《变压器与电动机》变压器的磁路与极性（举一反三考点练）- 讲义

举一反三考点练 《变压器与电动机》变压器的磁路与极性-讲义 1.掌握变压器的基本结构。 2.了解变压器的工作原理。 知识点一 三相变压器的磁路结构 一、三相变压器组的磁路： 1.组成方式：由三台相同的单相变压器，将一次、二次绕组按对称式进行三相连接组合而成，如图1所示。 图1 三相变压器的磁路 2.磁路特点：各相磁路相互独立，彼此没有关联。 3.电气性能： （1）当一次绕组加上三相对称交流正弦电压时，三相绕组的主磁通对称，如图2所示。 （2）三相空载电流也对称。 图2 三相变压器的磁通 4.适用场景：适用于需要特大容量变压器的场所，以及运输条件受到限制的地方。其优势在于方便运输或能够减少备用容量。 5.使用情况：一般很少使用，仅在特殊需求时采用。 二、三相心式变压器的磁路： 1.演变过程：铁心是由三台单相变压器的铁心合在一起演变而来，如图3所示。 （1）最初有中间铁心柱，当绕组流过对称三相交流电时，中间铁心柱磁通为三个铁心柱磁通的相量和，由于对称，，中间铁心柱可省去，如图3-b。 （2）随后将三相铁心柱中心线布置在同一平面内，形成常用结构，如图3-c。 2.磁路特点：两边两相磁路的磁阻比中间一相磁阻大。 3.电气性能： （1）外加三相电压对称时，各相磁通相等，但三相空载电流不等，中间相空载电流较小。在小容量变压器中该现象较明显，且一般。 （2）大型变压器中不平衡性较小，计算空载电流可取三者算术平均值，且空载电流对负载影响不大。 4.优势：结构简单、制造方便、体积小、材料省，较为经济，应用最为普遍。 图3 三相心式变压器铁心及结构 三、三相五柱式铁心结构： 1.结构特点：中央三个铁心柱上套有三相绕组，左右两侧铁心柱为旁轭，旁轭上没有绕组，仅作导磁通路，如图4所示。 2.设计目的：近代大容量变压器受安装场所空间高度和铁路运输条件限制，为降低铁心高度而采用。 3.性能优势：在保持铁轭中磁感应强度不变的情况下，铁轭截面及高度与三相心式变压器相比，可减为原来的。 4.应用情况：大型变压器多数采用这种结构。 图4 三相五柱式铁心结构 四、渐开线式铁心结构： 如图5所示。 图5 渐开线式铁心 三相变压器组的磁路特点是（ ） A. 各相磁路相互关联 B. 各相磁路相互独立 C. 磁路为闭合三角形 D. 磁路依赖外壳导磁 【答案】B 【解析】三相变压器组由三台单相变压器组成，各相磁路彼此独立，无相互关联。 1.下列关于三相变压器组的描述，错误的是（ ） A. 便于运输 B. 减少备用容量 C. 磁路相互关联 D. 由单相变压器组合 【答案】C 【解析】三相变压器组强调磁路独立，C 选项 “相互关联” 错误，其余为正确应用特点。 2.三相变压器组的磁路独立性意味着（ ） A. 各相磁通会相互干扰 B. 一相故障影响其他相 C. 各相可独立分析 D. 必须三相同时运行 【答案】C 【解析】磁路独立即各相磁通无耦合，可单独分析，故障不传导。 3.与三相心式变压器相比，三相变压器组的磁路（ ） A. 更紧凑 B. 独立分开 C. 成本更低 D. 损耗更大 【答案】B 【解析】三相心式变压器磁路关联，而三相变压器组磁路独立。 1.三相变压器组空载运行时，各相励磁电流大小（ ） A. 相等 B. 相差一倍 C. 随机变化 D. 仅一相有电流 【答案】A 【解析】对称电流必大小相等、相位互差 120°。 2.当三相变压器组某相绕组断开时，其他两相（ ） A. 无法运行 B. 磁路受影响 C. 正常运行 D. 电流激增 【答案】C 【解析】磁路独立，一相断开不影响其他相磁路和电路，故可正常运行。 3.三相变压器组的主磁通对称是因为（ ） A. 磁路独立且电压对称 B. 磁路关联且电流对称 C. 铁芯材料特殊 D. 绕组匝数不同 【答案】A 【解析】磁路独立 + 对称电压→对称磁通.。 · 结构组成：由三台相同单相变压器按对称三相连接组成。 · 磁路特性：各相磁路独立，互不影响。 · 电磁对称：施加对称电压时，主磁通和空载电流均对称。 · 应用场景：适用于特大容量或运输受限场景，便于运输和减少备用容量。 知识点二 单相变压器绕组的极性 一、变压器绕组的极性： 1.核心概念： （1）同极性端（同名端）：在同一交变磁通作用下，一次绕组、二次绕组中瞬时电位极性相同的端子。例如，当一次绕组某端为正时，二次绕组对应端也为正，这两端即为同极性端。 （2）异极性端（异名端）：瞬时电位极性相反的端子。 2.判断方法： （1）绕向相同：当磁通增大时，一次绕组端和二次绕组端同时为正，故为同极性端；另一端（和）也为同极性端，如图6所示。 （2）绕向相反：若两绕组绕向不同，对应端子极性相反，非对应端子为同极性端，和、和彼此称为异极性端（异名端）。 图6 变压器绕组的极性 二、同极性端的标志： 1.符号标记：通常用黑点（）或星号（）标注同极性端。 2.绕向影响（如图7所示）： （1）绕向相同：对应端子为同极性端（如一次绕组首端与二次绕组首端）。 （2）绕向相反：非对应端子为同极性端（如一次绕组首端与二次绕组末端）。 图7 变压器绕组联结组别 三、绕组端子的符号标志： 如表1所示。 表1 绕组端子符号标志 四、变压器组别表示法： 1.钟表法原理：以一次绕组电动势（长针）指向钟面“0”（0点）为基准，二次绕组电动势（短针）指向的钟点即为组别。 2.典型组别： （1）绕向相同：一次、二次绕组首端均为同极性端，电动势同相位；组别为0，标为,联结组（I表示单相绕组，0表示组别）。 （2）绕向相反：一次首端与二次末端为同极性端，电动势反相位；组别为6，标为,联结组。 国家标准规定：单相变压器仅采用,联结组，即绕向相同、首端为同极性端的组别。 单相变压器一次绕组绕向为顺时针，二次绕组绕向为逆时针，若一次绕组首端 U1 为同极性端，则二次绕组的同极性端为（ ） A. 首端 u1 B. 末端 u2 C. 首端 u2 D. 末端 u1 【答案】B 【解析】绕组绕向相反时，同极性端为非对应端子。一次绕组首端 U1 的对应端子为二次绕组首端 u1，因绕向相反，同极性端应为 u1 的对端（末端 u2）。 1.单相变压器联结组 I，I—6 的形成条件是（ ） A. 绕向相同，首端为同名端 B. 绕向相反，首端为同名端 C. 绕向相同，末端为同名端 D. 绕向相反，末端为同名端 【答案】D 【解析】绕向相反时，首端与末端为同名端，电动势反相，组别为 6。 2.判断同极性端的依据是（ ） A. 绕组长度 B. 磁通变化方向 C. 端子物理位置 D. 绕向和磁通变化 【答案】D 【解析】同极性端由绕向（决定对应端子关系）和磁通变化（决定瞬时极性）共同决定。 3.下列符号中，代表中压绕组首端的是（ ） A. U1 B. u1 C. U1m D. U2m 【答案】C 【解析】中压绕组首端为 U1m，末端为 U2m。 1.当单相变压器一次绕组电动势指向 12 点时，二次绕组电动势指向 6 点，其组别为（ ） A. 0 B. 3 C. 6 D. 12 【答案】C 【解析】短针指向 6 点，组别为 6，对应绕向相反、电动势反相。 2.关于同极性端与绕组绕向的关系，正确的是（ ） A. 绕向相同则无同极性端 B. 绕向相反则所有端子为同极性端 C. 绕向决定同极性端是否为对应端子 D. 绕向不影响同极性端位置 【答案】C 【解析】绕向相同，对应端子为同极性端；绕向相反，非对应端子为同极性端，故绕向决定同极性端是否为对应端子。 3.单相变压器一、二次绕组电动势同相位的条件是（ ） A. 绕向相同，首端为同名端 B. 绕向相反，首端为同名端 C. 绕向相同，末端为同名端 D. 绕向相反，末端为同名端 【答案】A 【解析】绕向相同且首端为同名端时，电动势同相位，对应组别 0。 · 同一磁通下，一、二次绕组瞬时电位相同的端子，绕向相同则对应端为同极性端，反之则非对应端为同极性端。 · 用黑点或星号标注同极性端；高压绕组首端 U1、末端 U2，低压绕组首端 u1、末端 u2。 · 用钟表法，单相变压器仅用 I，I—0 联结组（同相位，组别 0）。 知识点三 变压器绕组极性的判别 一、单相变压器绕组极性的判别： 1.电压表法（交流法）： （1）原理：利用绕组感应电动势的相位关系，通过测量电压判断同名端，如图8所示。 （2）步骤： 在一次绕组加适当交流电压（如36V安全电压），二次绕组开路，测量一次电压和二次电压； 任意连接一次绕组一端，测量未连接两端的电压。 （3）判断依据： 若，则相连端和为异名端，未连端和为同名端； 若，则相连端和为同名端。 （4）注意：可根据楞次定律结合绕组绕向分析，需确保测量安全。 图8 电压表判断变压器绕组的极性 2.灵敏电流计法（直流法）： （1）原理：利用开关通断瞬间绕组感应电动势的方向，通过电流计指针偏转判断同名端。 （2）独立接法（图9-a）：一次绕组接直流电源（如电池）和开关，二次绕组接灵敏电流计。 闭合开关瞬间，观察指针偏转：指针右偏，二次绕组电流从“+”流入，表明一次绕组通电端U1与二次绕组“+”端u1为同名端； 指针左偏，二次绕组电流从“-”流入，表明一次绕组通电端与二次绕组“-”端为同名端。 （3）串联接法（图9-b）：两绕组串联，测试两次（调换连接点）。 电流计读数较大时，连接点为异名端；读数较小（或为零）时，连接点为同名端。 （4）替代工具：可用直流电流表或电压表（注意指针偏转方向与零点位置）。 （5）注意：高压绕组接电源以减小电流，低压绕组接电表以减少冲击。 图9 电压表判断变压器绕组的极性 二、三相变压器绕组极性的判别： 1.极性与首末端的重要性： （1）三相变压器有六个绕组（三相一次、三相二次），需确定同一相一次/二次绕组的极性（同名端）及三相绕组的首末端，如图10所示。 （2）错误连接的危害：若某相绕组接反，磁通抵消导致空载阻抗减小，通电后可能因大电流烧坏变压器。 图10 三相变压器绕组的极性 2.绕向测定法（直流法）： （1）首—首/末—末接法（图11-a）： 连接两相绕组的一端，在U2和V2间加低压直流电压。 观察第三相绕组的感应电动势（电压表读数）：若读数为零（在铁心中闭合，无感应电动势），表明U1与V1同为首端或末端。 （2）首—末接法（图11-b）：若连接U1和 V2 ，加电压后 有感应电动势（读数不为零），表明 U1 与V2为异名端（一为首端，一为末端）。 （3）重复验证：更换相别，重复上述步骤，确定所有绕组的首末端。 （4）二次绕组判别：用同样方法测定二次绕组。 （1） 原理：基于楞次定律，通过磁通叠加或抵消判断绕组相对极性。 图11 三相变压器的绕向测定 使用电压表法判断单相变压器绕组极性时，若一次电压U1=220V，二次电压U2=110V，连接 A 和 a 后测得 B 和 b 间电压 U=110V，则（ ） A. A 和 a 为同名端 B. B 和 b 为异名端 C. A 和 a 为异名端 D. 无法判断 【答案】C 【解析】根据电压表法原理，当U=∣U1−U2∣=110V时，相连端（A 和 a）为异名端，未连端（B 和 b）为同名端。 1.灵敏电流计法中，高压绕组应接（ ） A. 电源 B. 电流计 C. 电压表 D. 负载 【答案】A 【解析】高压绕组接电源可减小电流，低压绕组接电表以保护设备。 2.下列工具中，不能用于灵敏电流计法的是（ ） A. 直流电流表 B. 交流电压表 C. 万用表直流挡 D. 灵敏电流计 【答案】B 【解析】灵敏电流计法需观察直流瞬态信号，交流电压表无法反映方向变化。 3.单相变压器两绕组同名端的特点是（ ） A. 感应电动势相位相反 B. 感应电动势相位相同 C. 电压幅值相等 D. 电流方向相反 【答案】B 【解析】同名端感应电动势相位相同，电压极性一致1。 1.串联接法测试时，电流计读数较大说明（ ） A. 连接点为同名端 B. 绕组匝数相同 C. 连接点为异名端 D. 电源电压过高 【答案】C 【解析】异名端相连时，两绕组电动势反向叠加，总电动势大，电流计读数大。 2.三相变压器极性判别需确定 ( ) A. 仅一次绕组首末端 B. 仅二次绕组首末端 C. 一次和二次绕组首末端 D. 绕组匝数 【答案】C 【解析】需确定同一相一次 / 二次绕组的极性及三相绕组的首末端。 3.开关断开瞬间，灵敏电流计指针偏转方向与闭合时相反，原因是（ ） A. 电源极性反转 B. 感应电动势方向相反 C. 绕组短路 D. 电流计损坏 【答案】B 【解析】断开瞬间磁通量减小，根据楞次定律，感应电动势方向与闭合时相反，导致电流方向反向。 · 电压表法（交流）通过电压叠加或差值判断同名端；灵敏电流计法（直流）利用开关通断瞬间指针偏转方向判断。 · 三相变压器极性判别：需确定各相绕组首末端，避免接反导致磁通抵消、烧坏设备。 · 均基于楞次定律，通过电磁感应现象分析绕组电动势方向。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$