专题六 变压器的损耗和效率（课件）-河北省对口升学《电机与变压器》（第5版）(高教社）专题复习讲练测

《电机与变压器》（第5版） 高教社 专题六 变压器的损耗和效率 目录 01 考纲解读 04 内容归纳小结 02 知识点梳理和重点概念复习 03 真题或常考题讲解 2 考纲解读—常见考点 03 02 01 判断给定场景下的损耗属于铁损耗（磁滞损耗、涡流损耗）还是铜损耗，明确两类损耗的产生原因。 明确铜损耗与负载电流的平方成正比，掌握额定负载下铜损耗的计算方法。 掌握铁损耗与电源频率、铁芯磁密的关系，理解 “额定电压下铁损耗基本恒定” 的原理。 考纲解读—考试要求 能结合工程实际场景（如工厂变压器轻载运行、居民区变压器昼夜负载波动大等），分析当前运行状态下效率低的原因。 能列举减小铁损耗（如采用硅钢片叠压铁芯、选用低磁滞损耗材料）和铜损耗的常见技术措施，理解措施与损耗机理的对应关系。 能准确区分变压器的铁损耗（磁滞损耗、涡流损耗）和铜损耗，清晰阐述两类损耗的产生原因（铁损耗因铁芯交变磁化产生，铜损耗因绕组电流热效应产生）。 4 考纲解读—易考题型 额定输出功率计算、效率基本公式应用，以及最高效率条件与负载系数推导。 实际计算题 效率的定义公式、“额定负载效率” 与 “最高效率” 的区别，以及轻载工况下的损耗占比特性。 判断题 区分铁损耗（磁滞、涡流）与铜损耗的本质差异，掌握两类损耗的影响因素（频率、磁密、电流）。 选择题 5 知识点梳理和重点概念复习—知识点思维导图 知识点梳理和重点概念复习 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。 变压器内部的损耗包括铁损和铜损两部分。 一、变压器的损耗 知识点梳理和重点概念复习 1.铁损PFe 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,由于空载电流和一次绕组电阻都比较小,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 PFe==常数 一、变压器的损耗 知识点梳理和重点概念复习 2.铜损Pca 变压器一次、二次绕组中都有一定的电丑,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。 一、变压器的损耗 知识点梳理和重点概念复习 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与输出有功功率之差就是变压器本身的功率损耗。将变压器的输出功率与输入功率的比值定义为变压器的效率,用符号表示,即 = 二、变压器的效率 知识点梳理和重点概念复习 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人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 二、变压器的效率 知识点梳理和重点概念复习 在求实际运行的变压器效率时,只要能计算出Δp=pFe+pca时,效率就容易计算了。对于单相变压器来说 式中 =，=，=，负载系数 可得== 二、变压器的效率 知识点梳理和重点概念复习 2.变压器的效率特性曲线 对于一个实际的变巨器PFe和PcaN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,效率只与负载系数β有关。 变压器的效率与负载系数B的关系,即=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I0大小的关系。 二、变压器的效率 知识点梳理和重点概念复习 从这条曲线可以看出,变压器的效率有一个最大值m用数学分析的方法可以证明:当变压器的铜损Pca等于铁损PFe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 二、变压器的效率 知识点梳理和重点概念复习 == 从曲线中可以看出,当β<βm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。 二、变压器的效率 知识点梳理和重点概念复习 一般电力变压器最大效率发生在=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 330 kV·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%。 二、变压器的效率 常考习题练习与讲解—选择题 答案：B 解析：铁损耗由铁芯交变磁化引发（磁滞、涡流损耗），故产生于铁芯；绕组产生的是铜损耗，油箱和绝缘材料不产生主要损耗。 1.变压器的铁损耗主要产生在（ ） A. 绕组 B. 铁芯 C. 油箱 D. 绝缘材料 17 常考习题练习与讲解—选择题 答案：B 解析：铁损耗包括磁滞损耗和涡流损耗；A、C、D 均因绕组电流热效应产生，属于铜损耗。 2.下列属于变压器铁损耗的是（ ） A. 绕组发热损耗 B. 涡流损耗 C. 导线电阻损耗 D. 接线端子损耗 18 常考习题练习与讲解—选择题 答案：A 解析：空载时绕组电流极小（空载电流），铜损耗可忽略；此时铁芯仍处于交变磁化状态，铁损耗为主。 3.变压器空载运行时，主要的损耗是（ ） A. 铁损耗 B. 铜损耗 C. 铁损耗和铜损耗相等 D. 无损耗 19 常考习题练习与讲解—选择题 答案：C 解析：铜损耗与负载电流平方成正比，电流增大，铜损耗随之增大。 4.变压器负载电流增大时，其铜损耗会（ ） A. 减小 B. 不变 C. 增大 D. 先减小后增大 20 常考习题练习与讲解—选择题 答案：C 解析：铁损耗与频率、磁密相关，与负载电流无关；负载电流影响铜损耗。 5.下列因素中，与变压器铁损耗无关的是（ ） A. 电源频率 B. 铁芯磁密 C. 负载电流 D. 一次侧电压 21 常考习题练习与讲解—选择题 答案：B 解析：磁滞损耗是铁芯磁畴在交变磁场中反复翻转，克服磁滞阻力消耗的能量；C 是涡流损耗原因，A 是铜损耗原因。 6.变压器的磁滞损耗产生的原因是（ ） A. 绕组电阻发热 B. 铁芯内磁畴反复翻转 C. 铁芯中感应涡流 D. 绝缘老化 22 常考习题练习与讲解—选择题 答案：B 解析：硅钢片叠压可切断涡流路径，减小涡流；整块铸铁会使涡流增大，铜片、铝片不适合做变压器铁芯。 7.为减小变压器的涡流损耗，铁芯通常采用（ ） A. 整块铸铁 B. 硅钢片叠压 C. 铜片 D. 铝片 23 常考习题练习与讲解—选择题 答案：C 解析：负载运行时，铁芯仍有交变磁化（铁损耗），绕组有额定电流（铜损耗），总损耗为两者之和。 8.变压器带额定负载运行时，其总损耗是（ ） A. 仅铁损耗 B. 仅铜损耗 C. 铁损耗 + 铜损耗 D. 零 24 常考习题练习与讲解—填空题 答案：铁损耗；铜损耗 解析：变压器运行时，铁芯因交变磁化产生铁损耗（磁滞、涡流损耗），绕组因电流热效应产生铜损耗，这是变压器最主要的两类损耗。 1.变压器的损耗主要分为两类，分别是______和______。 25 常考习题练习与讲解—填空题 答案：磁滞损耗；涡流损耗 解析：铁损耗由铁芯的两种物理现象引发：磁畴反复翻转产生磁滞损耗，铁芯中感应涡流产生涡流损耗，二者均与负载无关，仅取决于磁场相关参数。 2.变压器的铁损耗包括______和______，其大小与负载电流无关，仅与电源频率和铁芯磁密相关。 26 常考习题练习与讲解—填空题 答案：硅钢片 解析：硅钢片具有低磁滞特性，且叠压结构能切断涡流路径，大幅减小涡流，是制作变压器铁芯的专用材料；整块铁芯会使涡流增大，无法满足低损耗需求。 3.为减小变压器的涡流损耗，变压器铁芯通常采用______材料叠压制成。 27 常考习题练习与讲解—填空题 答案：平方；可变 解析：铜损耗遵循焦耳定律（P=I²R），与电流平方成正比；负载电流随实际负载变化，故铜损耗随负载改变，属于可变损耗。 4.变压器的铜损耗与负载电流的______成正比，因此铜损耗属于______损耗（填 “恒定” 或 “可变”）。 28 常考习题练习与讲解—判断题 答案：× 解析：铁损耗产生于铁芯，由铁芯交变磁化引发（磁滞、涡流损耗）；绕组电流热效应产生的是铜损耗，二者产生位置和机理完全不同。 1.变压器的铁损耗是由绕组电流的热效应产生的。（ ） 29 常考习题练习与讲解—判断题 答案：√ 解析：硅钢片叠压能切断铁芯中涡流的流通路径，大幅降低涡流大小，是工业上减小涡流损耗的常用且有效措施。 2.变压器的涡流损耗可以通过将铁芯制成硅钢片叠压结构来减小。（ ） 30 常考习题练习与讲解—判断题 答案：× 解析：铜损耗遵循焦耳定律（P=I²R），与负载电流的平方成正比，负载电流越大，铜损耗应越大，而非越小。 3.变压器负载电流越大，其铜损耗越小。（ ） 31 常考习题练习与讲解—判断题 答案：√ 解析：额定电压下，铁芯磁密恒定，磁滞损耗和涡流损耗的大小基本不变；铁损耗与负载无关，仅取决于电压和频率。 4.额定电压下运行的变压器，其铁损耗基本恒定，与负载大小无关。（ ） 32 常考习题练习与讲解—简答题 答案：变压器铁损耗产生于铁芯，原因是铁芯在交变磁场中发生交变磁化。其主要组成部分包括磁滞损耗和涡流损耗： 磁滞损耗：铁芯内部磁畴在交变磁场作用下反复翻转，克服磁滞阻力消耗的能量； 涡流损耗：交变磁场在铁芯中感应出涡流（闭合电流），涡流通过铁芯电阻产生的热损耗。 1.简述变压器铁损耗的产生原因及主要组成部分。 33 常考习题练习与讲解—简答题 答案：减小铁损耗的措施：①采用硅钢片叠压制成铁芯（减小涡流）；②选用低磁滞特性的优质硅钢材料（减小磁滞损耗）； 减小铜损耗的措施：①增大绕组导线的截面积（减小绕组电阻）；②采用电阻率小的导线材料（如铜导线，替代铝导线）。 2.工业上常用哪些措施减小变压器的铁损耗和铜损耗？请分别列举 1-2 种。 34 常考习题练习与讲解—简答题 答案： 空载运行时：一次侧仅通极小的空载电流（约为额定电流的 2%-5%），绕组铜损耗极小可忽略；但铁芯仍处于交变磁化状态，铁损耗正常产生，故主要损耗为铁损耗； 短路运行时：一次侧加极低的短路电压（约为额定电压的 5%-10%），铁芯磁密极低，铁损耗极小可忽略；但绕组通过额定电流，铜损耗大幅增加，故主要损耗为铜损耗。 3.为什么变压器空载运行时主要损耗是铁损耗，而短路运行时主要损耗是铜损耗？ 35 常考习题练习与讲解—简答题 答案：变压器效率的定义式为：η = (P₂ / P₁) × 100%； 各物理量含义：η 为效率（无单位，用百分数表示），P₂为变压器输出功率（有用功），P₁为变压器输入功率（总消耗功）； 单位：P₂和 P₁的单位均为千瓦（kW）或瓦特（W），计算时需保证单位统一。 4.写出变压器效率的定义式，并说明式中各物理量的含义及单位。 36 重点复习知识点： 1.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。 2.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。 3.变压器一次、二次绕组中都有一定的电丑,当电流流过绕组时,就要产生热量,消耗电能,这就是铜损。 阅读相关教材和课堂笔记，梳理重点知识点和关键概念。制作复习提纲或思维导图，以帮助理清知识框架和内部逻辑。进行练习题和例题的练习，加深对知识的理解和应用。 课堂小结 37 $