电流为线电流,即:原 边额定电流为:37.5A;副边额定电流约为:65.22A。 题图 2-8

(答毕#) 2-11、什么是干式变压器?什么是湿式变压器?为什么船舶采用干式变压器? 答:使用空气作为冷却介质的变压器称为干式变压器:使用变压器油作为冷却介质的变 压器称为湿式变压器。因为变压器油可以燃烧,有火灾隐患,威胁船舶安全。所以我国《钢 质海船入级及建造规范》规定,船上只能采用干式变压器。 (答毕#) §2一2.变压器的基本工作原理(书P.14.,) 2-12、变压器有哪些基本变换功能? 答:变压器所具有的基本功能主要有:变压、变流、变阻和起隔离作用等功能。 (答毕#) 2-13、变压器的空载电流的主要作用是什么?什么是主磁通?什么是漏磁通? 答:变压器的空载电流的主要作用是产生励磁磁势,从而在铁心中产生主磁通,使原副 边绕组感生电势,实现“变压”功能。所谓“主磁通”就是指由励磁电流产生的、与原副边 绕组同时交链的磁通。主磁通是工作磁通,它将原边送来的能量以交变磁能的形式送给副边。 而“漏磁通”则只与产生它本身的绕组交链,不介入工作,因而不起能量传递作用。 主磁通的经过路径是铁心,磁阻小:漏磁通的路径则为空气,磁阻大,所以主磁通通常 比漏磁通大很多。 (答毕#) 2-14、一台固定变比的变压器,能否将原副绕组的匝数按变比任意减小?为什么? 答:不行!因为一定尺寸的变压器其铁心所能通过的磁通是有限的(否则磁路饱和,增 加励磁电流也不能使磁通明显增加),因而一匝线圈所能感应的电势也是有限的,若按变比任 意减少绕组的匝数,绕组所能承受的电压势必随之减小。设计时,通常一定尺寸的铁心,是 按一定功率确定的,铁心尺寸确定后,绕组的线径和匝数则按变压器的容量和电压等级确定, 是不能任意减少的。 (答毕#) 2-15、为什么原边电流能随副边电流的增减而增减,并能保持主磁通基本不变? 答:副边电流增大时,副边磁势的去磁作用增大:这势必使主磁通出现减少的趋势。但 主磁通的这一趋势,立即引起原边电势的减少,立即使其电流增加,从而使主磁通保持基本 不变,反之亦然。也就是说,只要原边电压不变,主磁通是基本不变的。正是主磁通能保持 基本不变,原边电流才能随副边电流的增减而增减。 (答毕#) §2一3.三相电压的变换(书P.18.,) 2-16、三相变压器若有一个绕组首尾端接反能否供电? 答:不能!可以通过相量图进行分析
(答毕#) 2-11、什么是干式变压器?什么是湿式变压器?为什么船舶采用干式变压器? 答:使用空气作为冷却介质的变压器称为干式变压器;使用变压器油作为冷却介质的变 压器称为湿式变压器。因为变压器油可以燃烧,有火灾隐患,威胁船舶安全。所以我国《钢 质海船入级及建造规范》规定,船上只能采用干式变压器。 (答毕#) §2—2.变压器的基本工作原理(书 P.14.,) 2-12、变压器有哪些基本变换功能? 答:变压器所具有的基本功能主要有:变压、变流、变阻和起隔离作用等功能。 (答毕#) 2-13、变压器的空载电流的主要作用是什么?什么是主磁通?什么是漏磁通? 答:变压器的空载电流的主要作用是产生励磁磁势,从而在铁心中产生主磁通,使原副 边绕组感生电势,实现“变压”功能。所谓“主磁通”就是指由励磁电流产生的、与原副边 绕组同时交链的磁通。主磁通是工作磁通,它将原边送来的能量以交变磁能的形式送给副边。 而“漏磁通”则只与产生它本身的绕组交链,不介入工作,因而不起能量传递作用。 主磁通的经过路径是铁心,磁阻小;漏磁通的路径则为空气,磁阻大,所以主磁通通常 比漏磁通大很多。 (答毕#) 2-14、一台固定变比的变压器,能否将原副绕组的匝数按变比任意减小?为什么? 答:不行!因为一定尺寸的变压器其铁心所能通过的磁通是有限的(否则磁路饱和,增 加励磁电流也不能使磁通明显增加),因而一匝线圈所能感应的电势也是有限的,若按变比任 意减少绕组的匝数,绕组所能承受的电压势必随之减小。设计时,通常一定尺寸的铁心,是 按一定功率确定的,铁心尺寸确定后,绕组的线径和匝数则按变压器的容量和电压等级确定, 是不能任意减少的。 (答毕#) 2-15、为什么原边电流能随副边电流的增减而增减,并能保持主磁通基本不变? 答:副边电流增大时,副边磁势的去磁作用增大;这势必使主磁通出现减少的趋势。但 主磁通的这一趋势,立即引起原边电势的减少,立即使其电流增加,从而使主磁通保持基本 不变,反之亦然。也就是说,只要原边电压不变,主磁通是基本不变的。正是主磁通能保持 基本不变,原边电流才能随副边电流的增减而增减。 (答毕#) §2—3.三相电压的变换(书 P.18.,) 2-16、三相变压器若有一个绕组首尾端接反能否供电? 答:不能!可以通过相量图进行分析

除非三相变压器的副边绕组接成带中线的“Y”连接,且又作为三个单相单独供电。否则 三相绕组,要么本身自成短路:要么绕组不能产生平衡电源电压的电势,从而造成电源短路。 因而一个绕组的首尾端接错是不能供电的。 (答毕#) 2-17、为保证船舶照明电网供电的连续性,可采用哪两种措施? 答:可以有两种措施:(1)、采用两台独立的三相变压器供电,一台工作:一台备用。一 旦发生故障可通过转换开关进行切换。(2)、采用三台单相变压器组成“△/△连接的三相变 压器组”进行供电,一旦有一台单相变压器发生故障,另两台可构成“VN”连接的三相变压 器组工作型式,继续工作。只不过,此时所能提供的容量应相对减小,但仍然能保证照明电 网供电的连续性。 (答毕#) 2-18、当三相变压器组因故V/N连接向三相负载供电时,能否按正常额定供电容量的2/3 加负载? 答:不行!按其容量计算公式(参见书P.17,式2-3-2),“V/N”连接时所能提供的最 大容量只为“△/△”连接时的58%(小于2/3)容量。所以不行。 (答毕#) 2-19、变压器有哪些损耗?这些损耗有什么不同? 答:变压器的损耗有两部分:铁损耗和铜损耗。其主要不同在于铜损耗和负载电流的平 方成正比,称为“可变损耗”:而铁损耗在一定的变压器来说,只与电源频率和磁通有关,只 要电源固定不变,铁损耗大小不变,所以称为“不变损耗”。(答毕#) §2一4.特殊变压器(书P.20.,) 2-20、电压为7200V/600V,60Hz的单相变压器,原绕组A一X和a一x的首端为同极性 端。若将其改接成7800V/7200V的自耦变压器,请画图说明应如何正确连接? a x5。 XX
除非三相变压器的副边绕组接成带中线的“Y”连接,且又作为三个单相单独供电。否则 三相绕组,要么本身自成短路;要么绕组不能产生平衡电源电压的电势,从而造成电源短路。 因而一个绕组的首尾端接错是不能供电的。 (答毕#) 2-17、为保证船舶照明电网供电的连续性,可采用哪两种措施? 答:可以有两种措施:(1)、采用两台独立的三相变压器供电,一台工作;一台备用。一 旦发生故障可通过转换开关进行切换。(2)、采用三台单相变压器组成“Δ/Δ连接的三相变 压器组”进行供电,一旦有一台单相变压器发生故障,另两台可构成“V/V”连接的三相变压 器组工作型式,继续工作。只不过,此时所能提供的容量应相对减小,但仍然能保证照明电 网供电的连续性。 (答毕#) 2-18、当三相变压器组因故 V/V 连接向三相负载供电时,能否按正常额定供电容量的 2/3 加负载? 答:不行!按其容量计算公式(参见书 P.17,式 2-3-2),“V/V”连接时所能提供的最 大容量只为“Δ/Δ”连接时的 58%(小于 2/3)容量。所以不行。 (答毕#) 2-19、变压器有哪些损耗?这些损耗有什么不同? 答:变压器的损耗有两部分:铁损耗和铜损耗。其主要不同在于铜损耗和负载电流的平 方成正比,称为“可变损耗”;而铁损耗在一定的变压器来说,只与电源频率和磁通有关,只 要电源固定不变,铁损耗大小不变,所以称为“不变损耗”。(答毕#) §2—4.特殊变压器(书 P.20.,) 2-20、电压为 7200V/600V,60Hz 的单相变压器,原绕组 A-X 和a-x的首端为同极性 端。若将其改接成 7800V/7200V的自耦变压器,请画图说明应如何正确连接? aA x XX

答:设:单相变压器如图1、所示:若将A和x串接成如图2、所示的, 图3、 即可达到题目的要求。将其整理后得如图3、所示的电路图。使用时,将x、 A两端接7800V的交流电源:即可从A、X两端得到输出电压为7200V的交 流电。 将x和A连接后,由于a和A为同名端,两个绕组感应的电势相加: 因而、X两端的电势为原来两个绕组电势之和。而绕组A、X两端感应的 电势则与原来相同。因此,该变压器可用于7800V/7200V的变压。 Xx (答毕#) 图2、 2-21、三相四线系统能否用两个电流互感器测三相电流? 答:三相三线系统使用两个电流互感器测三相电流如书P.20,图2-4-4所示:其基本 原理是基于任意时刻三相电流的瞬时值为零。只要测出其中两相的电流,则第三相的电流也 就知道(应用“节点电流法”)。 而三相四线系统因为有了“中线”:当三相不平衡时,中线的电流不为零。也就是说,三 相电流的瞬时值不再为零。若此时仍然采用两个电流互感器如图2-4-4那样,则第三个(最 下面)的电流表所测量的电流是前两相电流之差,己经不是第三相的电流了。因此三相四线 系统不能用两个电流表测三相电流。 (答毕#) 2-22、为什么电流互感器不能在副边开路的情况下运行? 答:电流互感器的原边绕组与被测主电路串联,其流过的电流由被测电路决定。原绕组 产生的磁势在铁心磁路中须靠副边绕组产生的磁势来平衡。若副边绕组在开路的情况下工作, 则原绕组磁势就的不到平衡。于是,铁心磁路中将产生很大的磁通,这不仅会使磁路深度饱 和,产生很大的剩磁,从而影响互感器的精度:而且因为副绕组的匝数通常较多,可能感生 出很高的电势,从而可能对人身或设备产生危害。所以说:电流互感器绝对不能在副边开路 的状态下工作。 (答毕#) 2-23、使用电压互感器和电流互感器时,从安全考虑应注意些什么? 答:电压互感器使用时应注意:1、副边绕组不能短路:2、所带负载不能太大(即,负 载阻抗不能太小):3、副绕组和铁心应可靠接地。 电流互感器使用时应注意:1、副边绕组绝对不能开路:2、所接的负载阻抗不能太大:3、 副绕组和铁心应可靠接地。 除此外,接线时还须注意绕组的同极性端,保证接线的正确性。 (答毕#)
答:设:单相变压器如图 1、所示;若将 A 和x串接成如图 2、所示的, 即可达到题目的要求。将其整理后得如图 3、所示的电路图。使用时,将 x、 A 两端接 7800V 的交流电源;即可从 A、X 两端得到输出电压为 7200V 的交 流电。 将 x 和 A 连接后,由于 a 和 A 为同名端,两个绕组感应的电势相加; 因而 a、X 两端的电势为原来两个绕组电势之和。而绕组 A、X 两端感应的 电势则与原来相同。因此,该变压器可用于 7800V/7200V 的变压。 (答毕#) 2-21、三相四线系统能否用两个电流互感器测三相电流? 答:三相三线系统使用两个电流互感器测三相电流如书 P.20,图 2-4-4 所示;其基本 原理是基于任意时刻三相电流的瞬时值为零。只要测出其中两相的电流,则第三相的电流也 就知道(应用“节点电流法”)。 而三相四线系统因为有了“中线”;当三相不平衡时,中线的电流不为零。也就是说,三 相电流的瞬时值不再为零。若此时仍然采用两个电流互感器如图 2-4-4 那样,则第三个(最 下面)的电流表所测量的电流是前两相电流之差,已经不是第三相的电流了。因此三相四线 系统不能用两个电流表测三相电流。 (答毕#) 2-22、为什么电流互感器不能在副边开路的情况下运行? 答:电流互感器的原边绕组与被测主电路串联,其流过的电流由被测电路决定。原绕组 产生的磁势在铁心磁路中须靠副边绕组产生的磁势来平衡。若副边绕组在开路的情况下工作, 则原绕组磁势就的不到平衡。于是,铁心磁路中将产生很大的磁通,这不仅会使磁路深度饱 和,产生很大的剩磁,从而影响互感器的精度;而且因为副绕组的匝数通常较多,可能感生 出很高的电势,从而可能对人身或设备产生危害。所以说:电流互感器绝对不能在副边开路 的状态下工作。 (答毕#) 2-23、使用电压互感器和电流互感器时,从安全考虑应注意些什么? 答:电压互感器使用时应注意:1、副边绕组不能短路;2、所带负载不能太大(即,负 载阻抗不能太小);3、副绕组和铁心应可靠接地。 电流互感器使用时应注意:1、副边绕组绝对不能开路;2、所接的负载阻抗不能太大;3、 副绕组和铁心应可靠接地。 除此外,接线时还须注意绕组的同极性端,保证接线的正确性。 (答毕#) 图 3、 A a Xx 图 2、 A a Xx 图 1