《电机与应用》习题答案思考题与习题及解答1

思考题与习题一 P39 第一章 l—1 什么叫变压器?变压器的基本工作原理是什么? 答:p1变压器是一种静止电气设备,它利用电磁感应原理,将某一数值的交变电压变换为同频率的另一数值的交变电压,还可以变换交变电流、阻抗等。 变压器的基本工作原理是利用电磁感应。 1—2 在电能的输送过程中为什么都采用高电压输送? 答:p2,电能的输送过程中由,线路的阻抗一定时,电流愈大,功率损失也愈大,从P=UI,输送同功率的电能,电压越高电流越小,为了减少输电线路的功率损耗,节省导电材料,所以都采用高电压输送。 1—3 在电力系统中为什么变压器的总容量要远远大于发电设备的总装机容量? 答:p3,从发电厂到电能用户,一般要经过4~9次的升降压,而每次的升降压都要使用大于(至少等于)用电量容量的变压器,所以变压器的总容量要远远大于发电设备的总装机容量。 1—4 为什么在电力系统中要求广泛采用低损耗变压器作为输、配电变压器? 答:p3,传输电能过程的能量损耗中,变压器损耗约占60%,为了节约能源、要求电力系统中要广泛采用低损耗变压器作为输、配电变压器。 1—5 变压器的作用是什么?它可分为哪些类别? 答:p3,作用:变换交变电压、变换交变电流、变换阻抗、产生脉冲,电气隔离等。 1—6 单相变压器由哪两部分组成?各部分的作用是什么? 答:p4~5,单相变压器由铁心和绕组两部分组成。 铁心:构成变压器的磁路系统,同时又起着器身的机械骨架作用。 绕组: 是变压器的电路部分,它是变压器输入和输出电能的电气回路。 l—7 为什么工人在叠装变压器铁心时,总是设法将接缝叠得越整齐越好? 答:P4,为了减小磁路的磁阻以减小铁心损耗。 l—8 从铁心结构上看为什么用卷制铁心,其性能是否优于叠片铁心? 答:p4~5,卷制铁心的磁路的走向的磁阻最小,气隙也较小,铁心损耗也小,其性能优于叠片铁心。 1—9 如在变压器的一次绕组上加额定电压值的直流电压,将产生什么后果?为什么? 答:从,直流电f=0,,阻抗很小,电流将很大,变压器会烧毁。 1—10不用变压器来改变交流电压,而用一个滑线电阻来变压,问(1) 能否变压? (2)在实际中是否可行? 答:(1)不能升压,但可以降压。(2)在小电流的情况下,可降压,但大电流时降压电阻功率损耗很大,一般不采用,升压不可行。 1—11 额定电压220/36 V的单相变压器,如果不慎将低压端接到220 V的电源上,问将产生什么后果? 答:高压端(可看成U2)电压将有(或写成U2=U1×N2/ N1=220×220/36 =1344V,下同),比36 V高很多,将容易使绝缘击穿,变压器损坏。 1—12 某低压照明变压器U1=380 V,I1=0.263 A,N1=1010匝,N2=103匝,求二次绕组对应的输出电压U2及输出电流I2。该变压器能否给一个60w且电压相当的低压照明灯供电? 解:(U2= U1×N2/ N1=380×103/1010≈38 V,) I2= I1×N1/ N2=0.263×1010/103≈2.58 A,P=UI=380×0.263=89VA, (或60w灯的电流I’2= P/U=60/38=1.7A<2.58A) 所以,可以给60 w且电压相当的低压照明灯(功率因数=1)供电。 1—13 有一台单相照明变压器,容量为2 kV·A,电压为:380/36 v,现在低压侧接上U=36 V,P=40 w的白炽灯,使变压器在额定状态下工作,问能接多少盏?此时的I1及I2各为多少? 解:因为白炽灯的功率因数为1,所以可接2000/40=50盏,I1= P/U1=2000/380=5.27A,I2 = P/U2=2000/36=55.6A。 1—14 某晶体管扩音机的输出阻抗为250 Ω(即要求负载阻抗为250 Ω时能输出最大功率),接负载为8 Ω的扬声器,求线间变压器变比。 解: l—15 什么叫变压器的空载试验?进行空载试验的目的是什么? 答:p 18,空载试验在变压器次级开路状态下测试变压器的相应参数的试验,空载试验的目的是测定变压器在空载运行时的变压比K、空载电流IO、空载功率损耗PO和励磁阻抗Zm 等。 l—16 什么叫变压器的短路试验?进行短路试验的目的是什么? 答:p19,短路试验在变压器次级短路状态下测试变压器的相应参数的试验,短路试验的目的是测定变压器的负载功率损耗铜损Pcu、短路电压USC、和短路阻抗ZSC等。 l—17 什么叫变压器的外特性?一般希望电力变压器的外特性曲线呈什么形状? 答:p20~21,当一次绕组的电压U1和负载的功率因数cosφ2一定时,二次绕组的电压U2与负载I2的关系,称为变压器的外特性。希望电力变压器的外特性曲线比较平直,即ΔU%越小越好。 1—18 什么叫变压器的电压变化率?电力变压器的电压变化率应控制在什么范围内为好? 答:p21,二次绕组输出电压的变化值ΔU与空载电压(额定电压)U2N之比的百分值称为变压器的电压变化率,即ΔU%=[(U2N—U2)/ U2N]×%,电压变化率应控制在3%~5%为好 1—19 三相电力变压器的电压变化率△U%=5%,要求该变压器在额定负载下输出的相电压为U2=220 V,求该变压器二次绕组的额定相电压U2N。 解:220 V = U2N×(1-5%),U2N=220 /(1-5%)=220 /0.95=231.6 V, 或U2N=220 V×(1+5%)=231 ≈230V, 1—20 变压器在运行中有哪些基本损耗?它们各与什么因素有关? 答:p22,变压器在运行中基本损耗有铜损耗PCu和铁损耗PFe。 铁损耗与铁心中的磁通密度的大小、磁通交变的频率、硅钢片的质量及一次绕组所加的电源电压大小有关。 铜损耗与绕组电阻大小、负载电流大小有关。 1—21一台单相变压器SN=50 kV·A,U1=10 kV,U2=0.4 kV,不计损耗,求I1及I2。若该变压器的实际效率为98%,在U1及U2保持不变的情况下,实际的I1将比前面计算得到的数值大还是小?为什么? 解:I1=SN/UI=50/10=5A,I2=SN/U2=50/0.4=125A,若计算效率,数值将比原来的大,I’1=I1/η=5/0.98=5.1A,因为要计算效率,实际是要考虑发热损耗等,自然I1将比前面计算得到的数值大。 1—22 一台三相变压器SN=300 kV·A,Ul=10 kV,U2=0.4 kv,Y,yn联结,求I1及I2。解:, I1= =300/(1.73×10)=17.3A, =300/(1.73×0.4)=434A。 1—23 一台单相变压器SN=l0kV·A,U1=10 kV,U2=0.23 kV,当变压器在额定负载下运行时,测得低压侧电压为U2=220 V,求II、I2及电压变化率△U%。 解:由S=UI,I1=S/U1 =10/10=1A,I2=S/U2 =10/0.23=43.48A △U%=[(U2N—U2)/ U2N]×%=(0.23—0.22)/0.23=4.34% 1—24 什么叫变压器的同极性端?如何判定变压器的同极性端? 答:p23~24,当磁通交变时,两个绕组感应出的电动势电位相同的端子叫变压器的同极性端。变压器的同极性端判定方法有:1、分析法:根据绕组的绕向判定,2、实验法:1)交流法:将一二次绕组各取一个接线端连接在一起,并在一个绕组上加一个较低的交流电压,用交流电压表分别测量U1、U2和U12,如右图,如果U12= U1—U2,则1、3为同极性端,如果U12= U1+U2,则1、4为同极性端。 2)直流法:如右下图连接,当开关S合上的瞬间,如果直流毫安表正偏,则接电源正极端子与接直流毫安表正极端子为同极性端(同名端) 1—25 什么叫三相变压器的联结组?常用的联结组有哪几种? 答:p24,三相变压器高压绕组与低压绕组的联结相序、方式(星形、三角形、中性线)以及一次绕组线电压与二次绕组线电压之间的相位关系的组合叫三相变压器的联结组。常用的联结组有Y,yn;YN,d;Y,d。 [国家标准规定: 单相双绕组变压器有一个标准联结组I,i12 三相双绕组变压器有5种标准联结组:Y,yn0/Y,d11/YN,d11/Y,z11/D,z0。 z表示曲折形联结。 Y,yn0用作配电变压器,其2次侧可以引出中线作为三相四线制,可以供动力电和照明电; (高压侧<35kV,低压侧<400V(单相230V)) YN,d11用于110kV以上的高压输电线路,高压侧可以接地。 有z形的联结适用于防雷性能较高的变压器。] 1—26 什么叫变压器的并联运行?研究并联运行有什么实用意义? 答:p28,变压器并联运行是指几台三相变压器的高压绕组及低压绕组分别连接到高压电源及低压电源母线上,共同向负载供电的运行方式。 研究并联运行可以降低投资、提高变压器运行效率,保障供电的可靠性和便于扩容。1—27 变压器并联运行必须满足哪些条件? 答:p28,并联条件为: 1)变压器变比相同,即一、二次电压分别相等。 2)连接组别相同。 3)短路阻抗(短路电压)应相等。 各变压器容量比不超过三比一。 1—28 自耦变压器的结构特点是什么?自耦变压器的优点有哪些? 答:p30,自耦变压器把一二次绕组合二为一,使二次绕组成为一次绕组的一部分,一二次绕组之间除了有磁的耦合外还有电的联系。 自耦变压器可节省铜和铁的消耗量,减小变压器的体积、重量,降低制造成本,且有利于大型变压器的运输与安装。 1—29 使用自耦变压器的注意事项有哪些? 答:p32,1)一二次绕组公共端要接中性线,2)不能用作照明安全变压器或其他要求安全隔离的电源,3)外壳必须接地,4)自耦调压器接电源必须将手柄转到零位。 1—30 一台容量为2 kV·A相自耦变压器,已知U1=220 V,N1=264匝,(1)如果要使输出电压U2=200 V,应在绕组什么地方抽头?满载时的电流I1及I2各为多少?此时流过自耦变压器公共绕组中的电流I为多少?(2)如果输出电压U’2=50 V,求此时公共绕组中的电流I’为多少? 解:仿p31例1-5, (1)由U1/U2=N1/ N2得:抽头处为匝(N2= N1×U2/ U1=264×200/220=240匝,) 变压器容量SN=2KVA,设损耗可以忽略, SN= U1I1= U2I2,I1= SN/ U1=2000/220=9.09A,I2= SN/ U2=2000/200=10A, 公共绕组中的电流I= I2—I1=10-9.09=0.91A。 (2) 如果输出电压U’2=50 V,求此时公共绕组中的电流I’2=2000/50=40A,此时公共绕组中的电流I’= I’2—I1=40-9.09=30.91A。 1—31 电流互感器的作用是什么?能否在直流电路中使用?为什么? 答:p33,电流互感器的作用是将交流大电流按比例变换为小电流便于测量与控制。 交流电流互感器不能在直流电路中使用,因为设计的工作状态不同,阻抗也不同。 1—32 使用电流互感器进行测量时应注意哪些事项? 答:p33~34,1)运行中的电流互感器二次绕组不允许开路, 2)电流互感器的铁心及二次绕组的一端必须可靠接地。 3)电流互感器有一定容量,不能超过容量接入仪表。 1—33 电压互感器的作用是什么?能否在测量直流电压时使用?为什么? 答:p35,电压互感器的作用是将交流高电压按比例变换为低电压便于测量与控制。 电压互感器不能在直流电路中使用,因为电压互感器也是变压器,,直流电f=0,,阻抗很小,电流将很大,电压互感器会烧毁。 1—34 使用电压互感器进行测量时应注意哪些事项? 答:p35,1)运行中的电压互感器二次绕组不允许短路路, 2)电压互感器的铁心及二次绕组的一端必须可靠接地。 3)电压互感器有一定容量,不能超过容量接入仪表。 1—35 电焊工艺对焊接变压器提出哪些要求? 答:p36,1)电焊变压器在空载时,应有一定的空载电压,但不能太高。 2)应有陡降的外特性:在负载时,电压应随负载的增加而急剧下降。 3)短路时,短路电流不应过大,4)输出电流能在一定的范围内可调节。 1—36 电焊变压器的结构特点有哪些? 答:p36,电焊变压器的结构特点是铁心的气隙比较大,一次、二次绕组分别装在不同的铁心柱上,用磁分路法、串联可变电抗器及改变二次绕组的接法等调节焊接电流。 1—37 小功率电源变压器主要用途是什么?它可分哪些种类? 答:p37,小功率电源变压器主要用途是用作某些小功率负载的供电电源。 按工作频率分:工频电源变压器、中频电源变压器、高频电源变压器。 按铁心结构分:E型变压器、口型变压器,C型变压器、R型变压器、O型(环型)变压器等 1—38 分别说明工频、中频、高频电源变压器的结构特点。 答:p37,工频电源变压器,工作在50~60HZ,铁心一般用0.35mm或0.5mm冷轧或热轧硅钢片构成;中频电源变压器工作在400~1000HZ,铁心一般用0.2mm冷轧硅钢片构成;高频电源变压器工作在10~40kHZ,磁心用高频铁氧体制成,绕组一般用高频铜导线或薄铜箔绕制,高频电源变压器工作温度应低于70℃。 1—39 除了传统的E型及口型铁心变压器外,新型结构的小功率电源变压器还有哪几种?它们各有什么特点? 答:p38,还有C型变压器、R型变压器、O型(环型)变压器等。 C型变压器用冷轧硅钢片卷制,具有重量轻、体积小、空载损耗小、噪声低、生产效率高、质量稳定等特点(p5)。 R型变压器铁心为整体结构,即铁心由一根在下料机上切割而成的由窄到宽,再由宽到窄连续均匀过渡的晶粒取向离轧硅钢带卷制而成,磁路无气隙,磁阻小,变压器的空载损耗小、温升低,由于铁心截面为圆形,减少用铜量,使变压器体积小、重量轻、噪声低、特别适用于高密度安装的设备中。 O型(环型)变压器由晶粒取向离轧硅钢带卷或合金钢带绕制而成,也具有R型变压器的优点,只是铁心截面为矩形,需专用的绕线机绕制。 1—21一台单相变压器SN=50 kV·A,U1=10 kV,U2=0.4 kV,不计损耗,求I1及I2。若该变压器的实际效率为98%,在U1及U2保持不变的情况下,实际的I1将比前面计算得到的数值大还是小?为什么?