专题十二 互感器（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

专题十二 互感器（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.重点掌握电路基本物理量（电压、电流、电阻）的关系及基尔霍夫定律的应用，理解戴维南定理等复杂电路分析方法。需熟练运用欧姆定律进行简单电路计算，并能通过实验测量验证理论结果。 2.变压器原理与特性 理解变压器的电磁感应原理、变压比与变流比关系，掌握空载与负载运行时的电压、电流变化规律。需分析变压器外特性、损耗（铁损与铜损）及效率计算，明确额定值的实际意义。 3.掌握触电危害的影响因素及保护接地、接零、漏电保护器等安全技术。需结合生活用电场景，分析常见触电事故原因，并能正确操作安全电压设备与急救措施。 4.熟练使用万用表、示波器等工具测量电路参数，完成变压器变比测试、三相负载功率测量等实验。需通过实验数据验证理论公式，培养故障排查与数据处理能力。 二、知识点梳理 电力系统中，高电压和大电流不便于直接测量，通常用特种专用的变压器把大电流变成小电流、把高电压变成低电压再进行测量。这种用途的变压器称为电流互感器和电压互感器，统称仪用变压器。 利用互感器进行测量有很多优点： (1)使带有仪表的测量电路同高压隔离，保证人身和测量仪表的安全。 (2)便于使测量仪表标准化，可使用不同的互感器来扩大仪表的量程，提高测量的准确度。 (3)可以减少测量中的能量损耗，而且方便快捷。 因此，在交流电路多种测量以及各种控制和保护电路中，大量应用了互感器。 一、电流互感器 1.电流互感器的结构及工作原理 电流互感器的结构、工作原理与普通双绕组变压器相似，也是由铁心和一次、二次绕组两个主要部分构成。其主要特点在于，电流互感器一次绕组的匝数很少，一般只有一匝到几匝。使用中，一次绕组串联在被测电路中，流过被测电流，如图3-1所示。二次绕组的匝数很多，用较细的导线绕制。根据测量的目的不同，二次绕组连接电流表或电能表的电流线圈或电流继电器。这些仪表的阻抗极小，所以二次绕组接近短路状态。与普通变压器的短路情况相似。二次绕组的电动势很小，一般只有几伏，所以铁心内的磁通也很小互感器的励磁磁通势也很小。根据变压器的变流比公式式中称为电流互感器的额定电流比。 上式表明，在电流互感器中，二次绕组的电流与电流比的乘积，等于一次绕组的电流值，即被测电流值。例如，电流表读数为3 A,电流比为40/5时，则被测电流值 2.电流互感器的型号及规格 为了减少误差，电流互感器的铁心磁感应强度一般设计为0.8～1 T(特),而且要求二次绕组所接仪表的总阻抗不得大于规定的阻抗值，电流互感器的准确度等级为0.2级、0.5级、1.0级、3.0级和10.0级。准确度是根据测量时存在的误差大小确定的。例如，0.5级的电流互感器表示在额定电流时，测量误差最大不超过±0.5%,准确度数值越小等级越高，测量误差越小，价格也越贵。 电流互感器一次绕组额定电流可设计在0~15000 A(或25000 A)之间，电流互感器的二次绕组额定电流通常采用5A。有的电流互感器具有圆环形铁心，被测线路的导线可在其圆环形铁心上绕几周，以实现不同的变流比。 电流互感器的型号由两部分组成，斜线以上部分包括符号和数字，所用符号含义见表3-1。符号后面的数字表示耐压等级，单位为kV。斜线下面部分，由两组数字组成，第一组数字表示准确度等级，第二组数字表示额定电流。例如，LQG-0.5/0.5-100,表示改进型线圈式电流互感器，耐压等级为0.5kV,准确度等级为0.5级，测量线路额定电流为100 A。电流互感器铭牌中符号的含义见表3-1。 在选择电流互感器时，必须按互感器的额定电压、二次绕组额定电流及二次绕组额定负载阻抗值适当选取。一般选取与被测电流额定值相符的电流互感器，若不符合时，应选择稍大于被测电流额定值的电流互感器。 电流互感器也可作为提供控制信号之用，用来监视电路的运行状态。 3.电流互感器使用规则 为了测量的准确和安全，在使用电流互感器时，必须注意以下三点： (1)电流互感器在运行中，二次绕组绝对不能开路。若开路，互感器即成为空载运行，流过一次绕组的线路电流，全部成为互感器的励磁电流。二次绕组此时没有电流通过，二次绕组电流的去磁作用消失，一次绕组磁动势I₁N,不变，使铁心中磁感应强度提高很多倍，磁路严重饱和，磁通的波形为平顶波，在磁通变化过程中，过零时相当快。因而在二次绕组中感应出很高的尖峰电动势，其峰值可达数千伏，会造成互感器绝缘击穿，也可能造成人身伤害，如图3-2所示。 另外，由于磁感应强度增大，铁损耗增加，铁心过热，加速绝缘物老化。在电流互感器二次绕组电路中，绝对不允许接装熔断器；当二次绕组不接电流表时，要把二次绕组短接，若要拆下运行中的电流表，必须先把互感器二次绕组短接后，才能把电流表拆下来。 (2)电流互感器的铁心和二次绕组必须同时可靠接地，最好在同一点接地，以免高压侧绝缘击穿时，损坏仪表或造成人身伤亡。 (3)二次绕组负载阻抗要小于规定的阻抗，互感器准确度等级要比所接仪表的准确度高两级。 4.便携式电流互感器(钳形电流表) 利用互感器原理制造的便携式钳形电流表如图3-3所示。它的闭合铁心可以张开，将被测载流导线钳入铁心窗口中，被测导线相当于电流互感器的一次绕组，铁心上绕二次绕组，与测量仪表相连，可直接读出被测电流的数值。其优点是测量线路电流时不必断开电路，使用方便。 使用钳形电流表时应注意使被测导线处于窗口中央，否则会增加测量误差；不知电流大小时，应将选挡开关置于大量程上，以防损坏表针；如果被测电流过小，可将被测导线在钳口内多绕几圈，然后将读数除以所绕匝数；使用时还要注意安全，保持与带电部分的安全距离，如被测导线的电压较高时，还应戴绝缘手套、穿绝缘鞋并使用绝缘垫。 二、电压互感器 1.电压互感器的结构及工作原理 电压互感器的结构及工作原理与小型双绕组降压变压器相同。图3-4所示为两种电压互感器的外形结构。 电压互感器实质是一个降压变压器，其工作原理和结构与其他变压器没有区别，也是由铁心和一次、二次绕组两个主要部分组成。它的主要特点在于：一次绕组匝数较多，并联在被测电路中，二次绕组匝数较少，接在高阻抗的测量仪表上，有很准确的变压比。根据测量的目的不同，一次绕组接被测量的高电压端，二次绕组接电压表、功率表或电能表的电压线圈，所接仪表的阻抗都很大，因此，电压互感器的二次绕组电流很小，近似于零。所以电压互感器正常运行时接近于空载运行，电压互感器的接线原理图如图3-5所示。 根据变压器原理，它的一次绕组与二次绕组的电压之比同它们的匝数成正比，即 式中K——电压互感器的变压比，也称电压互感器的变换倍率。 上式表明，可将被测的高电压变为低电压，然后用电压表来测量这个低电压，电压表上的读数乘以倍率K,就是被测量的高电压U。 2.电压互感器的型号及规格 为了减小误差，要尽量减小空载电流和一次、二次绕组的漏抗，以得到准确的电压比，电压互感器的铁心大都用性能良好的硅钢片制成，并尽量减小磁路中的气隙，铁心磁感应强度一般设计为0.6~0.8 T(特),使铁心处于不饱和状态。在绕组绕制上，也应设法尽量减小两个绕组的漏磁通。电压互感器的准确度等级可分为：0.2级、0.5级、1.0级和3.0级。 电压互感器二次绕组的额定电压规定为100V,这样规定的优点在于，与电压互感器二次绕组相连接的各种仪表和继电器，都可以统一制造，以实现标准化。在测量不同等级的高电压时，只要换上不同等级的电压互感器就行了。常用的电压互感器变比有3000 V/100 V,6000V/100V等。电压互感器有干式、油浸式、浇注绝缘式等类型，图3-6所示为油浸式电压互感器。电压互感器型号由符号和数字两部分组成。电压互感器铭牌中符号的含义见表3-2。数字部分表示高压侧额定电压，单位为kV(千伏),如JDJJ1-35即表示3 5kV,单相油浸式具有保护接地的电压互感器，其中“1”表示第一次改型设计。电压互感器铭牌如图3-7所示。 在选择电压互感器时，必须注意其额定电压与所测电路额定电压相符；二次绕组负载电流的总和不得超过二次绕组的额定电流。 3.电压互感器使用规则 在使用电压互感器时，应注意以下三点： (1)电压互感器在运行时，二次绕组绝不可短路。因为二次绕组匝数少，阻抗小，如果发生短路，短路电流将很大，足以烧坏电压互感器。使用时，低压侧电路要串联熔断器作短路保护。 (2)电压互感器的铁心和二次绕组的一端必须可靠接地。最好在同一点接地。以防止高压绕组绝缘被破坏时，铁心和二次绕组带上高压电而造成事故。 (3)电压互感器的准确度等级与其使用的额定容量有关，如JDG-0.5型电压互感器，其最大容量为200 V·A,输出不超过25 V·A时，准确度等级为0.5级；输出40 V·A以下时为1.0级；输出100 V·A以下时为3.0级。这是因为输出电流越大，电压比误差越大的缘故。为了保证所接仪表的测量准确度等级，电压互感器的准确度等级比所接仪表的准确度等级要高两级。 三、真题练讲 1.（2023年河南省统一考试）变压器空载运行时，二次侧电流为零的主要原因是（ ） A.二次侧未接负载 B.一次侧电流过小 C.铁芯磁阻过大 D.电源频率不足 答案：A 解析：空载运行时二次侧处于开路状态，无负载连接，因此无电流通路，电流自然为零。此时一次侧电流主要用于建立磁场，与二次侧状态无关。 2.（2022年山东省统一考试）某变压器变比为10，若一次侧电压为220V，则二次侧电压为（ ） A.22V B.220V C.2200V D.22000V 答案：A 解析：根据变比公式K=U1/U2，代入K=10和U1=220V，计算得U2=220/10=22V。变比直接反映电压变换比例，与负载无关。 3.（2024年河南省统一考试）变压器铁芯采用硅钢片叠压的主要目的是（ ） A.减小涡流损耗 B.提高磁导率 C.降低铜损 D.增强机械强度 答案：A 解析：硅钢片电阻率高，叠压结构可增大涡流路径电阻，有效减少涡流产生的热量损耗。虽然硅钢片也能提高磁导率，但这不是主要设计目的。 4.（2025年河北省统一考试）电力变压器的油主要作用是（ ） A.绝缘与散热 B.防锈与润滑 C.灭弧与绝缘 D.冷却与防锈 答案：A 解析：变压器油既是绝缘介质，又通过循环流动带走绕组和铁芯产生的热量。灭弧是断路器油的功能，防锈仅为次要作用。 5.（2021年河南省统一考试）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.铜损为零 答案：B 解析：效率公式η=P2/P1=P2/P2+P铁+P铜表明，当铁损与铜损相等时，总损耗最小，效率达到峰值。 四、限时练讲 1.变压器并联运行的最关键条件是（ ） A.变比相等 B.连接组别相同 C.短路阻抗相等 D.容量相同 答案：B 解析：连接组别不同会导致二次侧电压相位差，产生环流损坏设备。变比与短路阻抗差异可通过调整限制，但连接组别必须绝对一致。 2.某变压器一次绕组匝数为1000，二次绕组为200，若一次侧电流为1A，则二次侧电流为（ ） A.0.2A B.1A C.5A D.10A 答案：C 解析：根据电流比公式I1/I2=N2/N1，代入数据得I2=1000/200×1=5A。电流与匝数成反比，与负载大小无关。 3.自耦变压器的主要特点是（ ） A.绕组间有电气连接 B.变比固定不可调 C.只能降压不能升压 D.效率低于普通变压器 答案：A 解析：自耦变压器的一次与二次绕组共用部分线圈，存在直接电气连接，因此变比可调且效率较高。但其安全性较低，需注意绝缘防护。 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.变比误差 答案：B 解析：短路试验时二次侧短路，一次侧施加低电压使电流达额定值，此时铁损可忽略，测得功率近似等于铜损。空载试验用于测量铁损。 5.三相变压器Y,yn0连接组中，“yn0”表示（ ） A.二次侧星形接法带中线，线电压相位差为0° B.二次侧三角形接法带中线，线电压相位差为0° C.二次侧星形接法不带中线，线电压相位差为180° D.二次侧三角形接法不带中线，线电压相位差为180° 答案：A 解析：“Y”表示一次侧星形接法，“yn”表示二次侧星形带中线，“0”表示线电压相位差为0°。连接组标号反映绕组连接方式与相位关系。 6.变压器额定容量指的是（ ） A.一次侧输入的有功功率 B.二次侧输出的视在功率 C.一次侧输入的视在功率 D.二次侧输出的有功功率 答案：B 解析：额定容量SN=U2N×I2N，表示二次侧在额定状态下输出的视在功率，是变压器的主要技术指标。 7.电压互感器使用时二次侧严禁（ ） A.开路 B.短路 C.接负载 D.接地 答案：B 解析：电压互感器二次侧短路会导致电流过大，可能烧毁设备。其二次侧应接高阻抗负载（如电压表），并确保接地以保障安全。 8.变压器油位下降可能的原因是（ ） A.油温过高 B.绕组短路 C.漏油或温度变化 D.铁芯多点接地 答案：C 解析：油位下降通常由漏油或环境温度降低导致油体积收缩引起。油温过高会使油膨胀，油位上升；绕组短路或铁芯故障可能伴随其他异常症状。 9.简述变压器的工作原理及变压比公式。 答案： 变压器基于电磁感应原理工作：一次绕组通入交流电产生交变磁场，通过铁芯耦合至二次绕组，感应出电动势。变压比公式为K=U1/U2=N1/N2，其中U1、U2为一、二次侧电压，N1、N2为匝数。变比反映电压变换比例，与负载无关。 10.说明保护接地与保护接零的区别及应用场景。 答案： 保护接地是将设备金属外壳与大地直接连接，适用于不接地电网，漏电时电流经接地体流入大地，降低外壳电压。保护接零是将外壳与零线连接，适用于中性点接地电网，漏电时电流通过零线形成短路，触发熔断器切断电源。前者用于高压设备，后者用于低压三相四线制系统。 五、学法建议 重点复习知识点： 1.重点掌握变压器变压比、变流比、效率计算等公式，结合实验数据验证理论。例如，通过空载与短路实验数据计算铁损、铜损及效率，加深对公式的理解。 2.熟练运用基尔霍夫定律、戴维南定理分析复杂电路，通过仿真软件（如Multisim）模拟电路运行，对比理论结果与实际测量值。针对变压器常见故障（如绕组短路、铁芯发热），结合教材案例学习排查方法。 3.严格按照实验步骤完成变压器变比测试、三相负载功率测量等操作，注意仪器使用规范（如万用表量程选择）。重点掌握安全用电技术，如保护接地的正确接法及触电急救流程。 4.分类练习历年真题，重点突破河南省等地区的高频考点（如变压器损耗、连接组别）。整理错题时，分析错误原因（如公式混淆、概念理解偏差），针对性强化薄弱环节。 5.将变压器原理与三相电路、异步电动机等内容结合，分析实际应用场景（如工厂供配电系统）。通过绘制系统流程图，梳理电压变换、功率传输的整体逻辑，提升综合解题能力。 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 $$