第十章 变压器-【单招零距离】电子电工专业综合（上）

总复习方案·参考答案 五、计算题 第二部分 电工测量仪表 1.(1)10A,5700W (2)=113.6F 2.(1)3300W (2)13200W.9900W 3.(I=1-60A,I-1-180AI-16 0(A 第一章 电工仪表与测量的基本知识 (2)Uc=190 150 V.Av-190 -30*(V). 第1讲 电工测量的基本知识 1. -0.866 -90(A) 4$.l=10②45Al-10 ② 75Alw= 0\$$ 【变式训练】 1.A 2.取多次测量平均值 3.A 165A,I=0.P-3000(W) 4.-8 10% 甲 5.-0.20 -0.9009% 5.0. 3 0A0. 3 -120 A、0.3 90*A、0.3 60A 【实战演练】 第十章 变压器 一、判断题 1.x 2.3.x 4.x 5.x 6.× 【变式训练】 7. 8.9.10.×11.12.13. 1.(1)0.1A,0.4A 二、选择题 2.A 1.C 2.B 3.D 4.D 5.B 3. (1)Rs =1(k2) (2)U.= 10(V) (3)P 0.1(W) 6.C 7. B 8.B 9. B 10.A 三、填空题 间接测量 直读法 1.直接测量 比较法 (1)Z=800(2) (2)I =0.1(A) 4. (3)PL 零值法 较差法 替代法 -8(W) 2.系统误差 偶然误差 疏失误差 5.2.24 基本误差 附加误差 【实战演练】 3.测量误差 4.四舍五入 5.度量器 一、判断题 6.不确定 在同一条件下对被测量多次测量取平均值 1.B 2. A 3. B 4. A 5.B 6. B 7.直接 8.-0.2A -2% 9.乙 1% 二、单项选择题 10.系统误差 1.B 2.C 3.D 4.A 第2讲 电工仪表的基本知识 三、填空题 1.36.7V 【变式训练】 2.440,4:5 1. 士0.005A 士0.83% 2.D 3.B 4. B 3.10v2,8 5.被测电流大于等于10A 6. 7.8. 四、问答题 【实战演练】 1.(1)I =1(A) (2)I=1.5(A),I=1.5(A 一、判断题 2.(1)R。=36(2) (2)I=4(A) 1.x 2.x 3.4.× 5.× 6.× 3.R. -88(2) 二、选择题 4.(1)3.03 45.45 (2)40 1.B 2.B 3. B 4.B 5.C 6.A · 396·单招零距离·电子电工专业综合 第十章 变压器 知识体系 构造 基本知识作用 分类 电压平衡 变压器 工作原理功率平衡 磁势平衡 变换电压 单绕组 变换电流 运算式 变换阻抗 多绕组 考纲要求 了解变压器的构造和作用。 了解 了解变压器的损耗和效率。 了解自耦变压器，电流互感器和电压互感器的作用及使用方法 熟练掌握 熟练掌握变压器变换电压、变换电流和变换阻抗的基本关系及其计算， 知识梳理 变压器是根据电磁感应原理制成的一种电气设备，是利用互感来实现从一个电路向另一个电 路传输能量或信号的一种器件，它可以改变交变电压、电流、阻抗。变压器有多种功能，在强电、弱 电（如测量技术和计算技术）方面都得到了广泛应用。 1.理想变压器 理想变压器是无损耗、全耦合、电感互感无穷大及匝数比n一√LL等三个理想条件而抽象 出来的一种多端元件。它的初次级的电压、电流及阻抗关系为 d,=n心，i=-i,乙=rz 理想变压器可以进行电压、电流和阻抗的变换。 ·246· 总复习方案·第一部分 电工基础 (a) 小) 图1-10-1理想变压器的电路符号及相量模型 实际变压器是根据电磁感应原理制成的静止电气设备。变压器主要由用硅钢片叠成的铁心和 绕在铁心柱上的线圈（即绕组）构成。铁心用来提供磁路，绕组是变压器的电路部分。变压器的工作 原理是遵循电磁感应规律的。它具有： ①电压变换≈-是=” ②电流变换2-心-月 ③阻抗变换：Zm=nZ1 在工程电路中，理想变压器的这种阻抗变换功能，可用以满足前级电路的阻抗匹配要求。 2.特殊变压器 在电气线路中，除了单相和三相变压器外，还用到一些专用变压器，如常用于调节电压的自耦 变压器：测量高电压用的电压互感器和测量大电流用的电流互感器等产品。 (1)自耦变压器 ①自耦变压器的结构特点是副绕组是原绕组的一部分，常做成调压器。 ②仪用互感器可分为电流互感器和电压互感器两种。k,一I1:为电流互感器的电流变比，k =U1U2称为电压互感器电压变比。 ② 2)o 海离设姿 0, N不变 1- 1 图1-10-2单相自耦降压变压器电路 图1-10-3单相自槁调压变压器电路 另外，根据电气安全操作规程，自耦变压器不允许作安全变压器使用，使用时要注意以下几点： ①不要把原、副绕组搞错，即不要把电源接到可调输出端，否则会损坏变压器。 ②如图1-10-3所示，“1”与“4”端共点，一定要接电源零线(N线)，“2”端接电源的相线(L 线)，否则操作人员极易触电。 ③接通电源前一定要让动头“3”端下滑到输出为零的位置，然后接通电源，逐渐将电压调到所 需要的数值，否则会烧坏负载。 ④接电源的输入端电压应是额定电压值。 ·247· 单招零距离·电子电工专业综合 (2)仪用互感器 ①电流互感器 如图1-10-4所示的是电流互感器的接线图。利用电流互感器可以用小量程的电流表去测量大 电流，将电流表的读数乘以常数k,即等于被测的电路电流I1。通常，电流互感器副绕组的额定电流 均设计为5A或1A等。 使用电流互感器时须注意以下事项： 二次侧绝对不许开路。因为二次侧开路时，电流互感器处于空载运行状态，此时一次侧被测线 路电流全部为励磁电流，使铁心中磁通密度明显增大。这一方面使铁损耗急剧增加，铁心过热甚至 烧坏绕组：另一方面将使二次侧感应出很高电压，不但使绝缘击穿，而且危及工作人员和其他设备 的安全。因此，在一次侧电路工作时如需检修和拆换电流表或功率表的电流线圈，必须先将互感器 二次侧短路。 为了使用安全，电流互感器的二次绕组必须可靠接地，以防止绝缘击穿后，电力系统的高电压 危及二次侧测量回路中的设备及操作人员的安全。 ②电压互感器 如图1-10-所示是电压互感器的原理图.电压互感器实际上相当于一台二次侧处于空载状态 的降压变压器。如果忽略漏阻抗压降，则有 U,-N:U,-L.U, 式中，k.称为电压变比，是个常数。这就是说，把电压互感器的二次电压数值U2乘上常数k。后 作为一次侧被测电压的数值U。测量U,的电压表可按kU,来刻度，从表上直接读出被测电压。 0- 源 接负载 众 +0 图1-10-4电流互感器原理图 图1-10-5电压互感器原理图 使用电压互感器时须注意以下事项： ①使用时电压互感器的二次侧不允许短路。电压互感器正常运行时是接近空载。如二次侧短 路，则会产生很大的短路电流，绕组将因过热而烧毁。 ②为安全起见，电压互感器的二次绕组连同铁心一起，必须可靠接地。 ③电压互感器有一定的额定容量，使用时二次侧不宜接过多的仪表，以免影响互感器的精度 等级。 (3)多绕组变压器 有两个及以上副绕组或原、副绕组都有两个及以上的变压器称为多绕组变压器。这样的变压 器多用在电子设备中。 ·248· 总复习方案·第一部分 电工基础 在多绕组变压器中，各绕组可以串联或并联使用，串联是为了增大供电电压，并联是为了增大 供电电流。需要注意的是，两个副绕组不允许异名端并联，因为此时两副绕组的感应电压顺向叠加 后产生很大的环流，有烧毁变压器的危险。 题型讲解 【例1】 如图1-10-6所示，理想变压器有两个相同的 原绕组，每个绕组的额定电压均为110V。当电源电压分别 2 在220V和110V两种情况下接同一个负载时： 3 (1)原绕组的四个接线端应如何正确接到电源上？ 4 (2)电源供给的电流及变压器的输出功率，在这两种接 法时的比值是多少？ 【分析】变压器每个绕组的额定电压均为110V,当电 图1-10-6 源电压为220V时应将2个绕组串联，当电源电压为110V时应并联。两种接法灯泡两端的电压不 变，即灯泡功率不变，理想变压器忽略损耗，输入功率等于输出功率，可以得到两种接法输入电流 之比。 【解】(1)电源电压为220V时，2端与3端相连，1、4端接到电源上：电源电压为110V时，2端 与4端相连，1、3端接到电源上。 (2)电流之比为1：2 输出功率之比为1：1 【点拨】此题涉及线圈的连接问题 ①根据线圈的绕向及相对位置确定原线圈的同名端。主要有以下儿种情况： 州斯十两个线 红=且如阁连按时 州当于两个战 图的联 利和行一个线图，只是 制的泛时中联 ⊥数为.-， 线网的导线加相了 重数为m-n 要根据不同的联接方式，判断出其联接的效果。 ②根据电源电压和每个绕组的额定电压决定串联还是并联。 【变式训练】1.已知某变压器的V1、N:为相同规格的两绕组，额定电压均为220V,V1:Ng 5:1,R=220.则： (1)若按图1-10-7(a)所示方式连接，在A,D端接220V的交流电压时，电流表A的读数是多少？ (2)若按图1-10-7()所示方式连接，在A、B端接220V的交流电压时，电流表A的读数是多少？ B Do (4) ( 图1-10-7 ·249· 单招零距离·电子电工专业综合 【变式训练】2.一理想变压器的初级线圈为1=100匝，次级线圈：=30匝，=20匝，一 个电阻为48.4n的小灯泡接在次级线圈2与：上，如图1-10-8所示，当初级线圈与4=220 √2 sinal的交流电源连接后，变压器的输入功率是()。 A.10W B.20W C.250W D.500W 图1-10-8 图1-10-9 【例2】如图1-10-9所示，变压器为理想的，当R接1、2端时，初级电流I1为1A:当R接2、 3端时，初级电流11为9A.间： (1)变压器次级绕组N2N为多少？ (2)当R接1、3端时，初级电流I1多少？ 【分析】变压器初级电流大小由负载决定，变压器次级折算到初级的负我为R=(代)R1 -9 爱=可知初级电流1与次级匝数的平方成正比 【解】①D由分析可知得=专即兰=青 (21,=N+N》×1=16(A) N22 【点拨】变压器具有变压、变流、变阻抗及变相位的作用。在电子电路中，常用变压器的变阻 抗作用量实现阻抗匹配，达到使负载获得最大功率的目的。熟记变压器的相关特性及公式，理解阻 抗匹配和最大功率传输定理，是快速求解这类问题的关键。 【变式训练】3.如图1-10-10所示，理想变压器副绕组有中间抽头，已知Us=20V.N1= 1000,N,=100。当在ao间接10Ω负载Ra1,或在加间接402负载R2时，两者都能达到阻抗匹配 使负载获最大功率，问： (1)信号源的内阻R、为多少欧姆？ (2)变压器原绕组的电压U1为多少伏？ (3)阻抗匹配时，负载获得的最大功率Pm为多少瓦？ (④变压器两个副绕组的匝数比代为多少 b N 40 102 图1-10-10 ·250· 总复习方案·第一部分 电工基础 【变式训练】4.如图1-10-11所示电路中，阻抗为8Ω的扬声器，通过一变压器接到信号源上。 已知信号源的Us=160V,内阻Rs=800,变压器的一次绕组匝数N:=1000,二次绕组匝数N =100,试问： (1)变压器的初级输人阻抗Z是多少欧姆？ (2)变压器的初级绕组的电流11是多少安培？ (3)扬声器获得的功率是多少瓦？ 图1-10-11 【例3】如图1-10-12所示，理想变压器原、副线圈匝数1：：n=3：2:1,副线圈Ⅱ上 接有“8V,8W”的灯泡L:、L2,副线圈Ⅲ上接有“6V,9W”的灯泡Lg、L4,原线圈上接有电阻R= 3n,当a、b两端接交变电源后，L1、L正常发光，则交变电源的输出功率 R 为() n ☒LL A.24W B.34W 3 C.36W D.72W ☒L☒L 【分析】由于理想变压器无能量损失，所以有P,=P2十P3(P为 原线图输入功率，P2、P分别为两只副线圈的输出功率)。交变电源的输 图1-10-12 出功率=P1+PR。L1、Lg灯泡正常发光，说明副线圈Ⅱ上电压为8V,I2=2A;又2：g=2:1, 可知制线圈Ⅲ上电压为4V,此时P,=(告)尸×9=4W,山=2Λ灯池的功率为额定功率即P= P2+P3=2x8+2.x4=24W。 I1m=I22+I2,求得11=2A,Px=12W 交变电源的输出功率为36W。 【解】C 【点拨】(1)电流强度与匝数成反比，仅适用于理想变压器只有一只副线圈的情况。对于多绕 组变压器，电压与匝数成正比仍然成立。在求解多绕组中的电流时可以利用能量守恒定律，即： P1=P2十P3十…和h11=212十3I十… (2)需要注意的是变压器原边电压不等于输入电压，电阻R两端的电压也并非原线圈的输入 电压。输入电压等于电阻两端电压与原边线圈两端电压和。 【变式训练】6.一台理想变压器原线圈匝数n,=1100匝，两个副线圈的匝数分别是2=60 匝，=600匝，若通过两个副线圈中的电流强度分别是I2=1A,I3=4A,则原线圈中的电流强度 是 A。 ·251· 单招零距离·电子电工专业综合 盲点点击 1.某双副绕组变压器，两个副绕组相同，输出电压均为12V。两个副绕组可能的四种接法如图 1-10-13所示。试分析指出： (1)哪一种接法是对变压器有危害的？说明理由。 (2)其他三种情况下，输出电压U:的值各为多少？ 图1-10-13 【错解】不能分析指出对变压器有危害的接法，不能说明产生危害的理由，不能正确确定绕 组的同名端，不会正确应用右手螺旋法则等。 【分析】本题出错的原因主要是不能正确理解变压器的工作原理，不能正确应用电磁感应原 理进行分析、说明，不会应用多副绕组变压器的变压比公式等。正确的分法是：根据副绕组的线圈 绕向，确定副绕组的同名端：应用右手螺旋法则，对每一种连接形式下，两副绕组产生的磁通方向 进行确定，观察两个磁通是顺向相加还是逆向相减，如是逆向相减则变压器不能正常工作：根据两 副绕组的同名端和连接方式，确定两副绕组的感应电动势是否顺向相加并且不经过负载在两副绕 组间形成回路，如果是，就会对变压器有危害。 【正解】(1)C图所示接法是不允许的。副绕组中会形成环流，烧坏变压器。 (2)A图：U2=0:B图：U2=24(V):D图：U2=12(V)。 2.如图1-10-14所示，理想变压器原副线圈匝数比为，：2=4：1， 原线圈回路中的电阻R,与副线圈回路中的负载电阻R2的阻值相等。4、b 端加一定交变电压后，两电阻的电功率之比 ,两电阻两端电压 之比 0 图1-10-14 【错解】16：1,4：1 【分析】本题出错的原因主要是没有注意到电源电压不是变压器的一次侧电压，简单地直接 应用理想变压器的变压、变流公式。正确的解法是：二次侧电流I:=U2R2,一次侧电流【，=I/4: 得P=1R,P=R=吉RU=1R=,R=子×是×R=, 【正解】1：16,1：4 实战演练 一、判断题 1,变压器的次级额定电压Uv,是指初级加额定电压且次级满载时的次级电压。 () 2.实际运行中的电力变压器，其二次侧电压会随着电阻性或电感性负载电流的增加而逐渐下 降。 ·252· 总复习方案·第一部分 电工基础 3.理想变压器不仅可以变换交流电压和交流电流，也可以变换交流阻抗，其初级与次级的阻 抗比值等于初级与次级绕组的匝数比。 ( 4.在降压变压器中，次级绕组的线径比初级绕组的粗。 5.电流互感器将大电流变换为小电流，以便测量。使用时，副边严禁开路。 6.自耦变压器输出电压调节方便，可作为提供安全电压的变压器。 7,变压器空载运行时，铜损耗远远大于铁损耗。 二、选择题 1,对于理想变压器来说，下列叙述中正确的是()。 A.变压器可以改变各种电源的电压 B.变压器一次绕组的输入功率由二次绕组的输出功率决定 C,变压器不仅能改变电压，还能改变电流和电功率等 D.抽去变压器铁心，互感现象依然存在，变压器仍能正常工作 2.正在工作的理想变压器原线圈的匝数m=400匝，两个副线圈的匝数分别为h=200匝，h=100 匝变压器正常工作时，两副线圈的电流相应为12=0.5A,L=0.8A,那么原线圈中的电流为()。 A.1.3A B.0.8A C.0.45A D.0.031A 3.如图1-10-15所示，变压器的输入电压U一定，两个副线圈的匝数是N2和N。当把电热器 接到a、b而c、d空载时，安培计读数是11：当把同一电热器接c、d:而a、b空载时，安培计读数是11'。 则II’为()。 A.N:/N B.Na/N2 C.N/N2 D.N:/N2 N b 220 图1-10-15 图1-10-16 4.如图1-10-16所示电路中，L1、L2、La、L4、Ls是5个完全相同的灯泡，要使它们均正常发光， 则变压器的原、副线圈匝数比I,:I2:13为( )。 A.1:21 B.2:1:2 C.4:2:1 D.4:1:2 三、填空题 1.如图1-10-17所示电路，理想变压器的变压比为220110，U1=220∠0V,问输出电压U2= 802 102 图1-10-17 图1-10-18 ·253· 单招零距离·电子电工专业综合 2.某理想变压器输入电压为220V时，输出电压为44V;如果次级绕组增加22匝，输入电压不 变时，输出电压会增加到55V,则该变压器初级绕组的匝数为 。如果保持输入电压不变， 调整负载，使次级电流在匝数变动前后保持不变，则负载变化前后，变压器从电源吸收的功率之比 为 3.如图1-10-18所示电路中，理想变压器的变比心=2，若原边电流云=10 sinA,则剧边电 流I2为 A.若负载电阻R=22,则变压器的原边输人阻抗为 4.某变压器的变比为4：3，现在其初级输入u=30+40si的电压。则初级电压的有效值U ,次级电压的有效值为U2= 四、问答题 1.理想变压器电路如图1-10-19所示，已知Us=120V,Rs=402,N,=800,N2=400,Ng= 200,R1=202,R=50.则： (1)当开关S断开时，其初级电流I为多大。 (2)当开关S闭合时，其初级电流I和次级电流I:分别为多大？ R N 图1-10-19 2.如图1-10-20所示，交流电压u=144√2sinV,自耦变压器的变比N,：V2=3:1.且当Rp =42时功率表读数最大。则： (1)R。为多大？ (2)变压器公共绕组中的电流I。为多大？ 图1-10-20 ·254· 总复习方案·第一部分 电工基础 3.如图1-10-21所示电路中，理想变压器的一次绕组匝数为N1,两个二次绕组的匝数分别为 N2和Na,V1:V2:N1=1:2:2,U1=220V,熔断器FU的熔断电流为20A,I2=5A,R是可 调电阻。为了不使熔断器熔断，电阻R的最小值为多少？请简要写出分析过程。 FU N 图1-10-21 4.一台单相变压器的额定容量为10kVA,额定电压为3300V:220V的单相变压器。问： (1)变压器原、副边电流为多少安培。 (2)满载时，可接入额定电压为220V、额定功率为200W、功率因数为0.8的电动机多少台？ ·255·