第2卷 三相变压器 山东省（春季高考）《电机与变压器》（高教版·第5版） 单元过关卷

山东省（春季高考）考纲百套卷 第2卷 三相变压器 单元过关卷《变压器与电动机》电气技术类 时间：60分钟 总分：100分 班级＿＿＿＿　姓名＿＿＿＿　学号＿＿＿＿　成绩＿＿＿＿ 一、单项选择题（本大题共20小题，每题3分，共60分） 1. 三相心式变压器与三相变压器组相比，主要优点是（ ） A. 便于拆分运输 B. 体积小、耗材少 C. 故障影响范围小 D. 磁路独立稳定性高 2. 当三相心式变压器输入对称三相电压时，其励磁电流的特点是（ ） A. 三相励磁电流完全对称 B. 三相励磁电流无规律 C. 中相励磁电流大于边相 D. 边相励磁电流大于中相 3. 三相五柱式铁心适用于大容量变压器的主要原因是（ ） A. 成本低 B. 高度低 C. 效率高 D. 维护方便 4. 三相心式变压器中，中相（B 相）磁路与边相（A、C 相）磁路的差异是（ ） A. 中相磁路更长，磁阻更大 B. 两者磁路长度和磁阻相同 C. 边相磁路更短，磁阻更小 D. 中相磁路更短，磁阻更小 5. 三相心式变压器的铁心结构包含（ ） A. 三铁心柱 + 两磁轭 B. 三铁心柱 + 三磁轭 C. 五铁心柱 + 两磁轭 D. 五铁心柱 + 三磁轭 6. 三相心式变压器铁心结构演变中，无中间柱铁心的特点是（ ） A. 磁阻增大 B. 体积减小 C. 成本增加 D. 效率降低 7. 某三相变压器 V 联结，绕组相电压V，则其线电压 Ul 为（ ） A. 220V B. 380V C. 110V D. 440V 8. 某三相变压器额定容量 =300kVA，采用 V 联结时，最大输出容量约为（ ） A. 173kVA B. 300kVA C. 250kVA D. 150kVA 9. 对称系统中，星形联结的相电压为380V时，线电压为（ ） A. 380V B. 220V C. 658V D. 760V 10. a、b和c、d分别为变压器一，二次侧的端子，当开关断开瞬间电流计指针偏转情况如图所示，则（ ） A. a与c为异名端 B. b与d为异名端 C. a与d为同名端 D. a与c为同名端 11. 三相变压器 V 联结的结构特征是（ ） A. 三相绕组末端共接 B. 三相绕组首尾成环 C. 仅两相绕组开口连接成 V 形 D. 三相绕组首端共接 12. 下列不属于V联结适用场景的是（ ） A. 三相变压器组故障检修 B. 新建线路初期负载小 C. 负载对称且稳定的场合 D. 待扩容的临时供电 13. Y，d联结中，若高压侧一相绕组接反，会导致（ ） A. 空载电流减小 B. 效率提高 C. 磁通抵消，烧毁变压器 D. 噪音降低 14. 三相变压器采用Y，d联结时，高压侧线电压与低压侧线电压的关系是（ ） A. 相等 B. 高压侧为低压侧的√3倍 C. 低压侧为高压侧的√3倍 D. 无固定关系 15. 下列联结组中，低压线电动势超前高压线电动势30°的是（ ） A. Y，d1 B. D，y3 C. Y，y6 D. Y，d11 16. 某 Y，d11 联结变压器，原边相电压 ，副边相电压，其变比 k=（ ） A. 2 B. 3.464 C. 1.154 D. 4 17. 大容量变压器通常采用的联结组是（ ） A. Y，y B. Y，d C. D，d D. D，y 18. Y，d 联结的时钟序数通常为 11，原因是（ ） A. 原边星形联结导致相位差 B. 线电压比为 11:1 C. 原副边匝数比为 11:1 D. 副边三角形联结的接线顺序使副边滞后 30° 19. 若两台变压器同时不满足 “联结组一致” 和 “电压比相等”，并联后会出现的情况是（ ） A. 仅产生一种环流，危害较小 B. 环流自动抵消，无明显危害 C. 相位差环流与电压差环流叠加，总环流更大 D. 仅负载分配不均 20. 变压器并联运行要求 “短路阻抗标幺值相等”，主要是因为标幺值不等会导致（ ） A. 副边产生空载环流 B. 负载按标幺值反比分配，标幺值小的变压器过载 C. 相位差 30° D. 电压比自动变化 二、判断题（本大题共10小题，每题2分，共20分） 21. 三相五柱式变压器的旁柱损坏后，基波磁通无法闭合，变压器将无法正常运行。（ ） 22. 三相五柱式铁心的旁轭可使铁轭中的磁感应强度降低。（ ） 23. 三相变压器极性测定时，首-末接法电压表读数接近电源电压，说明U1和V1极性相同。（ ） 24. 星形联结无中性线时，带对称三相负载不会出现中性点位移，带不对称负载则会导致相电压失衡，因此该联结必须引出中性线才能正常运行。（ ） 25. 三相变压器的Y,d11联结中，低压侧绕组的连接方式是首尾相连。（ ） 26. V联结可用于三相变压器组中任意两台变压器的连接，且二次侧电压完全对称。（ ） 27. 三相变压器Y，yn联结组的中性点必须接地。（ ） 28. 变比相等的变压器并联，二次绕组不会产生任何环流。（ ） 29. 短路阻抗标幺值小的变压器并联时更易过载，原因是其承受负载的能力更强，会分担更多负载电流。（ ） 30. 在变比、联结组别及短路阻抗角均满足并联运行条件时，两台短路电压百分数相等的变压器并联运行，其负载分配与额定容量成正比。（ ） 三、简答题（本大题共3小题，每题4分，共12分） 31. 星形连接和三角形连接在三相变压器中各有什么特点？ 32. 说明V联结的优缺点及适用场景。 33. 三相变压器的连接组别如何影响其性能？ 四、综合应用题（本大题共1小题，每题8分，共8分） 34. 为什么 Y，d 联结的时钟序数通常为 11？其抑制三次谐波的原理是什么？ 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 $ 山东省（春季高考）考纲百套卷 第2卷 三相变压器 单元过关卷《变压器与电动机》电气技术类 时间：60分钟 总分：100分 班级＿＿＿＿　姓名＿＿＿＿　学号＿＿＿＿　成绩＿＿＿＿ 一、单项选择题（本大题共20小题，每题3分，共60分） 1. 三相心式变压器与三相变压器组相比，主要优点是（ ） A. 便于拆分运输 B. 体积小、耗材少 C. 故障影响范围小 D. 磁路独立稳定性高 【答案】B 【解析】心式变压器无需三台独立铁心，结构紧凑，体积和耗材更少；A、C、D 是变压器组的优点。 2. 当三相心式变压器输入对称三相电压时，其励磁电流的特点是（ ） A. 三相励磁电流完全对称 B. 三相励磁电流无规律 C. 中相励磁电流大于边相 D. 边相励磁电流大于中相 【答案】D 【解析】边相磁路长、磁阻大，为维持磁通对称，需更大的励磁电流克服磁阻，故边相励磁电流略大于中相，A 是变压器组特点。 3. 三相五柱式铁心适用于大容量变压器的主要原因是（ ） A. 成本低 B. 高度低 C. 效率高 D. 维护方便 【答案】B 【解析】其铁轭高度大幅降低，适应安装空间和运输限制，故成为大容量变压器的优选结构。 4. 三相心式变压器中，中相（B 相）磁路与边相（A、C 相）磁路的差异是（ ） A. 中相磁路更长，磁阻更大 B. 两者磁路长度和磁阻相同 C. 边相磁路更短，磁阻更小 D. 中相磁路更短，磁阻更小 【答案】D 【解析】中相磁通可直接通过上下磁轭闭合，路径最短；边相磁通需绕过中相铁心柱，路径更长，故中相磁阻更小，A、C、D 与实际结构不符。 5. 三相心式变压器的铁心结构包含（ ） A. 三铁心柱 + 两磁轭 B. 三铁心柱 + 三磁轭 C. 五铁心柱 + 两磁轭 D. 五铁心柱 + 三磁轭 【答案】A 【解析】三相心式铁心由三个铁心柱（套三相绕组）和上、下两个磁轭组成，整体呈 “日” 字形，C、D 是五柱式结构。 6. 三相心式变压器铁心结构演变中，无中间柱铁心的特点是（ ） A. 磁阻增大 B. 体积减小 C. 成本增加 D. 效率降低 【答案】B 【解析】省去中间柱后，结构简化，体积和材料消耗减少。 7. 某三相变压器 V 联结，绕组相电压V，则其线电压 Ul 为（ ） A. 220V B. 380V C. 110V D. 440V 【答案】A 【解析】V 联结线电压等于相电压，故=220V，B 是星形联结线电压值，C、D 计算错误，不符合电压关系。 8. 某三相变压器额定容量 =300kVA，采用 V 联结时，最大输出容量约为（ ） A. 173kVA B. 300kVA C. 250kVA D. 150kVA 【答案】A 【解析】300kVA×0.577≈173kVA，A 是额定容量值，C、D 计算错误，不符合 V 联结容量限制。 9. 对称系统中，星形联结的相电压为380V时，线电压为（ ） A. 380V B. 220V C. 658V D. 760V 【答案】C 【解析】线电压=相电压×，380V×≈658V，故答案为C。 10. a、b和c、d分别为变压器一，二次侧的端子，当开关断开瞬间电流计指针偏转情况如图所示，则（ ） A. a与c为异名端 B. b与d为异名端 C. a与d为同名端 D. a与c为同名端 【答案】D 【解析】开关断开瞬间，原绕组中的电流发生突变，铁心中的磁通也随之变化，并在另一绕组中感应出瞬时电动势。根据图示电流计指针偏转方向，判断感应电流的方向，再结合电流计正负接线关系可知，a、c两端具有相同的瞬时极性，即a、c为同名端。因此选D。 11. 三相变压器 V 联结的结构特征是（ ） A. 三相绕组末端共接 B. 三相绕组首尾成环 C. 仅两相绕组开口连接成 V 形 D. 三相绕组首端共接 【答案】C 【解析】V 联结是三角形联结的简化，仅用 A、B 两相绕组，X 接 B 形成开口 V 形，A 是星形结构，B 是三角形结构，D 无对应联结。 12. 下列不属于V联结适用场景的是（ ） A. 三相变压器组故障检修 B. 新建线路初期负载小 C. 负载对称且稳定的场合 D. 待扩容的临时供电 【答案】C 【解析】V联结存在电压不对称问题，不适用于负载对称且稳定的场合，故答案为C。 13. Y，d联结中，若高压侧一相绕组接反，会导致（ ） A. 空载电流减小 B. 效率提高 C. 磁通抵消，烧毁变压器 D. 噪音降低 【答案】C 【解析】一相接反会导致磁通方向相反，空载电流剧增，可能烧毁变压器。 14. 三相变压器采用Y，d联结时，高压侧线电压与低压侧线电压的关系是（ ） A. 相等 B. 高压侧为低压侧的√3倍 C. 低压侧为高压侧的√3倍 D. 无固定关系 【答案】D 【解析】Y，d联结中线电压关系取决于具体联结组别，无统一倍数关系。 15. 下列联结组中，低压线电动势超前高压线电动势30°的是（ ） A. Y，d1 B. D，y3 C. Y，y6 D. Y，d11 【答案】D 【解析】Y,d11的低压绕组为正序接法，低压线电动势超前高压线电动势30°，对应时钟“11”点；Y,d1则滞后30°。 16. 某 Y，d11 联结变压器，原边相电压 ，副边相电压，其变比 k=（ ） A. 2 B. 3.464 C. 1.154 D. 4 【答案】A 【解析】Y，d 联结变比（变比为相电压比），B、C、D 计算错误，混淆线电压与相电压。 17. 大容量变压器通常采用的联结组是（ ） A. Y，y B. Y，d C. D，d D. D，y 【答案】B 【解析】Y，d联结高压侧绝缘要求低，低压侧导线截面积小，适合大容量场景。 18. Y，d 联结的时钟序数通常为 11，原因是（ ） A. 原边星形联结导致相位差 B. 线电压比为 11:1 C. 原副边匝数比为 11:1 D. 副边三角形联结的接线顺序使副边滞后 30° 【答案】D 【解析】序数 11 的 30° 滞后由副边三角形 “X 接 D、Y 接 C、Z 接 A” 的接线顺序决定，A、C、D 均与相位差无关，故 B 正确。 19. 若两台变压器同时不满足 “联结组一致” 和 “电压比相等”，并联后会出现的情况是（ ） A. 仅产生一种环流，危害较小 B. 环流自动抵消，无明显危害 C. 相位差环流与电压差环流叠加，总环流更大 D. 仅负载分配不均 【答案】C 【解析】联结组不同产生 “相位差环流”，电压比不等产生 “电压差环流”，两种环流方向可能相同（叠加）或相反（部分抵消），但多数情况下会叠加，导致总环流远超单一条件不满足时的环流，绕组过热更严重；A、B、D 表述错误，故 B 正确。 20. 变压器并联运行要求 “短路阻抗标幺值相等”，主要是因为标幺值不等会导致（ ） A. 副边产生空载环流 B. 负载按标幺值反比分配，标幺值小的变压器过载 C. 相位差 30° D. 电压比自动变化 【答案】B 【解析】短路阻抗标幺值 Zk反映变压器承受负载的能力，并联时负载电流按 Zk反比分配。若不等，标幺值小的变压器会分担更多电流，易超过额定值导致过载；A、C 是联结组或电压比不等的问题，D 非标幺值不等的后果，故 B 正确。 二、判断题（本大题共10小题，每题2分，共20分） 21. 三相五柱式变压器的旁柱损坏后，基波磁通无法闭合，变压器将无法正常运行。（ ） 【答案】错误 【解析】旁柱仅负责三次谐波磁通的闭合，基波磁通仍可通过 “主柱 + 磁轭” 形成正常路径；旁柱损坏仅影响谐波抑制，基波运行不受影响，变压器仍能输出基本电压，题干夸大了旁柱损坏的影响。 22. 三相五柱式铁心的旁轭可使铁轭中的磁感应强度降低。（ ） 【答案】错误 【解析】旁轭的作用是优化导磁路径，而非降低磁感应强度，其强度保持与心式一致时，尺寸可减小。 23. 三相变压器极性测定时，首-末接法电压表读数接近电源电压，说明U1和V1极性相同。（ ） 【答案】错误 【解析】读数接近电源电压表明U1和V1极性相反（一个为首端，一个为末端）。 24. 星形联结无中性线时，带对称三相负载不会出现中性点位移，带不对称负载则会导致相电压失衡，因此该联结必须引出中性线才能正常运行。（ ） 【答案】错误 【解析】星形联结无中性线时，带对称负载可正常运行（三相电流平衡，中性点无位移）；仅带不对称负载时需引出中性线平衡电流，并非 “必须引出”，题干绝对化表述错误。 25. 三相变压器的Y,d11联结中，低压侧绕组的连接方式是首尾相连。（ ） 【答案】正确 【解析】在三角形（d）联结中，绕组的首端和尾端是相互连接的。 26. V联结可用于三相变压器组中任意两台变压器的连接，且二次侧电压完全对称。（ ） 【答案】错误 【解析】V联结会导致二次侧电压略微不对称，且负载越大不对称性越严重。 27. 三相变压器Y，yn联结组的中性点必须接地。（ ） 【答案】错误 【解析】中性点是否接地取决于系统需求，非强制要求，但接地可稳定中性点电位。 28. 变比相等的变压器并联，二次绕组不会产生任何环流。（ ） 【答案】错误 【解析】变比相等但短路电压不等时，负载运行时仍会因输出电压差值产生环流。 29. 短路阻抗标幺值小的变压器并联时更易过载，原因是其承受负载的能力更强，会分担更多负载电流。（ ） 【答案】正确 【解析】短路阻抗标幺值越小，对电流的阻碍作用越弱，承受负载的能力越强，并联时分担更多电流，总负载增加时先达到额定值，出现过载，符合标幺值的物理意义，表述正确。 30. 在变比、联结组别及短路阻抗角均满足并联运行条件时，两台短路电压百分数相等的变压器并联运行，其负载分配与额定容量成正比。（ ） 【答案】正确 【解析】并联变压器的短路电压百分数相等时，各台变压器的负载系数相同，因此所分担的负载容量按各自额定容量的比例分配。 三、简答题（本大题共3小题，每题4分，共12分） 31. 星形连接和三角形连接在三相变压器中各有什么特点？ 【答案】星形连接：每相绕组承受的电压为线电压的1/√3，绝缘要求较低，适合高压侧；可引出中性点，便于接入三相四线制系统和带不对称负载，但中性点是否稳定以及三次谐波问题需采取相应措施。三角形连接：每相绕组承受线电压，适合低压、大电流侧；没有可直接引出的中性点，但闭合三角形为三次谐波电流提供了环流通路，有利于改善相电势波形；当一台单相变压器退出运行时，可组成开路三角形继续供三相负载，但可供容量通常降为完整三角形容量的约57.7%，不宜长期满负荷运行。 【解析】星形连接时，每相绕组电压为线电压的1/√3，因此在相同线电压下绕组绝缘所承受的电压较低，通常用于三相变压器的高压侧；引出中性点后，还可供三相四线制负载使用，并有利于处理不对称负载。三角形连接时，每相绕组电压等于线电压，且线电流为相电流的√3倍，适合低压、大电流运行。三角形没有自然引出的中性点，但闭合回路可以容纳三次及其零序谐波电流，从而改善电势波形。当三角形组中的一台单相变压器或一相绕组故障退出时，剩余两台可组成开路三角形维持三相供电，不过其容量约为完整三角形连接容量的57.7%，同时电压调整率和负载平衡性能会变差。 32. 说明V联结的优缺点及适用场景。 【答案】V联结优点是可利用两台变压器实现三相运行，降低初期成本或应急供电；缺点是二次电压轻微不对称，且随负载增大更明显。适用于三相变压器组故障检修、新建线路初期负载较小的场合。 【解析】V联结又称开路三角形联结，只需两台单相变压器即可实现三相供电，因此设备投资较少，也可在三相变压器组中一台故障或检修时作为应急运行方式。其主要缺点是容量利用率较低，通常只能提供完整三角形联结容量的约57.7%；在负载不平衡或负载增大时，三相端电压不对称和电压调整率差异会更加明显，运行效率和供电质量也会下降。因此，V联结适用于初期负荷较小、暂时性供电、农网或线路建设初期，以及三相变压器组故障检修期间的应急供电；不适合长期承担大容量、严重不平衡或对电能质量要求较高的负载。 33. 三相变压器的连接组别如何影响其性能？ 【答案】连接组别表示变压器各相绕组的电气连接方式，影响变压器的相位关系和电动势波形，进而影响变压器的并网运行和负载特性。 【解析】连接组别用来表示三相变压器高、低压绕组的连接方式及其线电动势之间的相位位移，通常用字母和时钟序数表示。不同连接组别会决定高、低压侧线电压之间的相位关系、是否存在中性点以及零序和三次谐波电流的通路，从而影响电压波形、负载运行特性和接地方式。多台变压器并联运行时，连接组别必须相同，否则会因相位差产生较大的环流，导致过热、损耗增加甚至无法并联运行。因此，连接组别直接影响变压器的并联运行、供电可靠性和负载适应性。 四、综合应用题（本大题共1小题，每题8分，共8分） 34. 为什么 Y，d 联结的时钟序数通常为 11？其抑制三次谐波的原理是什么？ 【答案】序数为 11 的原因：Y，d 联结的相位差由副边三角形绕组的接线顺序决定。副边三角形需按 “X 接 B、Y 接 C、Z 接 A” 的顺序串联，这种接线使副边线电压 的相位滞后原边线电压 30°，Y，d 联结的副边三角形形成闭合环，三次谐波电流可在环内流通，无需经过外部负载。流通的三次谐波电流会产生与原边谐波磁通方向相反的磁通，抵消原边的三次谐波磁通，从而抑制三次谐波，避免附加损耗和电压畸变，这是 Y，d 联结适配高压大容量场景的重要优势。 【解析】时钟序数表示低压侧线电压相对于高压侧线电压的相位位置。Y，d联结中，高压侧为星形、低压侧为三角形。由于星形侧相电动势与线电动势之间存在30°的相位关系，再加上三角形绕组的首、尾端接线顺序，通常形成低压侧线电压相对于高压侧线电压滞后30°的相位关系，对应时钟序数11。因此，Y，d联结常标为Yd11；具体相位方向仍须以绕组极性和接线标号为依据。三相变压器铁心磁化电流和磁通中可能含有三次及其倍数次谐波。三次谐波属于零序分量，在星形侧不能在线电流中自由流通，而低压三角形绕组构成闭合回路，可使三次谐波电流在三角形内部循环。该环流产生的磁动势抵消部分三次谐波磁通，从而减小相电势中的三次谐波，改善输出电压波形，降低电压畸变和附加损耗。这也是三角形绕组常用于抑制三次谐波的重要原因。 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 $