专题三 变压器的外特性和电压调整率（教案）-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

专题三 变压器的外特性和电压调整率（教案）-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 一、考纲解读 1.重点掌握电压的基本定义、变压器的构造（铁芯与绕组）及电磁感应定律的应用。理解原副线圈的匝数比与电压、电流的关系，明确理想变压器的功率守恒原则，区分实际变压器的铜损与铁损。 2.熟练运用电压比公式、电流比公式及功率关系。掌握多绕组变压器的电压分配规律，结合负载变化分析电流与功率的动态调整。 3.掌握“探究变压器电压与匝数关系”的实验步骤，包括线圈绕制、电压测量及数据处理。理解自耦变压器、互感器的工作特性及安全使用规范，能分析实际电路中变压器的外特性曲线。 4.结合生活实例（如输电线路降压）分析变压器的效率优化，能根据负载需求设计合理的匝数比。理解磁通量变化率、感应电动势的计算，解决含变压器的动态电路问题。 二、知识点梳理 对负载来讲，变压器相当于一个电源。对电源，我们所关心的是它的输出电压与负载电流大小的关系，即一般所说的外特性。为了适应不同负载的需要，对变压器的输出电压进行必要的调整，可以保证供电质量。 一、变压器的外特性 根据对变压器负载运行情况的分析，当一次绕组电压U,不变时，如果负载电流I₂增加，在二次绕组内阻抗压降也会增加，二次绕组输出的电压U₂随之下降。这种变化关系可以用变压器的外特性来描述。 当一次绕组电压U,和负载的功率因数cosφ₂一定时，二次绕组输出的电压U₂与负载电流I₂的关系，称为变压器的外特性曲线，如图所示。它可以用实验的方法测得。 在图中，当一次绕组加额定电压U₁且I₂=0时，二次绕组端电压U₂0=U₂N,即变压器二次绕组空载电压U₂₀为二次绕组额定电压U₂n。 (1)当负载为纯电阻时，cosφ₂=1,随着负载电流I₂的增大，变压器二次绕组的输出电压逐渐降低，即变压器输出电压具有下降的外特性，但下降得并不多。 (2)当负载为电感性时，cosφ₂<1,随着负载电流I₂的增大，变压器二次绕组的输出电压下降较快。这是因为无功电流滞后，对变压器磁路中主磁通的去磁作用较强，使二次绕组的E₂下降所致。 (3)当负载为电容性时，cosφ₂<1,φ2为负值。超前的无功电流有助磁作用，主磁通会有所增加，E₂也随之增加，使U₂会随I₂的增加而增加。 以上说明，功率因数对变压器外特性的影响是很大的，负载的功率因数确定之后，变压器的外特性曲线也就随之确定了。 二、变压器的电压调整率 一般情况下，当负载波动时，变压器的输出电压也是波动的。从负载用电的角度来看，总希望电源电压尽量稳定。当负载变动时，二次绕组输出电压的变化程度可以用电压调整率来描述。变压器从空载到额定负载(I₂=I₂s)运行时，二次绕组输出电压的变化量△U与空载额定电压U₂N的百分比，称为变压器的电压调整率，用△U%表示，即式中U₂N——变压器空载时二次绕组的额定电压，单位是V(伏);U₂——变压器输出额定电流时二次绕组的输出电压，单位是V(伏)。 电压调整率表征电网电压的稳定性，是变压器的主要性能指标之一，在一定程度上反映供电的质量，它与变压器参数及负载性质有关。对于电力变压器，由于其一次、二次绕组的电阻和漏抗都很小，额定负载时，电压调整率为4%～6%。但当负载功率因数cosφ₂下降时，电压调整率会明显增大。因此，提高企业供电的功率因数，也有减小电压波动的作用。 例有一台变压器接通负载后，二次绕组的输出电压为5700 V,它的电压调整率为5.0%,求二次绕组的额定电压U₂N是多少? 解：根据 得 我国电力技术政策规定，35kV以上的电压的允许偏差为±5%;10kV以下高压供电和动力供电的允许偏差为±7%;低压照明设备的允许偏差为+5%~-10%。 三、真题练讲 1.(2023年河南省统一考试)变压器的主要作用是（ ） A.改变电压和电流 B.改变频率 C.改变相位 D.改变功率因数 答案：A 解析：变压器通过电磁感应实现电压变换，同时根据能量守恒原理，电流会随电压变化成反比。频率和相位由电源决定，变压器无法改变；功率因数与负载特性相关，非变压器直接功能。 2.(2022年广东省统一考试)电压互感器（PT）的接入方式是（ ） A.串联在电路中 B.并联在电路中 C.既可串联也可并联 D.与负载串联 答案：B 解析：电压互感器用于测量高电压，需并联在被测电路两端，以获取与原电压成比例的低电压信号。串联会导致电路断开，无法正常工作。 3.(2023年河南省统一考试)变压器空载运行时，铁芯中的损耗主要是（ ） A.铜损 B.铁损 C.机械损耗 D.附加损耗 答案：B 解析：空载时原线圈电流很小，铜损可忽略，主要损耗来自铁芯的磁滞和涡流损耗（铁损）。机械损耗和附加损耗在空载时不显著。 4.(2024年江苏省统一考试)三相变压器的连接组别为Y，d11，表示（ ） A.原边星形连接，副边三角形连接，线电压相位差30° B.原边三角形连接，副边星形连接，线电压相位差30° C.原边星形连接，副边三角形连接，线电压相位差180° D.原边三角形连接，副边星形连接，线电压相位差180° 答案：A 解析：Y表示原边星形连接，d表示副边三角形连接，数字11表示副边线电压超前原边30°（时钟法）。相位差计算需结合绕组绕向和连接方式。 5.(2023年河南省统一考试)电流互感器（CT）正常工作时，二次侧（ ） A.必须开路 B.必须短路 C.接高阻抗负载 D.接低阻抗负载 答案：D 解析：电流互感器二次侧需接低阻抗负载（如电流表），以确保测量精度。开路会导致二次侧产生高压，危及安全；短路虽允许但无实际意义。 四、限时练讲 1.变压器副边电压为90V时，若原边匝数为1000匝，副边匝数应为（ ） A.100匝 B.200匝 C.300匝 D.400匝 答案：A 解析：根据电压比公式，假设原边电压为220V，选项中无此答案，可能题目设定原边电压为90V，则N2=100。 2.变压器效率最高时，其（ ） A.铁损大于铜损 B.铁损等于铜损 C.铁损小于铜损 D.与损耗无关 答案：B 解析：当铁损等于铜损时，效率达到最大值。 3.自耦变压器的主要特点是（ ） A.原副边电气隔离 B.绕组有公共部分 C.只能升压 D.只能降压 答案：B 解析：自耦变压器的原副边绕组共用部分线圈，无电气隔离，可通过改变匝数比实现升压或降压。 4.某变压器额定容量为10kVA，额定电压为220V/110V，其额定电流为（ ） A.45.45A/90.91A B.90.91A/45.45A C.22.73A/45.45A D.45.45A/22.73A 答案：A 解析：原边额定电流为45.45A，副边额定电流为90.91A。 5.变压器带感性负载时，副边电压随负载增大而（ ） A.升高 B.降低 C.不变 D.先升后降 答案：B 解析：感性负载使变压器的漏抗压降增大，导致副边电压下降。容性负载可能使电压升高，但感性负载普遍导致电压降低。 6.电压互感器的额定二次电压通常为（ ） A.5A B.100V C.220V D.380V 答案：B 解析：电压互感器的二次侧设计为100V标准输出，便于测量和保护设备接入。 7.变压器的电压调整率是指（ ） A.空载电压与负载电压之差与空载电压的百分比 B.负载电压与空载电压之差与负载电压的百分比 C.空载电压与负载电压之差与额定电压的百分比 D.负载电压与空载电压之差与额定电压的百分比 答案：A 解析：电压调整率公式为。 8.三相变压器的额定容量是指（ ） A.一相的视在功率 B.三相的视在功率之和 C.一相的有功功率 D.三相的有功功率之和 答案：B 解析：额定容量指变压器在额定状态下的视在功率，即三相视在功率之和，单位为kVA。 9.简述变压器的工作原理。 答案：变压器利用电磁感应定律工作。原线圈接入交流电后，产生交变磁场，铁芯中磁通量周期性变化。副线圈因磁通量变化产生感应电动势，若副线圈闭合则形成电流。电压与匝数成正比，电流与匝数成反比，能量通过磁场从原线圈传递到副线圈，理想情况下输入功率等于输出功率。 10.如何提高变压器的效率？ 答案：①选择低电阻率导线绕制线圈，减少铜损；②采用硅钢片叠压铁芯，降低涡流和磁滞损耗；③合理设计匝数比，使负载接近额定功率；④优化散热结构，避免过热导致绝缘老化；⑤定期维护，检查绕组接触是否良好。 五、学法建议 重点复习知识点： 1.熟练掌握基础公式，结合例题反复练习。重点区分理想与实际变压器的差异，理解铜损、铁损的计算方法。 2.针对“探究变压器电压与匝数关系”实验，需牢记步骤：①绕制线圈时确保绝缘；②先用大量程测电压；③多次测量取平均值。能根据实验数据绘制图像，分析误差来源（如漏磁、导线电阻）。 3.掌握负载变化时电压、电流的调整规律，如副线圈电阻增大则原线圈电流减小。理解各副线圈电压独立、电流叠加的特性，能计算总输入功率。 4.整理易错题（如效率计算、实验操作细节），分析错误原因。针对薄弱环节，集中练习含变压器的复杂电路题，结合能量守恒和欧姆定律综合求解。 5.观察生活中的变压器应用（如手机充电器、变电站），分析其降压原理及效率优化措施。通过模拟设计题（如根据负载需求设计匝数比）提升知识迁移能力。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $$