专题五 变压器的损耗和效率（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

专题五 变压器的损耗和效率（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.电压与电场基本概念 掌握电压、电位、电动势的定义及相互关系，理解匀强电场中电场强度与电压的关系公式E=U/d。重点区分电压与电动势的方向特性，结合实际电路分析电位变化规律。 2.变压器工作原理与结构 理解电磁感应定律在变压器中的应用，掌握理想变压器变压公式U₁/U₂=N₁/N₂和变流公式I₁/I₂=N₂/N₁。熟悉变压器的铁心、绕组结构及常见类型（如单相、三相变压器）。 3.变压器性能参数与应用 掌握额定容量、效率、电压调整率等参数的计算方法，理解空载与负载运行时的能量损耗（铁损、铜损）。结合实际案例分析变压器在电力传输、电子电路中的应用场景。 4.实验操作与安全规范 掌握“探究变压器原副线圈电压与匝数关系”的实验步骤，能正确使用多用电表测量交流电压，分析实验误差来源。熟悉变压器操作中的绝缘保护、防短路等安全要点。 二、知识点梳理 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 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 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 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。 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。 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 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%。 三、真题练讲 1.(2022年河南省统一考试)关于理想变压器，下列说法正确的是（ ） A.原线圈输入功率随副线圈负载增加而减小 B.副线圈电压与原线圈匝数成正比 C.原线圈电流与副线圈匝数成反比 D.铁心漏磁会导致输出功率大于输入功率 答案：C 解析：理想变压器中，原副线圈电流关系为I₁/I₂=N₂/N₁，即原线圈电流与副线圈匝数成反比，C正确。副线圈电压与原线圈匝数成反比U₁/U₂=N₁/N₂，B错误；原线圈输入功率随副线圈负载增加而增大，A错误；铁心漏磁会导致输出功率小于输入功率，D错误。 2.(2023年河南省统一考试)某变压器原线圈接220V交流电源，副线圈输出36V电压。若副线圈匝数为180匝，则原线圈匝数为（ ） A.1100匝 B.990匝 C.550匝 D.275匝 答案：A 解析：根据变压公式N₁/N₂=U₁/U₂，代入数据得N₁=(220/36)×180=1100匝，A正确。 3.(2024年河南省统一考试)下列措施中，能提高变压器效率的是（ ） A.增大铁心厚度 B.减小绕组导线截面积 C.采用硅钢片叠压铁心 D.增加副线圈负载电阻 答案：C 解析：硅钢片叠压铁心可减小涡流损耗，提高效率，C正确。增大铁心厚度或减小导线截面积会增加损耗，A、B错误；增加负载电阻会改变输出功率，但与效率无关，D错误。 4.(2021年山东省统一考试)变压器空载运行时，原线圈电流主要用于（ ） A.产生主磁通 B.克服绕组电阻 C.提供输出功率 D.平衡副线圈电流 答案：A 解析：空载时副线圈开路，原线圈电流主要为励磁电流，用于产生主磁通，A正确。绕组电阻较小，电流主要非用于克服电阻，B错误；空载时无输出功率，C错误；副线圈无电流，D错误。 5.(2025年广东省统一考试)某工厂用变压器将220V电压降至36V供机床照明。若副线圈电流为5A，则原线圈电流约为（ ） A.0.82A B.1.25A C.2.5A D.5A 答案：A 解析：理想变压器中I₁=I₂×N₂/N₁=I₂×U₂/U₁=5×36/220≈0.82A，A正确。 四、限时练讲 1.变压器铁心采用硅钢片叠压的主要目的是（ ） A.增强磁场强度 B.减小涡流损耗 C.提高机械强度 D.降低制造成本 答案：B 解析：硅钢片叠压可增大铁心电阻，减小涡流损耗，B正确。 2.某变压器原线圈匝数为400，副线圈匝数为200，若原线圈输入电压为10V，则副线圈输出电压为（ ） A.5V B.10V C.20V D.40V 答案：A 解析：根据U₂=U₁×N₂/N₁=10×200/400=5V，A正确。 3.变压器负载运行时，输出电压随负载电流增大而（ ） A.升高 B.降低 C.不变 D.先升后降 答案：B 解析：负载电流增大时，绕组电阻压降增大，输出电压降低，B正确。 4.三相变压器的“Yyn0”联结组表示（ ） A.原边星形接法，副边星形接法且中性点接地 B.原边三角形接法，副边星形接法 C.原边星形接法，副边三角形接法 D.原边三角形接法，副边三角形接法 答案：A 解析：“Yyn0”表示原边星形（Y）、副边星形（yn）且中性点接地，联结组标号为0，A正确。 5.自耦变压器的主要特点是（ ） A.原副线圈完全隔离 B.体积大、成本高 C.变比范围小 D.可调节输出电压 答案：D 解析：自耦变压器通过滑动触头改变匝数比，可调节输出电压，D正确。 6.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.励磁阻抗 答案：B 解析：短路试验时副线圈短路，原线圈加低压，主要测量绕组铜损，B正确。 7.下列设备中，利用变压器原理的是（ ） A.电动机 B.发电机 C.电焊机 D.电容器 答案：C 解析：电焊机中的电焊变压器利用变压器原理调节电流，C正确。 8.变压器效率最高时，负载系数满足（ ） A.铜损等于铁损 B.铜损大于铁损 C.铜损小于铁损 D.与铁损无关 答案：A 解析：当铜损等于铁损时，变压器效率最高，A正确。 9.简述变压器的工作原理。 答案：变压器基于电磁感应原理工作。原线圈接入交流电源后，产生交变磁通，通过铁心耦合到副线圈，在副线圈中感应出电动势。根据匝数比，实现电压变换。负载接入副线圈后，副线圈电流产生磁通，通过磁势平衡作用影响原线圈电流，实现能量传递。 10.如何提高变压器的电压调整率？ 答案：电压调整率反映负载变化时输出电压的稳定性。可通过以下方法提高：①减小绕组电阻，采用低电阻率导线；②优化铁心设计，减少漏磁通；③采用带负载调压分接开关，动态调整匝数比；④提高负载功率因数，减少无功电流引起的压降。 五、学法建议 重点复习知识点： 1.深入理解电压、电位、电动势的物理意义，区分它们在电路中的作用。 2.针对额定容量、效率、电压调整率等参数，通过例题练习公式推导和变形应用。 3.分析变压器在电力传输中的作用（如高压输电减少损耗）、电子电路中的应用（如电源适配器）。 4.掌握“探究变压器电压与匝数关系”的实验步骤，能分析实验误差（如铁心漏磁、仪表精度）。 5.将变压器知识与电磁感应、电路分析等模块结合，理解其在电气工程中的系统性作用。 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 $$