专题五 变压器的损耗和效率（课件）-河南省对口招生《电压与变压器》（第5版）(高教社）专题复习讲练测

专题五 变压器的损耗和效率 《电压与变压器》（第5版） 高教社 考纲解读 知识点梳理和重点概念复习 真题或常考题讲解 内容归纳小结 考纲解读--常见考点 1.铁损与铜损的区别：铁损含磁滞和涡流损耗，与负载无关；铜损与负载电流平方成正比，需掌握两者特性及测量方法（空载测铁损，短路测铜损）。 2.效率计算公式：重点掌握理解各参数含义及间接计算法的应用。 3.最大效率条件：当铜损等于铁损时效率最高，需掌握负载系数的计算及效率曲线趋势。 01 02 03 考纲解读--考试要求 会用效率实用公式计算不同负载下的效率，能结合负载系数和功率因数代入数据求解。 能分析效率曲线，解释时效率变化的原因，说明提高运行效率的措施。 能准确区分铁损与铜损的成因及特性，说明空载试验和短路试验分别测量哪种损耗。 多考查铁损与铜损的特性差异（如“下列属于不变损耗的是”）、最大效率条件的判断。 选择题 简答题 给定额定参数、负载电流和功率因数，计算效率或最大效率，需熟练应用公式代入数据。 实操分析题 结合效率曲线，分析不同负载下效率变化的原因，或说明如何通过负载调整提高效率。 考纲解读--易考题型 知识点梳理和重点概念复习--知识点思维导图 知识点梳理和重点概念复习 变压器是应用电磁感应原理，把输入的交流电压升高或降低为同频率的交流电压输出。在传输电能过程中，不可避免地要产生损耗，虽然很少，但有时还是不能忽略的。 一、变压器的损耗 变压器内部的损耗包括铁损和铜损两部分。 1.铁损 当变压器铁心中的磁通交变时，在铁心中要产生磁滞损耗和涡流损耗，这两项统称为铁损。在变压器空载试验中，由于空载电流I。和一次绕组电阻r,都比较小，变压器空载时，绕组电阻上损耗的能量很小，变压器的空载损耗基本上等于变压器的铁损。当电源电压一定时，铁损基本上是恒定的。因此，铁损亦称不变损耗，它与负载电流的大小和性质无关，即 知识点梳理和重点概念复习 2.铜损 变压器一次、二次绕组中都有一定的电阻，当电流流过绕组时，就要产生热量，消耗电能，这就是铜损。由于电阻上的功率损耗与电流的平方成正比，变压器的铜损取决于负载电流的大小和绕组的电阻值。 在一定负载下，变压器的铜损为 这个公式是按二次绕组的电流I₂及一次绕组的电阻r₁、二次绕组的电阻r₂来计算变压器铜损的。 一般情况下，已知变压器的负载系数β,它是在任一负载下，二次绕组的电流I₂与变压器二次绕组的额定电流I₂N的比值，即 在短路试验中，二次绕组流过额定电流IN,一次绕组流过额定电流I₁ɴ,那么这时的铜损就可以认为是变压器额定负载时的铜损，即 知识点梳理和重点概念复习 联立求解可得 说明，在某一负载下变压器的铜损等于变压器负载系数的平方与其额定铜损的乘积。 二、变压器的效率 1.变压器的效率及其实用公式 变压器在传输电能时，存在两种基本损耗：铜损和铁损。变压器输入有功功率P₁与输出有功功率P₂之差就是变压器本身的功率损耗。将变压器的输出功率P₂与输入功率P₁的比值定义为变压器的效率，用符号η表示，即 知识点梳理和重点概念复习 变压器效率高低反映了变压器运行的经济性，是运行性能的重要指标。由于变压器是一种静止的电气设备，在能量传输过程中没有机械损耗，它的效率很高。一般中小型变压器效率可达95%～98%,大型变压器效率可达99%以上。因为变压器效率很高，用直接负载法测量输出功率和输入功率来确定效率很难得到准确的结果，一般用间接法计算变压器的效率，因为 在求实际运行的变压器效率时，只要能计算出 时，效率η就容易计算了。 对于单相变压器来说 将铜损、铁损以及式和式 代人式 可得 这是一个很实用的计算公式。 知识点梳理和重点概念复习 2.变压器的效率特性曲线 对于一个实际的变压器，PF和Pca是一定的。由空载试验和短路试验都可以测出来。当负载的功率因数一定时，效率η只与负载系数β有关。 变压器的效率与负载系数β的关系，即η=f(β)曲线，称为变压器的效率曲线，如图1-25所示。它表明了变压器的效率η与负载电流I₂大小的关系。 知识点梳理和重点概念复习 从这条曲线可以看出，变压器的效率有一个最大值ηm,用数学分析的方法可以证明：当变压器的铜损Pc等于铁损Pre时，变压器的效率最高。因此，可得到变压器效率最高时的条件 即 将式 代入式 可得变压器最大效率 知识点梳理和重点概念复习 从曲线中可以看出，当β<β时，变压器的效率较低。这是因为变压器的铁损不随负载的大小而变化，输出功率较小时，铁损占的比例较大。当β>βm时，这时变压器的铜损增加较快，输出功率较大时，铜损占的比例增大，使效率又降低了。因此，要提高变压器运行时的效率，注意不应该使变压器在较低负载下运行。 一般电力变压器最大效率发生在β₀=0.5~0.6范围内。这时铁损与短路损耗(额定铜损)之比为1/4~1/3。 世界上很多国家正在致力于超导材料的研究，目前已有330kV·A单相超导绕组变压器问世，其体积比普通变压器小70%,损耗可降低50%～80%。 常考习题练习与讲解--选择题 1.变压器铁损的主要组成部分是（ ） A.绕组电阻损耗 B.磁滞损耗和涡流损耗 C.铁心机械损耗 D.漏磁损耗 答案：B 解析：铁损是变压器铁心在交变磁通作用下产生的损耗，包括磁滞损耗和涡流损耗，B正确。 常考习题练习与讲解--选择题 2.下列关于变压器铜损的说法，正确的是（ ） A.与负载电流无关 B.与绕组电阻成反比 C.随负载系数增大而增大 D.可通过空载试验测量 答案：C 解析：铜损与负载电流平方成正比，负载系数增大时，电流增大，铜损增大，C正确。 常考习题练习与讲解--选择题 3.变压器效率最高时，满足的条件是（ ） A.铁损大于铜损 B.铁损小于铜损 C.铁损等于铜损 D.与铁损、铜损无关 答案：C 解析：数学分析证明，当变压器的铜损等于铁损时，效率达到最大值，这是效率特性的关键特征，C正确。 常考习题练习与讲解--选择题 4.某变压器额定铜损为400W，铁损为100W，则效率最高时的负载系数为（ ） A.0.25 B.0.5 C.0.75 D.1.0 答案：B 解析：代入数据得0.5，B正确。 常考习题练习与讲解--选择题 5.变压器空载运行时，主要损耗是（ ） A.铜损 B.铁损 C.机械损耗 D.附加损耗 答案：B 解析：空载时二次绕组电流为零，铜损极小，主要损耗为铁损（由交变磁通产生），B正确。 常考习题练习与讲解--选择题 6.负载系数的定义是（ ） A.实际电压与额定电压的比值 B.实际功率与额定功率的比值 C.二次绕组实际电流与额定电流的比值 D.一次绕组实际电流与额定电流的比值 答案：C 解析：负载系数，即二次绕组实际电流与额定电流的比值，是反映负载大小的参数，C正确。 常考习题练习与讲解--选择题 7.当变压器负载减小时（降低），效率下降的主要原因是（ ） A.铜损增大 B.铁损占比增大 C.输出功率增大 D.输入功率增大 答案：B 解析：铁损是不变损耗，负载减小时输出功率降低，铁损在总损耗中占比上升，导致效率下降，B正确。 常考习题练习与讲解--选择题 8.下列措施中，能减小变压器铁损的是（ ） A.增大绕组导线截面积 B.采用硅钢片叠压铁心 C.减小负载电流 D.提高电源电压 答案：B 解析：硅钢片叠压可减少涡流（铁损的一部分），从而减小铁损，B正确。 常考习题练习与讲解--填空题 1.变压器的损耗包括______和______两部分。 答案：铁损；铜损 解析：变压器运行时的能量损耗主要分为铁损（铁心内的磁滞和涡流损耗）和铜损（绕组电阻的功率损耗），这是其损耗的基本组成。 常考习题练习与讲解--填空题 2.当电源电压一定时，铁损是______损耗，与负载电流______。 答案：不变；无关 解析：铁损由交变磁通产生，电压一定时磁通基本不变，故铁损恒定，称为不变损耗，与负载电流大小无关。 常考习题练习与讲解--填空题 3.变压器效率的计算公式为η=______/______×100%。 答案：输出有功功率P₂；输入有功功率P₁ 解析：效率定义为输出功率与输入功率的比值，反映电能传输的有效程度，是变压器运行经济性的指标。 常考习题练习与讲解--填空题 4.一般电力变压器最大效率发生在负载系数为______范围内，此时铁损与额定铜损的比值为______。 答案：0.5~0.6；1/4~1/3 解析：实际运行中，电力变压器的最大效率通常在0.5~0.6时出现，对应铁损与额定铜损的比值为1/4~1/3，这是其设计特性决定的。 常考习题练习与讲解--判断题 1.变压器的铜损与负载电流的平方成正比。（ ） 答案：正确 解析：铜损是绕组电阻的功率损耗，根据，其与电流平方成正比，负载电流越大，铜损越大。 常考习题练习与讲解--判断题 2.空载试验中测得的损耗就是变压器的铜损。（ ） 答案：错误 解析：空载时二次绕组电流为零，铜损极小，空载试验测得的损耗主要是铁损，而非铜损。 常考习题练习与讲解--判断题 3.变压器效率最高时，负载系数一定等于1。（ ） 答案：错误 解析：效率最高时，通常小于1（一般为0.5~0.6），并非等于1。 常考习题练习与讲解--判断题 4.铁损和铜损都会随变压器负载的增大而增大。（ ） 答案：错误 解析：铁损是不变损耗，与负载无关；铜损随负载增大而增大，两者变化特性不同。 常考习题练习与讲解--简答题 1.简述变压器铁损和铜损的区别。 答案：铁损是铁心在交变磁通下产生的磁滞和涡流损耗，与电源电压相关，电压一定时为恒定值，与负载无关；铜损是绕组电阻的功率损耗，与负载电流平方成正比，随负载增大而增大。测量方式不同，铁损通过空载试验测得，铜损通过短路试验测得。 常考习题练习与讲解--简答题 2.为什么变压器效率很高时，一般用间接法计算效率？ 答案：变压器效率通常在95%以上，直接测量输入和输出功率时，两者差值小，误差大。间接法通过测量铁损和铜损，避开直接测量的微小差值，结果更准确，故广泛采用。 常考习题练习与讲解--简答题 3.负载系数对变压器效率有何影响？ 答案：效率与呈曲线关系，存在最大值。时，铁损占比大，效率随增大而升高；时，铜损增长快，效率随增大而降低。合理控制在附近可提高运行效率。 常考习题练习与讲解--简答题 4.超导变压器相比普通变压器有哪些优势？ 答案：超导变压器采用超导绕组，电阻趋近于零，铜损大幅降低（可减少50%~80%）；无电阻发热，体积更小（比普通变压器小70%），能效更高，在电力传输中能显著节约能源，减少损耗。 课堂小结 重点复习知识点： 1.损耗分类及特性：变压器损耗分铁损和铜损。铁损含磁滞和涡流损耗，电压一定时恒定，与负载无关；铜损与负载电流平方成正比，随负载增大而增大，需通过不同试验测量。 2.效率计算与最值：最大效率出现在铜损等于铁损时，通常在0.5~0.6之间。 3.负载系数的作用：反映负载大小，直接影响铜损和效率。过低负载会使铁损占比过大，降低效率，运行中需避免长期低负载。 阅读相关教材和课堂笔记，梳理重点知识点和关键概念。制作复习提纲或思维导图，以帮助理清知识框架和内部逻辑。进行练习题和例题的练习，加深对知识的理解和应用。 感谢 观看 $$