變壓器基本工作原理和結構

2021-04-12 07:40:07 字數 4814 閱讀 8420

(1)由於電源電壓和線圈電阻不變,所以電流i不變,銅損ri2不變.磁感應強度 b不變,因為在 lhni=中與s無關,h不變,由b-h曲線可查知mb不變;

(2)在交流勵磁的情況下,由公式mm44.444.4bsnffnfeu==≈可知,當鐵心截面積s加倍而其它條件不變,鐵心中的磁感應強度mb的大小減半;線圈電流i和銅損ri2隨b-h曲線中h的減小相應降低;

(3)由公式lblhni== ,線圈匝數n加倍,電源電壓和線圈的電阻保持不變則線圈電流i和銅損ri2不變,磁場強度h加倍,磁感應強度b大小按b-h曲線增加;

(4)在交流勵磁的情況下,由公式m44.444.4bsnffnfeum==≈可知,當線圈匝數n加倍而其它條件不變,鐵心中的磁感應強度mb的大小減半;線圈電流i和銅損ri2按b-h曲線減小;

(5)由公式mm44.444.4bsnffnfeu==≈可知,在電流頻率f減半而其它條件不變的情況下,鐵心中的磁感應強度mb的大小加倍(在鐵心不飽和的前提下);線圈電流i和銅損ri2按b-h曲線增加;

(6)由公式mm44.444.4bsnfφnfeu==≈可知,當電源電壓的大小和頻率減半而其它條件不變時,鐵心中的磁感應強度mb,線圈中的電流i和銅損ri2均保持不變.

鐵芯在變壓器中起的作用是什麼?

答:鐵芯提供磁通路徑和能量傳遞,為提高磁路的導磁係數和降低鐵芯的渦流損耗,採用表面塗有絕緣物的薄的矽鋼片來製造鐵。

直流鐵心線圈通直流來勵磁(如直流電機的勵磁線圈、電磁吸盤及各種直流電器的線圈)。因為勵磁是直流,則產生的磁通是恆定的,**圈和鐵心中不會感應出電動勢來,在一定的電壓u下,線圈電流i只與線圈的r有關,p也只與i2r有關,所以分析直流鐵心線圈比較簡單。

1-1從物理意義上說明變壓器為什麼能變壓,而不能變頻率?

答:變壓器原副繞組套在同乙個鐵芯上, 原邊接上電源後,流過激磁電流i0, 產生勵磁磁動勢f0, 在鐵芯中產生交變主磁通ф0, 其頻率與電源電壓的頻率相同, 根據電磁感應定律,原副邊因交鏈該磁通而分別產生同頻率的感應電動勢 e1和e2, 且有 , , 顯然,由於原副邊匝數不等, 即n1≠n2,原副邊的感應電動勢也就不等, 即e1≠e2, 而繞組的電壓近似等於繞組電動勢,即u1≈e1, u2≈e2,故原副邊電壓不等,即u1≠u2, 但頻率相等。

1-2 試從物理意義上分析,若減少變壓器一次側線圈匝數(二次線圈匝數不變)二次線圈的電壓將如何變化?

答:由, , 可知 , ,所以變壓器原、副兩邊每匝感應電動勢相等。又u1 e1, u2≈e2 , 因此,, 當u1 不變時,若n1減少, 則每匝電壓增大,所以將增大。

或者根據,若 n1 減小,則增大, 又,故u2增大。

1-3 變壓器一次線圈若接在直流電源上,二次線圈會有穩定直流電壓嗎?為什麼?

答:不會。因為接直流電源,穩定的直流電流在鐵心中產生恆定不變的磁通,其變化率為零,不會在繞組中產生感應電動勢。

1-4 變壓器鐵芯的作用是什麼,為什麼它要用0.35公釐厚、表面塗有絕緣漆的矽鋼片迭成?

答:變壓器的鐵心構成變壓器的磁路,同時又起著器身的骨架作用。為了鐵心損耗,採用0.35mm厚、表面塗的絕緣漆的矽鋼片迭成。

1-5變壓器有哪些主要部件,它們的主要作用是什麼?

答:鐵心: 構成變壓器的磁路,同時又起著器身的骨架作用。

繞組: 構成變壓器的電路,它是變壓器輸入和輸出電能的電氣迴路。

分接開關: 變壓器為了調壓而在高壓繞組引出分接頭,分接開關用以切換分接頭,從而實現變壓器調壓。

油箱和冷卻裝置: 油箱容納器身,盛變壓器油,兼有散熱冷卻作用。

絕緣套管: 變壓器繞組引線需借助於絕緣套管與外電路連線,使帶電的繞組引線與接地的油箱絕緣。

1-6變壓器原、副方和額定電壓的含義是什麼?

答:變壓器二次額定電壓u1n是指規定加到一次側的電壓,二次額定電壓u2n是指變壓器一次側加額定電壓,二次側空載時的端電壓。

1-7 有一台d-50/10單相變壓器,,試求變壓器原、副線圈的額定電流?

解:一次繞組的額定電流

二次繞組的額定電流

1-8 有一台ssp-125000/220三相電力變壓器,yn,d接線,,求①變壓器額定電壓和額定電流;②變壓器原、副線圈的額定電流和額定電流。

解:①.

一、二次側額定電壓

一次側額定電流(線電流)

二次側額定電流(線電流)

2 ② 由於yn,d接線

一次繞組的額定電壓 u1nф=

一次繞組的額定電流

二次繞組的額定電壓

二次繞組的額定電流i2nф=

第二章單相變壓器執行原理及特性

2-1 為什麼要把變壓器的磁通分成主磁通和漏磁通?它們之間有哪些主要區別?並指出空載和負載時激勵各磁通的磁動勢?

答:由於磁通所經路徑不同,把磁通分成主磁通和漏磁通,便於分別考慮它們各自的特性,從而把非線性問題和線性問題分別予以處理

區別:1. 在路徑上,主磁通經過鐵心磁路閉合,而漏磁通經過非鐵磁性物質磁路閉合。

2.在數量上,主磁通約佔總磁通的99%以上,而漏磁通卻不足1%。

3.在性質上,主磁通磁路飽和,φ0與i0呈非線性關係,而漏磁通磁路不飽和,φ1σ與i1呈線性關係。

4.在作用上,主磁通在二次繞組感應電動勢,接上負載就有電能輸出起傳遞能量的媒介作用,而漏磁通僅在本繞組感應電動勢,只起了漏抗壓降的作用。

空載時,有主磁通和一次繞組漏磁通,它們均由一次側磁動勢激勵。

負載時有主磁通,一次繞組漏磁通,二次繞組漏磁通。主磁通由一次繞組和二次繞組的合成磁動勢即激勵,一次繞組漏磁通由一次繞組磁動勢激勵,二次繞組漏磁通由二次繞組磁動勢激勵 .

2-2變壓器的空載電流的性質和作用如何?它與哪些因素有關?

答:作用:變壓器空載電流的絕大部分用來供勵磁,即產生主磁通,另有很小一部分用來供給變壓器鐵心損耗,前者屬無功性質,稱為空載電流的無功分量,後者屬有功性質,稱為空載電流的有功分量。

性質:由於變壓器空載電流的無功分量總是遠遠大於有功分量,故空載電流屬感性無功性質,它使電網的功率因數降低,輸送有功功率減小。

大小:由磁路歐姆定律,和磁化曲線可知,i0 的大小與主磁通φ0, 繞組匝數n及磁路磁阻有關。就變壓器來說,根據,可知,, 因此,由電源電壓u1的大小和頻率f以及繞組匝數n1來決定。

根據磁阻表示式可知,與磁路結構尺寸有關,還與導磁材料的磁導率有關。變壓器鐵芯是鐵磁材料,隨磁路飽和程度的增加而減小,因此隨磁路飽和程度的增加而增大。

綜上,變壓器空載電流的大小與電源電壓的大小和頻率,繞組匝數,鐵心尺寸及磁路的飽和程度有關。

2-3 變壓器空載執行時,是否要從電網取得功率?這些功率屬於什麼性質?起什麼作用?為什麼小負荷使用者使用大容量變壓器無論對電網和使用者均不利?

答:要從電網取得功率,供給變壓器本身功率損耗,它轉化成熱能散逸到周圍介質中。小負荷使用者使用大容量變壓器時,在經濟技術兩方面都不合理。

對電網來說,由於變壓器容量大,勵磁電流較大,而負荷小,電流負載分量小,使電網功率因數降低,輸送有功功率能力下降,對使用者來說,投資增大,空載損耗也較大,變壓器效率低。

2-4 為了得到正弦形的感應電動勢,當鐵芯飽和和不飽和時,空載電流各呈什麼波形,為什麼?

答:鐵心不飽和時,空載電流、電動勢和主磁通均成正比,若想得到正弦波電動勢,空載電流應為正弦波;鐵心飽和時,空載電流與主磁通成非線性關係(見磁化曲線),電動勢和主磁通成正比關係,若想得到正弦波電動勢,空載電流應為尖頂波。

2-5 一台220/110伏的單相變壓器,試分析當高壓側加額定電壓220伏時,空載電流i0呈什麼波形?加110伏時載電流i0呈什麼波形,若把110伏加在低壓側,i0又呈什麼波形

答:變壓器設計時,工作磁密選擇在磁化曲線的膝點(從不飽和狀態進入飽和狀態的拐點),也就是說,變壓器在額定電壓下工作時,磁路是較為飽和的。

高壓側加220v ,磁密為設計值,磁路飽和,根據磁化曲線,當磁路飽和時,勵磁電流增加的幅度比磁通大,所以空載電流呈尖頂波

高壓側加110v ,磁密小,低於設計值,磁路不飽和,根據磁化曲線,當磁路不飽和時,勵磁電流與磁通幾乎成正比,所以空載電流呈正弦波。

低壓側加110v ,與高壓側加220v相同, 磁密為設計值, 磁路飽和,空載電流呈尖頂波。

2-6 試述變壓器激磁電抗和漏抗的物理意義。它們分別對應什麼磁通,對已製成的變壓器,它們是否是常數?當電源電壓降到額定值的一半時,它們如何變化?

我們希望這兩個電抗大好還是小好,為什麼?這兩個電抗誰大誰小,為什麼?

答:勵磁電抗對應於主磁通,漏電抗對應於漏磁通,對於製成的變壓器,勵磁電抗不是常數,它隨磁路的飽和程度而變化,漏電抗在頻率一定時是常數。

電源電壓降至額定值一半時,根據可知,,於是主磁通減小,磁路飽和程度降低,磁導率μ增大,磁阻減小, 導致電感增大,勵磁電抗也增大。但是漏磁通路徑是線性磁路, 磁導率是常數,因此漏電抗不變。

由可知,勵磁電抗越大越好,從而可降低空載電流。漏電抗則要根據變壓器不同的使用場合來考慮。對於送電變壓器,為了限制短路電流和短路時的電磁力,保證裝置安全,希望漏電抗較大;對於配電變壓器,為了降低電壓變化率:

,減小電壓波動,保證供電質量,希望漏電抗較小。

勵磁電抗對應鐵心磁路,其磁導率遠遠大於漏磁路的磁導率,因此,勵磁電抗遠大於漏電抗。

2—7 變壓器空載執行時,原線圈加額定電壓,這時原線圈電阻r1很小,為什麼空載電流i0不大?如將它接在同電壓(仍為額定值)的直流電源上,會如何?

答: 因為存在感應電動勢e1, 根據電動勢方程:

可知,儘管很小,但由於勵磁阻抗很大,所以不大.如果接直流電源,由於磁通恆定不變,繞組中不感應電動勢,即,,因此電壓全部降在電阻上,即有,因為很小,所以電流很大。

2—8 一台380/220伏的單相變壓器,如不慎將380伏加在二次線圈上,會產生什麼現象?

答: 根據可知,,由於電壓增高,主磁通將增大,磁密將增大, 磁路過於飽和,根據磁化曲線的飽和特性,磁導率μ降低,磁阻增大。於是,根據磁路歐姆定律可知,產生該磁通的勵磁電流必顯著增大。

再由鐵耗可知,由於磁密增大,導致鐵耗增大,銅損耗也顯著增大,變壓器發熱嚴重, 可能損壞變壓器。

變壓器基本工作原理和結構

1 1從物理意義上說明變壓器為什麼能變壓,而不能變頻率?答 變壓器原副繞組套在同乙個鐵芯上,原邊接上電源後,流過激磁電流i0,產生勵磁磁動勢f0,在鐵芯中產生交變主磁通 0,其頻率與電源電壓的頻率相同,根據電磁感應定律,原副邊因交鏈該磁通而分別產生同頻率的感應電動勢 e1和e2,且有 顯然,由於原副...

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1 1從物理意義上說明變壓器為什麼能變壓,而不能變頻率?答 變壓器原副繞組套在同乙個鐵芯上,原邊接上電源後,流過激磁電流i0,產生勵磁磁動勢f0,在鐵芯中產生交變主磁通 0,其頻率與電源電壓的頻率相同,根據電磁感應定律,原副邊因交鏈該磁通而分別產生同頻率的感應電動勢 e1和e2,且有 顯然,由於原副...

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