专题八 变压器绕组的极性（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

专题八 变压器绕组的极性（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.掌握单相变压器绕组极性的定义，理解同极性端的判定依据，明确其与感应电动势相位关系的关联，这是变压器连接的基础。 2.熟悉同极性端的标志方法（黑点或星号）及绕组端子符号规定，能区分不同绕向对同极性端的影响，理解组别表示法的含义。 3.学会用电压表法和灵敏电流计法判别单相变压器绕组极性，掌握操作步骤及结果分析，理解原理与楞次定律的联系。 4.了解三相变压器绕组极性的特殊性，掌握其绕向测定方法，明确绕组接反对运行的危害，重视三相绕组连接的正确性。 二、知识点梳理 变压器绕组的极性是指变压器一次、二次绕组中的感应电动势之间的相位关系。当一台单相变压器单独运行时，它的极性对于运行情况没有任何影响。一台三相变压器运行时，变压器绕组的极性问题对变压器的正常运行十分重要。 一、单相变压器绕组的极性 1.变压器绕组的极性 判断变压器绕组的极性，先从简单的单相变压器绕组开始，如图2-5所示。设U1-U2为一次绕组，u1-u2为二次绕组，它们的绕向相同。在同一交变磁通Φ作用下，两绕组中同时产生感应电动势，在任何瞬间，两绕组中同时具有相同电动势极性的端子，称为同极性端(或同名端)。也就是当一次绕组的某一端的瞬时电位为正时，二次绕组也同时有一个电位为正的对应端子，这两个对应端子就称为同极性端。同理，一次、二次绕组余下另两个端子也称为同极性端。 如图2-5中所示，当磁通Φ增大时，根据楞次定律判断一次绕组中的感应电动势是U1端为正，即为高电位端。二次绕组中的感应电动势是u1端为正。则U1和u1端彼此是同极性端。同理，U2和u2两端电位同时为负，即低电位端，彼此也是同极性端。反之，u1和U2、u2和U1彼此称为异极性端(异名端)。 2.同极性端的标志 为便于变压器的连接，对变压器的同极性端要有标志。通常在对应的同极性端加一黑点“·”或星号“*”来标明。同极性端可能在一次、二次绕组的相对应端子，也可能不在相对应的端子，这取决于一次、二次绕组的绕向是否相同。一台变压器一次、二次绕组绕向相同的，对应端子是同极性端，绕向不同的，则对应端子是异极性端，如图2-6所示。 3.绕组端子的符号标志 国家规定了绕组端子符号标志，见表2-1。 4.变压器组别表示法 当两个绕组均取上端为首端，下端为末端，且两个绕组的绕向相同时，如图2-5所示，则U1和u1两个端子为同极性端。相应的两绕组电动势E₁和E₂同相位。如果以E₁为钟表的长针，E₂为钟表的短针，则它们均指向钟面的“0”,相当于0点钟，称为组别0,标为I,I-0联结组(其中I,I表示单相变压器高、低压绕组)。 当两个绕组均取上端为首端，但两绕组绕向相反时，如图2-6所示。则U1和u2为同极性端。在这种情况下，E₁和E₂反相。以E₁为钟表的长针，指向钟面0,E₂为钟表的短针，则指向钟面6,相当于时针指向6点钟，称为组别6,标为I,I-6联结组。国家标准GB/T 1094.1—2013规定对单相变压器只采用I,I-0(I/I-12)联结组。 二、单相变压器绕组极性的判别 为了鉴别没有标记又不易看出绕向的两个绕组同名端，可采用下列方法进行判断。 1.电压表法 图2-7所示为电压表法判断变压器绕组的极性，在它的一次绕组上加适当的交流电压，二次绕组开路。工厂中常用36V照明变压器输出的36V交流电压进行测试，测试时既方便，又安全。 用万用表中的电压挡选用适当的量程分别测出一次、二次绕组的电压值U₁和U₂,并将各端子进行标记，标记上U1、U2、u1、u2,然后连接一次、二次绕组任意两个端子，如图2-7所示，连接了U2和u2两个端子。再用电压挡测量另外两个端子U1和ul之间的电压U₃,如图2-7所示U1和u1之间的虚线。如果u₃=u₁+u₂,则说明U1和u2为同极性端，U1和ul为异极性端，相连接的为异极性端。将U1U2或ulu2其中一组更换即可。读者可以根据楞次定律参照图2-6自行判断。如果连接了U2和u2两个端子，u₃=u₁-u₂,则U2和u2为同极性端，表示标记正确。读者可以根据楞次定律参照图2-5自行判断。 2.灵敏电流计法 灵敏电流计法要用一个直流电源(通常用电池即可)和一只灵敏电流计，如图2-8所示。按图2-8(a)所示独立接法接好电流计、开关和电源。当合上开关S的瞬间，一次绕组的自感电动势U1为正，观察灵敏电流计PA的指针偏转方向，确定流入电流计的电流方向，以判断二次绕组感应电动势高的是哪一端。一般灵敏电流计电流从“+”接线柱流入时，指针向右偏转，从“一”接线柱流入时，指针向左偏转。如图2-8(a)所示，指针向右偏转，表示二次绕组u1端电动势为正。则U1和u1为同极性端。如果合上开关S的瞬间，灵敏电流计指针向左偏转，表示二次绕组u2端为正，则U1和u2为同极性端。运用楞次定律同样可以通过开关断开的瞬间，灵敏电流计指针偏转方向确定绕组的极性。使用这种方法时，宜将高压绕组接电源，以便减少电流。而低压绕组接灵敏电流计，可以减少对电流计的冲击。 图2-8(b)所示串联接法，是将两绕组串联起来进行测试。测试时一定要进行两次，将串联的连接点调换一次。在两次测量中，电流计读数较大的一次，则连接点两个端子为异极性端。读数较小(或为零)的一次，则连接点两个端子为同极性端。 也可将灵敏电流计换成直流电流表或电压表(万用表中的直流电流挡或直流电压挡)。应用时需注意表头指针的偏转方向，与灵敏电流计不同的是，这几种表的刻度零点不在中间位置而在左边。 三、三相变压器绕组的极性及其判别 三相变压器共有六个绕组，其中属于同一相的一次、二次绕组的相对极性可按前面单相变压 器的规定确定，用黑点“·”或星号“*”标明。同时还要标明三相变压器三个一次绕组和三个二次绕组的首末端，如图2-9所示。 当把三相变压器一次、二次绕组连接成星形联结或三角形联结时，绕组内的感应电动势就互差120°,变压器正常运行。如果当一相绕组接反了，该相绕组产生的磁通会与另外两相绕组产生的磁通相互抵消，使得变压器空载阻抗变得很小，接入电源后会流过很大的电流而烧坏变压器。 为避免上述事故发生，要确定三相绕组的相对极性，即确定三相变压器绕组的首末端，通常也称绕向测定。具体做法是：在图2-10(a)中，若将一次绕组的U2和V2端子相连接后，在U1和V1间加电压U₁,图中i,表示瞬间电流，箭头表示瞬间电流方向，Φ表示瞬间磁通，箭头表示瞬间磁通方向。瞬间磁通φ在U、V两绕组的铁心中闭合，在W相绕组中几乎不产生感应电动势，即电压表V的读数为零，U₂=0。这表明U1、V1同为首端或末端。在图2-10(b)中，若将两绕组的U2和V1端子连接在一起，在U1和V2之间加电压U₁,则在W相绕组中产生感应电动势E₂=U₂≈U₁。这表明，U1、V1中一个为首端，一个为末端。更换一相绕组后，重复上述过程，就可以确定三相绕组的相对极性。用同样的方法、步骤也可以确定二次绕组的相对极性。读者可以依据楞次定律参照图2-10自行分析判断。 三、真题练讲 1.（2022年河南省统一考试）下列关于变压器同极性端的说法，正确的是（ ） A.仅指一次绕组中电位同时为正的端子 B.一次、二次绕组中同时为正或同时为负的对应端子 C.绕向不同的绕组，对应端子必为同极性端 D.与绕组感应电动势的相位无关 答案：B 解析：同极性端是指在同一交变磁通作用下，一次、二次绕组中同时具有相同电动势极性的端子，既包括同时为正，也包括同时为负的对应端子。绕向不同时，对应端子为异极性端，且其与感应电动势相位密切相关，故B正确。 2.（2023年河南省统一考试）单相变压器两绕组绕向相同，均以上端为首端时，其联结组为（ ） A.I,I-0 B.I,I-6 C.I/I-6 D.I/I-3 答案：A 解析：当单相变压器两绕组绕向相同，且均以上端为首端时，两绕组电动势同相位，对应钟表法的0点钟，为I,I-0联结组。国家标准规定单相变压器采用I,I-0（I/I-12）联结组，故A正确。 3.（2021年河南省统一考试）用电压表法判断变压器极性时，连接U2和u2后，测得U1与u1间电压U3=U1-U2，说明（ ） A.U1和u1是同极性端 B.U2和u2是同极性端 C.U1和u2是同极性端 D.无法判断 答案：B 解析：电压表法中，连接U2和u2后，若U3=U1-U2，说明两绕组电动势相位相反，连接的U2和u2为同极性端，此时标记正确，故B正确。 4.（2024年江苏省统一考试）灵敏电流计法判断极性时，合上开关瞬间指针向右偏转，说明（ ） A.一次绕组U1与二次绕组u2为同极性端 B.一次绕组U1与二次绕组u1为同极性端 C.一次绕组U2与二次绕组u1为同极性端 D.一次绕组U2与二次绕组u2为同极性端 答案：B 解析：灵敏电流计指针向右偏转，说明电流从“+”接线柱流入，即二次绕组u1端电动势为正，与一次绕组U1端同时为正，故U1和u1为同极性端，B正确。 5.（2025年广东省统一考试）三相变压器一相绕组接反会导致（ ） A.感应电动势增大 B.空载阻抗变大 C.绕组电流过大烧毁变压器 D.磁通相互增强 答案：C 解析：三相变压器一相绕组接反，该相磁通与另外两相磁通相互抵消，使空载阻抗变小，接入电源后会流过很大电流，导致绕组烧毁，故C正确。 四、限时练讲 1.单相变压器高压绕组首端的符号是（ ） A.U2 B.u1 C.U1 D.v1 答案：C 解析：根据表2-1，单相变压器高压绕组首端符号为U1，末端为U2，低压绕组首端为u1，故C正确。 2.国家标准规定单相变压器采用的联结组是（ ） A.I,I-6 B.I/I-12 C.I,I-3 D.I/I-9 答案：B 解析：国家标准GB/T 1094.1—2013规定，单相变压器只采用I,I-0（I/I-12）联结组，故B正确。 3.用灵敏电流计法串联测试时，电流计读数较小的一次，连接点端子为（ ） A.异极性端 B.同极性端 C.首端 D.末端 答案：B 解析：串联测试中，连接点为同极性端时，两绕组电动势相反，总电动势小，电流计读数小；异极性端时总电动势大，读数大，故B正确。 4.三相变压器星形联结时，绕组感应电动势的相位差为（ ） A.60° B.90° C.120° D.180° 答案：C 解析：三相变压器一次、二次绕组接成星形或三角形时，绕组内感应电动势互差120°，这是三相电的基本特性，故C正确。 5.下列不属于变压器同极性端标志的是（ ） A.黑点“·” B.星号“*” C.字母“N” D.以上都不是 答案：C 解析：同极性端常用黑点“·”或星号“*”标志，“N”是三相高压绕组中性点符号，故C正确。 6.电压表法测试时，若U3=U1+U2，说明连接的端子是（ ） A.同极性端 B.异极性端 C.首端与末端 D.无法确定 答案：B 解析：U3=U1+U2表明两绕组电动势相位相同，连接的端子为异极性端，此时需更换一组标记，故B正确。 7.灵敏电流计法中，宜将高压绕组接电源的原因是（ ） A.增大电流 B.减少电流 C.保护电流计 D.提高电压 答案：B 解析：高压绕组电阻较大，接电源可减少电流，低压绕组接电流计可减少冲击，故B正确。 8.三相变压器绕向测定时，U2与V2连接，U1与V1加电压，W相无感应电动势，说明（ ） A.U1与V1一为首端一为末端 B.U1与V1同为首端或同末端 C.U2与V2一为首端一为末端 D.无法判断 答案：B 解析：此时W相无感应电动势，说明U、V相磁通相互抵消，故U1与V1同为首端或同末端，B正确。 9.简述同极性端的定义。 答案：同极性端指在同一交变磁通作用下，变压器一次、二次绕组中，任何瞬间具有相同电动势极性的端子。即当一次绕组某端瞬时为正时，二次绕组对应端也瞬时为正，这两个端子为同极性端。 10.简述用电压表法判断单相变压器极性的主要步骤。 答案：首先测一次、二次绕组电压U1、U2并标记端子；然后连接一次、二次绕组任意两个端子（如U2和u2）；再测另外两个端子（U1和u1）间的电压U3。若U3=U1-U2，连接的是同极性端；若U3=U1+U2，连接的是异极性端。 五、学法建议 重点复习知识点： 1.重点理解极性本质：明确同极性端是基于感应电动势相位的对应关系，结合楞次定律分析磁通变化时绕组的电位极性，避免死记硬背。 2.掌握判别方法细节：电压表法要注意电压测量与结果分析的对应关系，灵敏电流计法需关注开关通断瞬间的指针偏转与电动势极性的关联，多动手模拟操作过程。 3.重视三相绕组特殊性：三相变压器不仅要判断各相首尾，还要注意三相间的相位关系，理解绕组接反的危害，通过绕向测定实例掌握判断步骤。 4.结合标志与组别：熟记绕组端子符号（如U1、u1等）和同极性端标志，理解联结组的钟表表示法，明确单相变压器的标准联结组规定。 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 $$