专题四 变压器的空载试验和短路试验（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

专题四 变压器的空载试验和短路试验（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.核心概念与原理 重点掌握变压器的电磁感应原理、电压与匝数关系（U₁/U₂=n₁/n₂）及理想变压器特性。理解互感现象在能量传递中的作用，区分主磁通与漏磁通的不同影响。需熟练应用公式分析电压变换、电流关系及功率守恒。 2.结构、分类与应用 熟悉变压器的基本结构（铁芯、绕组）、分类（单相/三相、升压/降压）及典型应用场景。掌握自耦变压器、多绕组变压器的特点，理解三相变压器连接组别（如Yd11）的实际意义。 3.实验操作与数据分析 掌握“探究变压器电压与匝数关系”的实验步骤，包括器材选择、数据记录及误差分析。能根据实验现象推导结论，如通过控制变量法验证U\propto n。 4.损耗、效率与动态分析 理解铜损、铁损的产生原因及对效率的影响，掌握效率计算公式。能分析负载变化对变压器输入功率、电流的动态影响，如副线圈电阻增大时原线圈电流的变化规律。 二、知识点梳理 一台变压器在出厂之前，或在检修之后，一般都要做两项基本试验，这就是变压器的空载试验和短路试验。变压器试验的目的是检验变压器的性能是否符合有关标准和技术条件的规定，是否存在影响变压器正常运行的各种缺陷，以及测出变压器的有关数据。 一、变压器的空载试验 如图1-23所示，变压器的空载试验是变压器的基本试验之一，其目的是测定变压器的变比K、空载电流I₀、空载损耗Po和励磁阻抗Zm等。 1.测变比K 在变压器的空载试验中，将变压器的一次、二次绕组两边均接上电压表，称双电压表法测试变比。进行试验时，调节调压变压器，使一次绕组电压达到额定值U₁N,这时二次绕组的空载电压也是额定值U₂N=U2₀=E₂,由此可得该变压器的变比变压器的变比是变压器并联运行的重要参数。 2.测空载电流和空载损耗 在变压器的空载试验中，将变压器的二次绕组开路，调节调压变压器，观察电路中电压表V1,使一次绕组电压达到额定值U₁,图中电流表A所测得的电流值即为变压器的空载电流I₀。这时铁心中的主磁通也达到了变压器额定工作时的数值。由于二次绕组开路，没有电流流过，所以二次绕组没有铜损。一次绕组中的空载电流I。很小，铜损可以忽略不计。因此，变压器一次绕组的输入功率,可以认为全部是变压器的铁损。这时，铁心中的功率损耗也达到了额定工作状态下的数值。这样，电路图中功率表测得的功率,就是变压器的空载损耗即铁损,即 测量空载电流和空载损耗,可以判断铁心质量及绕组是否短路。如果铁损超过规定的数值，说明变压器质量不合格，需另行设计，重新绕制。小型变压器其空载电流应为额定电流的5%～10%,如大于10%,则损耗加大，若超过20%,说明空载电流过大，铁心可能过于饱和或可能绕组匝间短路。这两种可能都会造成变压器温升过高。小型变压器二次绕组空载电流的允许误差应小于10%。 3.测量计算励磁阻抗Zm、电阻rm和励磁电抗Xm 在变压器的空载试验中，还可以根据上述试验数据，计算出变压器的励磁阻抗或空载阻抗，它是变压器的一次绕组额定电压U₁和空载电流I。的比值，即 励磁阻抗 励磁电阻 励磁电抗 励磁阻抗是一个等效阻抗，它所表示的意义是，变压器在空载运行时，流过的空载电流I。在铁心中建立交变磁通，交变磁通在一次绕组中产生感应电动势，在铁心中引起损耗，对应交变磁通的电抗及对应铁损的等效电阻之和即为励磁阻抗。它是表征铁心磁化性能和铁心损耗的一个综合参数。 励磁电阻是表征铁心损耗的一个等效参数，励磁电抗是表征铁心磁化性能的一个等效参数。由于铁心磁路的磁化曲线是非线性的，E₁和Im之间也是非线性关系，即励磁阻抗Zm不是常值，而是随着工作点饱和程度的增加而减少。因此，可以根据所测得励磁阻抗值来确定铁心磁路的饱和程度。但是实际变压器运行时变压器工作在磁化曲线的线性段，主磁通Φ变化很小，可近似认为Zm为常值。 对于变压器空载试验，不论在变压器一次绕组还是二次绕组上施加额定电压，铁心中的主磁通及铁损相同。因此，为了方便，一般在低压侧加额定电压，让高压侧空载。这时应选用合适的测量仪表。但这时应将低压侧的阻抗值Z₂,通过阻抗变换折算成高压侧的阻抗Z₁,即 4.空载功率因数 当电压变化时，铁心饱和程度变化，因正常电力变压器空载电流很小，空载损耗即为铁损，因此功率因数 由上式可知，p₀越小，cosφ₀越低，说明铁心和绕组质量越好，因此，可通过空载试验功率因数的测量来判断铁心质量和匝数是否恰当或有无匝间短路。 二、变压器的短路试验 变压器的短路试验也称负载试验，也是变压器的基本试验之一，其目的是测出变压器的额定铜损耗、短路电压、和短路阻抗等数据，以检查绕组的质量。图1-24所示为变压器短路试验电路图。 1.测铜损 在变压器的短路试验中，将二次绕组短路，首先调节调压变压器，切记给一次绕组所加的电压从零开始逐渐升高，直到一次绕组电流达到额定值为止，这时功率表的读数就是短路试验的铜损,即上式表明，在短路试验中，二次绕组端头短接，二次绕组不对外输出功率。当一次绕组电流达到额定值时，二次绕组电流也达到额定值。这时变压器的铜损就相当于额定负载时的铜损。因为二次绕组短路，达到额定电流时所需要的电压很小，铁损可忽略不计。短路试验时的全部输入功率基本上都消耗在变压器一次、二次绕组的电阻上。因此，功率表测得的功率就是变压器额定负载时的铜损。 2.测短路电压Uk 在进行变压器短路试验时，使一次绕组电流等于额定电流值时的电压称为短路电压或阻抗电压，用U、表示。短路电压(阻抗电压)一般表示为额定电压的百分之几。如有的变压器铭牌中表示阻抗电压：4.94%。 一般中小型电力变压器，短路电压是很小的，只有额定电压的4%~10.5%,大型电力变压器为12.5%～17.5%。 3.测量计算短路阻抗Zk,短路电阻rk,短路电抗Xk 在变压器短路试验中，由电压表和电流表的读出数据即可确定以上参数，即 短路电阻 短路阻抗 短路电抗 当变压器短路时，短路阻抗即是变压器的漏阻抗，它对变压器的外特性有较大的影响。从正常运行角度看，希望变压器的短路电压(短路阻抗)小些，但对发生短路故障而言，则希望短路电压(短路阻抗)大些。设计变压器时，使漏阻抗大些，可以限制短路电流的数值。 对于变压器短路试验，多为高压侧接电源，低压侧短路进行测试。 三、真题练讲 1.（2023年河南省统一考试）变压器输入电压不变时，若副线圈负载电阻减小，原线圈输入功率将（ ） A.增大 B.减小 C.不变 D.无法确定 答案：A 解析：副线圈电阻减小，根据欧姆定律I₂=U₂/R，输出电流I₂增大。由理想变压器功率关系P₁=P₂，输入功率随输出功率增大而增大。 2.（2022年山东省统一考试）某理想变压器原副线圈匝数比为2:1，原线圈接220V交流电，副线圈接“220V 40W”灯泡，灯泡实际功率为（ ） A.10W B.20W C.40W D.80W 答案：A 解析：副线圈电压U₂=U₁•n₂/n₁=110V，灯泡电阻R==1210Ω，实际功率P=10W。 3.（2024年河南省统一考试）三相变压器采用Yd11连接组别时，副线圈线电压滞后原线圈线电压（ ） A.30° B.60° C.90° D.120° 答案：A 解析：Yd11表示副线圈线电压滞后原线圈线电压11×30°=330°，即等效滞后30°。 4.（2021年河北省统一考试）变压器空载运行时，下列说法正确的是（ ） A.输入功率等于铁损 B.输入功率等于铜损 C.输出功率等于铁损 D.输出功率等于铜损 答案：A 解析：空载时副线圈无电流，输入功率主要用于克服铁芯损耗（铁损），铜损可忽略。 5.（2025年河南省统一考试）某变压器额定容量为100kVA，效率为95%，当输出功率为80kW时，输入功率为（ ） A.84.2kW B.85.0kW C.86.3kW D.88.0kW 答案：A 解析：P输入=80/0.95≈84.2kW。 四、限时练讲 1.理想变压器原副线圈匝数比为3:1，原线圈接380V交流电，副线圈输出电压为（ ） A.127V B.220V C.380V D.1140V 答案：A 解析：U₂=380×1/3≈127V。 2.变压器带感性负载时，输出电压随负载增大而（ ） A.升高 B.降低 C.不变 D.先升后降 答案：B 解析：感性负载使副线圈电流滞后电压，漏抗压降增大，导致输出电压下降。 3.自耦变压器的主要特点是（ ） A.体积大 B.效率低 C.原副线圈有电联系 D.只能降压 答案：C 解析：自耦变压器原副线圈共用部分绕组，存在直接电连接。 4.变压器短路试验的目的是测量（ ） A.铁损 B.铜损 C.空载电流 D.变比 答案：B 解析：短路试验时副线圈短路，输入功率近似等于额定负载下的铜损。 5.某变压器原线圈输入功率为100W，副线圈输出功率为90W，其效率为（ ） A.80% B.85% C.90% D.95% 答案：C 解析：η=90/100×100%=90%。 6.变压器的外特性曲线反映的是（ ） A.输入电压与输出电压的关系 B.输出电压与负载电流的关系 C.输入功率与输出功率的关系 D.效率与负载系数的关系 答案：B 解析：外特性曲线描述变化的规律，体现电压稳定性。 7.三相变压器Dyn11连接组别中，“11”表示（ ） A.副线圈线电压滞后原线圈线电压330° B.副线圈线电压超前原线圈线电压30° C.副线圈相电压滞后原线圈相电压330° D.副线圈相电压超前原线圈相电压30° 答案：A 解析：Dyn11中数字11对应线电压相位差11×30°=330°。 8.变压器的电压调整率是指（ ） A.负载变化时输入电压的变化率 B.负载变化时输出电压的变化率 C.输入电压变化时输出电压的变化率 D.输入功率变化时输出功率的变化率 答案：B 解析：电压调整率反映负载对输出电压的影响。 9.简述变压器的工作原理及实现变压的条件。 答案：变压器基于电磁感应原理工作。原线圈通入交流电产生交变磁场，铁芯中主磁通穿过副线圈，在副线圈中感应出电动势。实现变压的条件是：①原副线圈匝数不同；②铁芯提供闭合磁路；③输入为交流电以产生交变磁通。 10.如何通过实验探究变压器原副线圈电压与匝数的关系？ 答案：①组装可拆变压器，原线圈接低压交流电源，副线圈接电压表；②保持原线圈匝数和输入电压不变，改变副线圈匝数，记录对应；③计算与的比值，验证是否相等；④多次实验取平均值，分析误差来源（如漏磁、铁芯损耗）。 五、学法建议 重点复习知识点： 1.熟记电压比公式、电流比公式及功率守恒。 2.结合实际案例（如输电线路、家用电器）理解变压器的应用，如高压输电降低损耗、隔离变压器保障安全。 3.熟练掌握“探究电压与匝数关系”的实验步骤，包括器材选择、数据记录及误差分析。 4.理解Y、D连接的特点，掌握时钟表示法（如Yd11对应相位差30°）。 5.针对效率计算、动态响应、实验设计等综合题型，通过专项练习提升逻辑思维。 通过以上方法，可系统掌握变压器的核心知识，提升解题能力与应试技巧。 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 $$