《电工与电子技术及应用》变压器（2） （讲义）安徽省加工制造考点讲练测

编写说明：安徽省《加工制造类专业考点讲练测》专辑，是依据《安徽省普通高校对口招生考试加工制造类专业课考试纲要》编写的。紧密围绕加工制造类专业课考纲所涉及的三门高考课程的25个考点，精心编撰了58套讲练测。每套讲练测的内容均涵盖考点解读、思维导图、知识梳理、概念回顾、概念强化题、高考真题或高考模拟题、课堂练习、课堂小结以及课后测验等九个环节。 本讲属于《加工制造类专业考点讲练测》的第41套，包含讲义、课件以及课后自测这三个教学文件，且与之配套使用的还有安徽省《加工制造类考纲百套卷》。欢迎各位老师下载使用，并敬请给予宝贵建议。 安徽省《加工制造类考点讲练测》 【电工与电子技术及应用】 41.变压器（2）讲义 [考纲要求] 1.识记变压器的基本结构 2.综合运用变压器的工作原理 3.理解变压器的外特性 4.理解变压器的损耗及效率 5.识记自耦变压器工作原理及使用注意事项 6.理解电流互感器 7.理解电压互感器 [思维导图] [知识梳理] 一、变压器的基本结构 1.变压器：变压器可将某一电压数值的交流电转换成同频率的另一电压数值的交流电。 用途：变压器可改变交流电压，改变交流电流，改变阻抗，改变相位。 2.变压器的组成：它主要由铁心和绕组(又称线圈)组成。 (1)铁心：它是变压器的磁路部分。为了减少铁心内部的涡流损耗和磁滞损耗，铁心一般用0.35mm厚的冷轧硅钢片叠成。 (2)绕组(线圈):它是变压器的电路部分。接电源的绕组称为一次绕组(或原绕组),接负载的绕组称为二次绕组(或副绕组)。 (3)其他附件：绝缘层—冷却设备—铁壳或铝壳(电磁屏蔽作用)。 3.变压器的分类 (1)按绕组与铁心的安装位置不同，分为心式和壳式。 (2)按电源相数不同，分为单相变压器、三相变压器等。 (3)按用途不同，变压器可分为电力变压器、仪用互感器、电炉变压器、自耦变压器、电焊变压器等。 (4)按冷却方式不同，变压器可分为油浸式变压器、风冷式变压器、自冷式变压器、干式变压器等。 二、变压器的工作原理 1.变压器空载运行：它是指一次绕组接电源、二次绕组开路的状态。 2.空载电流(励磁电流):它是在外加电压U₁作用下，一次绕组中通过的电流I₀。 3.在理想状态下，变压器的电压变换关系为 变压器绕组电压的有效值与一次、二次绕组的匝数(N₁、N₂)成正比。比值K称为变压比。 4.有载运行：它是指二次绕组接上负载ZL的状态。在理想情况下，变压器的电流变换关系为 5.变压器变阻抗的原理：设Z|₁|为变压器一次绕组输入阻抗，|Z₂|为二次绕组负载阻抗，则有 |Z₁I=K²|Z₂| 6.变压器的额定值 变压器额定运行的条件叫变压器的额定值。 (1)额定电压(U₁n、U₂n) 一次绕组的额定电压Uin是指变压器额定运行时，一次绕组所加的电压值。二次绕组的额定电压U₂n为变压器空载情况下，当一次绕组加上额定电压时，二次绕组测量的空载电压值。在三相变压器中，额定电压是指线电压，单位是V或kV。 (2)额定电流(I₁n、I₂n) 额定电流是变压器绕组允许长期连续通过的工作电流，是指在某环境温度、某种冷却条件下允许的满载电流值。在三相变压器中，额定电流是指线电流，单位是A。 (3)额定容量(SN) 变压器的额定容量是指变压器额定的视在功率，通常称为容量，表示变压器在额定条件下的最大输出功率。在三相变压器中，SN是指三相总容量，单位是V·A(伏·安)或kV·A(千伏·安)。 (4)额定频率(fn) 我国规定额定频率为50Hz。 三、变压器的外特性 1.变压器的外特性：变压器电压U₂随负载电流I₂增大而降低。 2.电压调整率：当I₂从零增加到额定值I₂n时，若输出电压从U₂o降到U₂N,则电压调整率△U%为 一般希望△U%越小越好。常用的电力变压器，电压调整率为3%～5%。 四、变压器的损耗及效率 1.变压器功率损耗 (1)变压器的功率 一次输入功率：P₁=U₁I₁cosφi,其中U₁为一次电压，I₁为一次电流，φi为一次电压和电流的相位差。二次输出功率：P₂=U₂I₂cosφ₂,其中U₂为二次电压，I₂为二次电流，φ2为二次电压和电流的相位差。 (2)铁损耗(Pre):变压器铁心中的磁滞损耗和涡流损耗称为铁损耗。当外加电压一定时，工作磁通一定，铁损耗是固定不变的，也称为不变损耗。 (3)铜损耗(Pcu):电流通过绕组时，在电阻上产生的功率损耗称为铜损耗。铜损耗的大小随通过绕组的电流变化而变化，也称为可变损耗。 (4)损耗功率：P'=P₁-P₂=PFe+Pca 2.变压器的效率：输出功率(P₂)与输入功率(P₁)之比称为变压器的效率(η) 五、三相变压器 电力变压器中一般采用三相制，所以三相变压器是电力传输中主要的电气设备，在工、农业生产和生活中广泛使用。根据电网的线电压及一次绕组额定电压的大小，可以将一次绕组分别接成星形或三角形。根据供电需要，二次绕组也可以接成三相四线制星形或三相三线制三角形。 六、自耦变压器工作原理及使用注意事项 1.自耦变压器：自耦变压器的一次、二次绕组共用一部分绕组，它们之间不仅有磁耦合，还有电的联系。 2.自耦变压器的工作原理 3.优点：结构简单，节省材料，体积小，成本低。 4.用途：自耦变压器主要用于两个电压接近的大电网的连接，大容量的交流电动机降压起动，或把抽头做成滑动触点构成自耦调压器。自耦变压器不但可以降压，也可用于升压。 5.注意事项 (1)高、低压绕组存在着电气上的联系，所以它不能作为安全变压器。 (2)因一次、二次绕组之间有电路联系，接线不正确时易于发生触电事故，故接线要正确。 (3)低压侧的电气设备也要具备高压侧的绝缘等级。 (4)接通电压前，要将手柄转到零位。接通电源 后，渐渐转动手柄，调节出所需要的电压。 七、电流互感器 如图所示，一次绕组串联在待测电路中，二次绕组接电流表。 1.结构特点：N₁<N₂ 2.作用：测量大电流 原理 所以 通常规定电流互感器二次绕组的额定电流设计成标准值5A。 4.注意事项 (1)要正确接线。将电流互感器的一次侧与被测电路串联，二次侧与电流表(或仪表的电流线圈)串联。 (2)电流互感器的二次侧在运行中绝对不允许开路。因此，在电流互感器的二次侧回路中严禁加装熔断器。 (3)电流互感器的铁心和二次侧的一端必须可靠接地，以确保人身和设备的安全。 (4)接在同一互感器上的仪表不能太多，否则接在二次侧的仪表消耗的功率将超过互感器二次侧的额定功率，会使测量误差增大。 5.便携式钳形电流表：它利用电流互感器原理制作。它的闭合铁心可以张开，将被测载流导线钳入铁心窗口中(相当于一次绕组匝数为1匝),可直接读出被测电流的数值。用钳形电流表测量电流不用断开电路，使用非常方便。 八、电压互感器 如图所示，一次绕组并联在待测高压，二次绕组接电压表。 1.结构特点：N₁>N₂ 2.作用：测量高电压。3.原理 通常规定电压互感器二次绕组的额定电压设计成注：二次绕组不能短路(配套一只电压表),二次绕 标准值100V。 [师生互动] 1.变压器由什么组成？ 【答案】 (1)铁心：它是变压器的磁路部分。为了减少铁心内部的涡流损耗和磁滞损耗，铁心一般用0.35mm厚的冷轧硅钢片叠成。(2)绕组(线圈):它是变压器的电路部分。接电源的绕组称为一次绕组(或原绕组),接负载的绕组称为二次绕组(或副绕组)。(3)其他附件：绝缘层—冷却设备—铁壳或铝壳(电磁屏蔽作用)。 2.简述变压器的分类。 【答案】(1)按绕组与铁心的安装位置不同，分为心式和壳式。(2)按电源相数不同，分为单相变压器、三相变压器等。(3)按用途不同，变压器可分为电力变压器、仪用互感器、电炉变压器、自耦变压器、电焊变压器等。(4)按冷却方式不同，变压器可分为油浸式变压器、风冷式变压器、自冷式变压器、干式变压器等。 3.什么是变压器的外特性？ 【答案】变压器电压U₂随负载电流I₂增大而降低。 4.自耦变压器有什么优点，有何用途？ 【答案】优点：结构简单，节省材料，体积小，成本低。用途：自耦变压器主要用于两个电压接近的大电网的连接，大容量的交流电动机降压起动，或把抽头做成滑动触点构成自耦调压器。自耦变压器不但可以降压，也可用于升压。 5.在使用电流互感器时应注意些什么？ 【答案】(1)要正确接线。将电流互感器的一次侧与被测电路串联，二次侧与电流表(或仪表的电流线圈)串联。(2)电流互感器的二次侧在运行中绝对不允许开路。因此，在电流互感器的二次侧回路中严禁加装熔断器。(3)电流互感器的铁心和二次侧的一端必须可靠接地，以确保人身和设备的安全。(4)接在同一互感器上的仪表不能太多，否则接在二次侧的仪表消耗的功率将超过互感器二次侧的额定功率，会使测量误差增大。 [概念强化] 1.（单项选择题）某理想变压器的一次绕组的匝数为N₁=1000,二次绕组的匝数为N₂=100,当一次绕组的电压 为220V时，二次绕组的电压为（ ）。 A.110V B.22V C.440V D.2200V 【答案】B 2.（单项选择题）单相理想变压器的一次电压U₁=4400V,二次电压 U₂=220V,若二次绕组接一台440W的电炉，则一次绕组的电流为（ ）。 A.0.1A B.0.5 A C.2A D.40A 【答案】A 3.（单项选择题）某双绕组电力变压 器铭牌参数中，额定电压比为220/38.5 kV,若高压 侧实测电压为231kV,则低压侧电压为（ ）。 A.20.4kV B.30.4 kV C.40.4kV D.50.4kV 【答案】C 4.（单项选择题）变压器接电源的线 圈称为（ ）线圈。 A.一次侧 B.副方 C.高压 D.低压 【答案】A 5.（填空题）理想变压器一次、二次绕组的电压有效值与一次、二次绕组的匝数成________比。 【答案】正 6.（简述与计算题）一台额定容量为 50kVA,额定电压为220 V 的单相工频变压器，试计算变压器副边的额定电流。如果不考虑变压器损耗，能使多少个功率因数为0.5、有功功率为P=5kW的电器正常工作?如果把负载的功率因数提高到0.8,又能带动多少个这样的电器正常工作? 【答案】 [高考模拟] 1.（单项选择题）一个理想变压器，将一次绕组的匝数增加1倍，且所 加电压不变，若负载不变，则二次绕组电流的变化是（ ）。 A.减少了原来的一半 B.增加了原来的一半 C.不变 D.3倍 【答案】A 2.（单项选择题）一个理想变压器，如果负载电阻增大，变压器的一次绕组电流将（ ）。 A.增 大 B.不变 C.减 小 D.无法判定 【答案】C 3.（单项选择题）电力变压器多属于（ ）变压器。 A.强迫水冷式 B.油浸自冷式 C.风冷式 D.都不是 【答案】B 4.（单项选择题）电流互感器二次绕组的额定电流的标准值一般规定为（ ）。 A.1A B.2A C.5A D.4A 【答案】C 5.（单项选择题）电压互感器二次绕组的额定电压的标准值一般规定为（ ）。 A.24V B.100V C.220V D.180V 【答案】B 6.（单项选择题）变压器的两个绕组，导线较粗的一个绕组是（ ）绕组。 A.电压低、电流大的 B.电压低、电流小的 C.电压高、电流小的 D.电压高、电流大的 【答案】A 7.（单项选择题）为了降低变压器铁心中的（ ）,叠片间要互相绝缘。 A.无功损耗 B.涡流损耗 C.空载损耗 D.铜损耗 【答案】B 8.（单项选择题）变压器二次绕组开路时，经过一次绕组的电流称为（ ）。 A.空载电流 B.负载电流 C.输入电流 D.输出电流 【答案】A 9.（单项选择题）油浸式三相电力变压器绕组放在油箱中的原因是 （ ）。 A.防爆 B.润滑 C.绝缘 D.散热 【答案】D 10.（填空题）变压器油起_______和_______的作用。 【答案】绝缘 散热 11.（填空题）变压器是利用________原理工作的电磁装置，它能 将某一电压值的交流电转换成________的所需电压值的交流电。 【答案】电磁感应 同频率 12.（填空题）变压器的构造是基 本相同的，主要由________和________两部分组成。 【答案】铁心 绕组 13.（简述与计算题）变压器二次绕组的电压为25 V,在接有电阻性负载时，测得二次绕组的电流是4.4 A,变压器的输入功率为130 W,试求变压器的效率及损耗功率。 【答案】 [课堂练习] 1.（单项选择题）如图所示电路，变压器的变压比K=10,则电压表V 的读数为（ ） A.20V B.2V C.200V D.0V 【答案】D 2.（单项选择题）某单相变压器有载时输出电压为220V,电源变化率为4.35%,则该变压器二次绕组的额定电压是（ ） A.220V B.230V C.220 √2 V D.380V 【答案】B 3.（单项选择题）直流法判定单相变压器同名端的电源和仪表是（ ） A.交流电源、电压表 B.直流电源、欧姆表 C.交流电源、电流表 D.直流电源、电流表 【答案】D 4.（单项选择题）降压变压器的结构特点是（ ） A.一次绕组匝数多，线径细 B.二次绕组匝数少，线径细 C.一次绕组匝数少，线径粗 D.二次绕组匝数多，线径粗 【答案】A 5.（简述与计算题）有一台理想降压变压器， 一次绕组电压为220 V二次绕组电压为110 V, 一次绕组为2200匝，若二次绕组接入阻抗值为10 Ω的阻抗，则变压器的变 压比、二次绕组匝数、一次、二次绕组中的电流各为多少? 【答案】 [课堂小结] 1、 单相变压器 1、 基本结构 2、 工作原理 3、 外特性 4、 损耗及效率 2、 三相变压器和特殊变压器 1、 三相变压器 2、 自耦变压器 3、 电流互感器 4、 电压互感器 学科网（北京）股份有限公司 $$