Трансформаторы

УДК 621.314.001.5

Составители: Н. Н. Новиков, канд. техн. наук
И. Е. Родионов, канд. техн. наук
В. Ф. Шутько, канд. техн. наук

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ: контрольные вопросы / Н. Н. Новиков,
И. Е. Родионов, В. Ф. Шутько. – Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ–УПИ, 2006. – 65 с.

Контрольные вопросы предназначены для студентов всех форм обучения по направлениям 140600 – Электротехника, электромеханика и электротехнологии, 140200 – Электроэнергетика.

Библиогр.: 9 назв. Рис. 73.

Подготовлены кафедрами
«Электрические машины»
и «Микропроцессорная техника»
на факультете ускоренного обучения

© ГОУ ВПО
«Уральский государственный
технический университет – УПИ», 2006

Введение

Все контрольные вопросы в зависимости от степени сложности распределены по трем группам:

Группа А — простые вопросы, правильные ответы на которые дают возможность судить лишь о минимальном, но не о достаточном уровне знаний дисциплины.

Группа Б — вопросы повышенной трудности, правильные ответы на которые дают возможность судить о достаточном знании дисциплины.

Группа В — вопросы высокой трудности, которые дают возможность судить о глубоком и полном изучении предмета.

Вопросы групп А и Б сопровождаются тремя-четырьмя вариантами ответов, один из которых правильный. При ответе на вопрос студенту недостаточно выбрать правильный ответ. Он должен убедительно обосновать этот выбор. Именно уровень теоретического обоснования выбранного ответа является решающим фактором при оценке знаний студента. При ответе на вопросы студент может также предложить и обосновать свой вариант ответа. Для облегчения ответов на некоторые вопросы повышенной сложности (группа В) в конце разделов даны пояснения, комментарии и методическая помощь, отражающие содержание данного вопроса.

Раздел 1

ТРАНСФОРМАТОРЫ

Группа A
(вопросы невысокого уровня трудности)

1. Для повышающего трансформатора справедливы следующие условия:

1) U₁ > U₂; I₁ < I₂; 2) U₁ < U₂; I₁ < I₂; 3) U₁ < U₂; I₁ > I₂.

2. Каково соотношение между линейными напряжениями при соединении обмоток по схеме Y/Δ?

1) U_п1 /U_п2 = W₁/W₂ ;

2) U_п1/U_п2 = W₁/W₂;

3) U_п1/U_п2 = W₁/ W₂.

3. Чем отличается приведённый трансформатор от неприведённого?

1) Коэффициентом трансформации.

2) Соотношением мощностей.

3) Конструкцией обмоток.

4. Какое из перечисленных допущений используется при построении электрической схемы замещения трансформатора?

1) Не учитывается насыщение в стали.

2) Не учитывается ёмкостный ток.

3) Не учитываются потери в стали.

5. В контур намагничивания схемы замещения трансформатора включается дополнительное сопротивление для учёта потерь в стали. Величина сопротивления соответствует потерям в стали, имеющим место:

1) в нормальном режиме;

2) в опыте холостого хода при номинальном напряжении;

3) в опыте короткого замыкания.

6. Между индуктивными сопротивлениями схемы замещения существует соотношение:

1) X_{σ 1} + X^′ _{σ 2} < < X_m; 2) X_{σ 1} + X^′ _{σ 2} > > X_m; 3) X_{σ 1} + X^′ _{σ 2} ≈ X_m.

7. Какое из соотношений справедливо для мощного трансформатора?

1) R₁ + R^′ ₂ < X_{σ 1} + X^′ _{σ 2}.

2) R₁ + R^′ ₂ < < X_{σ 1} + X^′ _{σ 2}.

3) R₁ + R^′ ₂ ≈ X_{σ 1} + X^′ _{σ 2}.

8. Магнитный поток взаимоиндукции трансформатора на холостом ходу зависит от:

1) магнитной проницаемости стали магнитопровода;

2) приложенного напряжения;

3) ЭДС взаимоиндукции.

9. Как изменится поток в сердечнике трансформатора на холостом ходу, если число витков первичной обмотки увеличить в два раза?

1) Увеличится в два раза.

2) Уменьшится в два раза.

3) Уменьшится в четыре раза.

10. Как изменятся потери в стали трансформатора, если число витков первичной обмотки увеличить в два раза?

1) Увеличится в два раза.

2) Уменьшится в четыре раза.

3) Уменьшится в два раза.

11. Вектор тока холостого хода трансформатора (на векторной диаграмме):

1) совпадает по фазе с вектором потока взаимоиндукции;

2) отстаёт от вектора потока взаимоиндукции на угол потерь;

3) опережает вектор потока взаимоиндукции на угол потерь.

12. Во сколько раз увеличатся потери в стали трансформатора, рассчитанного на 220 В, если его включить в сеть 380 В?

1) В 3 раза.

2) В раза.

3) Более чем в 3 раза.

13. Вектор магнитного потока взаимоиндукции трансформатора на холостом ходу (на векторной диаграмме):

1) отстаёт от вектора приложенного напряжения на 90^о;

2) опережает вектор ЭДС взаимоиндукции на угол 90^о;

3) совпадает по фазе с вектором тока.

14. Какова причина появления высших гармоник составляющих в кривой тока холостого хода трансформатора?

1) Насыщение стали магнитопровода.

2) Наличие стыков в магнитопроводе.

3) Наличие потерь в стали.

15. В каком состоянии находится магнитопровод трансформатора в опыте короткого замыкания?

1) Магнитопровод сильно насыщен.

2) Магнитопровод не насыщен.

3) Уровень насыщения магнитопровода такой же,
как и в номинальном режиме.

16. Как изменится ток первичной обмотки трансформатора при увеличении тока вторичной обмотки:

1) не изменится, 2) уменьшится, 3) увеличится?

17. Каков характер нагрузки трансформатора, если при уменьшении тока нагрузки от номинального до нуля напряжение вторичной обмотки понижается?

1) Емкостный. 2) Индуктивный. 3) Активный.

18. Каковы причины изменения напряжения на вторичной обмотке при увеличении тока нагрузки?

1) Падение напряжения на внутреннем сопротивлении трансформатора.

2) Потери в обмотках трансформатора.

3) Изменение степени насыщения магнитопровода.

19. Почему в трансформаторе коэффициент мощности первичной обмотки всегда меньше коэффициента мощности вторичной обмотки?

1) Потому что трансформатор потребляет реактивную мощность для создания магнитного потока.

2) Потому что в трансформаторе имеют место потери электрической энергии.

3) Разница объясняется различными параметрами первичной и вторичной обмоток.

20. При какой нагрузке трансформатора может существовать следующее соотношение между токами первичной и приведенной вторичной обмоток: I₁ < I₂^'?

1) Активной. 2) Активно-индуктивной. 3) Активно-емкостной.

21. Трансформатор имеет максимальный КПД при коэффициенте нагрузки β = 1. Как изменится оптимальный β _опт, если потери в меди трансформатора уменьшить в два раза?

1) β _от = . 2) β _опт = . 3) β _опт = 0.5.

22. Трансформатор имеет максимальный КПД при коэффициенте нагрузки β = 1. Как изменится оптимальный β _опт, если потери в меди трансформатора увеличить в два раза?

1) β _от = . 2) β _опт = . 3) β _опт = 0.5.

23. Каково соотношение между потерями в стали при номинальной нагрузке и в опыте короткого замыкания?

1) P_ст.ном > > P_ст.кз. 2)P_ст.ном < < P_ст.кз. 3) P_ст.ном ≈ P_ст.кз.

24. Каково соотношение между потерями в стали при номинальной нагрузке и в опыте холостого хода?

1) P_ст.ном > > P_ст.хх. 2) P_ст.ном < < P_ст.хх. 3) P_ст.ном ≈ P_ст.хх.

25. Каково соотношение между потерями в меди при номинальной нагрузке и в опыте короткого замыкания?

1) P_эл.ном > > P_эл.кз. 2) P_эл.ном < < P_эл.кз. 3) P_эл.ном ≈ P_эл.кз.

26. Укажите на рис. 1–3 трансформатор с группой соединений обмоток 9.

27. Укажите на рис. 1–3 трансформатор с группой соединений обмоток 2.

28. Трёхфазный трансформатор имеет схему соединений обмоток Y/Y. При питании первичной обмотки от синусоидального источника напряжения во вторичной обмотке появляются высшие гармонические составляющие:

1) в линейных напряжениях;

2) в фазных напряжениях;

3) в линейных и фазных напряжениях.

29. Чем ограничивается уравнительный ток двух параллельно работающих трансформаторов?

1) Суммой сопротивлений первичных обмоток.

2) Суммой сопротивлений вторичных обмоток.

3) Суммой сопротивлений короткого замыкания.

30. Два трансформатора, мощности которых равны, работают параллельно на активно-индуктивную нагрузку. Коэффициент трансформации второго трансформатора больше, чем первого. Как распределяются токи в трансформаторах?

1) I^II₁ = I^I₁; I^II₂ = I^I₂.

2) I^II₁ < I^I₁; I^II₂ < I^I₂.

3) I^II₁ > I^I₁; I^II₂ > I^I₂.

31. Где протекает уравнительный ток двух параллельно работающих трансформаторов, если у них не равны коэффициенты трансформации?

1) Во вторичной обмотке.

2) В первичной обмотке.

3) Во вторичной и первичной обмотках.

32. Что произойдёт, если на параллельную работу включить трансформаторы с различными группами соединений обмоток?

1) Уменьшится напряжение на нагрузке почти до 0.

2) Возрастут токи во вторичных обмотках.

3) Возрастут токи во вторичных и первичных обмотках.

33. Напряжение короткого замыкания первого трансформатора больше, чем второго, а номинальные мощности их равны. Как распределится ток нагрузки при включении их на параллельную работу?

1) Первый трансформатор будет нагружен больше.

2) Второй трансформатор будет нагружен больше.

3) Оба трансформатора будут нагружены одинаково.

34. Схема соединений обмоток трансформатора: Y_н / Y_н. Определить по рис. 1–3 схему замещения для токов нулевой последовательности.

35. Схема соединений обмоток трансформатора: Y_н/Y. Определить по рис. 1–3 схему замещения для токов нулевой последовательности.

36. Схема соединений обмоток трансформатора: Y_н/Δ. Определить по рис. 1–3 схему замещения для токов нулевой последовательности.

37. Между мощностями обмоток трёхобмоточного трансформатора существует соотношение:

1) S₁ > S₂ + S₃; 2) S₁ < S₂ + S₃; 3) S₁ ≈ S₂ + S₃.

38. Автотрансформатор имеет лучшие экономические показатели перед трансформатором, если:

1) коэффициент трансформации близок к единице;

2) коэффициент трансформации значительно больше единицы;

3) коэффициент трансформации значительно меньше единицы.

Группа Б
(вопросы повышенного уровня трудности)

1. Магнитопроводы трансформаторов предельной мощности предпочитают изготовлять:

1) магнитносвязанными;

2) магнитнонесвязанными;

3) как магнитносвязанными, так и магнитнонесвязанными.

2. Как изменится масса магнитопровода трансформатора, если трёхстержневую конструкцию магнитопровода (рис. 1) заменить на пространственную (рис. 2)?

1) Увеличится.

2) Уменьшится.

3) Не изменится.

3. Мощность первичной и вторичной обмоток трансформатора связаны соотношением:

1) S₁ > > S₂; 2) S₁ < < S₂; 3) S₁ ≈ S₂.

4. Насыщение магнитопровода трансформатора приводит к уменьшению:

1) сопротивления взаимоиндукции;

2) сопротивления рассеяния первичной и вторичной обмоток;

3) сопротивлений взаимоиндукции и рассеяния первичной и вторичной обмоток.

5. Как изменится ток холостого хода трансформатора, если число витков первичной обмотки увеличить в два раза (насыщением пренебречь)?

1) Увеличится в два раза.

2) Уменьшится в два раза.

3) Уменьшится в четыре раза.

6. Как изменится ток холостого хода реального трансформатора, если число витков первичной обмотки уменьшится в два раза?

1) Уменьшится в два раза.

2) Увеличится в два раза.

3) Увеличится более чем в четыре раза.

4) Уменьшится более чем в четыре раза.

7. Трансформаторы находятся в режиме холостого хода. Как изменятся потери в стали, если вторичную обмотку замкнуть накоротко?

1) Потери станут близки к нулю.

2) Потери уменьшатся примерно в два раза.

3) Потери уменьшатся примерно в четыре раза.

8. Как изменится ток холостого хода мощного трансформатора, если трансформатор включить в сеть постоянного тока на номинальное напряжение?

1) Не изменится. 2) Значительно возрастёт. 3) Немного возрастёт.

9. Как изменится угол потерь в трансформаторе, если в сердечнике трансформатора «сделать» воздушный зазор?

1) Увеличится. 2) Уменьшится. 3) Не изменится.

10. Трансформатор находится в режиме холостого хода при номинальных напряжениях и частоте. Как изменятся потери в стали, если частота приложенного напряжения возрастёт?

1) Возрастут. 2) Уменьшатся. 3) Не изменятся.

11. Какое влияние на ток холостого хода окажет удаление из трансформатора стального сердечника?

1) Ток не изменится.

2) Ток уменьшится.

3) Ток возрастёт.

12. Какое влияние на напряжение вторичной обмотки окажет удаление из трансформатора стального сердечника?

1) Напряжение не изменится.

2) Напряжение уменьшится.

3) Напряжение возрастёт.

13. Как изменится коэффициент мощности трансформатора в режиме холостого хода, если электрическую сталь магнитопровода заменить конструкционной сталью такой же толщины?

1) Увеличится. 2) Уменьшится. 3) Не изменится.

14. Как изменится угол магнитного запаздывания (угол потерь) при замене шихтованного сердечника магнитопровода, изготовленного из электротехнической стали, на шихтованный магнитопровод, изготовленный из конструкционной стали?

1) Увеличится. 2) Уменьшится. 3) Не изменится.

15. Как изменится угол магнитного запаздывания (угол потерь) трансформатора при замене шихтованного сердечника магнитопровода на массивный из того же материала?

1) Увеличится. 2) Уменьшится. 3) Не изменится.

16. При увеличении электромагнитного рассеяния (потока рассеяния) в трансформаторе ток короткого замыкания:

1) увеличится; 2) уменьшится; 3) не изменится.

17. Трансформатор работает на активную нагрузку. Как изменится коэффициент мощности первичной обмотки, если ток нагрузки уменьшится до нуля?

1) Увеличится. 2) Уменьшится. 3) Не изменится.

18. В каком случае трансформатор сильнее нагревается?

1) В опыте холостого хода при U₁ = U_1н.

2) В опыте короткого замыкания при I₁ = I_1н.

3) В номинальном режиме.

19. Нагрузка трансформатора носит индуктивный характер. Как изменится ток взаимоиндукции при увеличении тока нагрузки?

1) Увеличится. 2) Уменьшится. 3) Не изменится.

20. Нагрузка трансформатора носит индуктивный характер. Как изменится ток намагничивания трансформатора при увеличении тока нагрузки?

1) Увеличится. 2) Уменьшится. 3) Не изменится.

21. Как изменится Δ U (изменение вторичного напряжения), если в магнитопроводе трансформатора будет воздушный зазор?

1) Практически не изменится.

2) Увеличится.

3) Уменьшится.

22. Как изменится оптимальный коэффициент нагрузки, если возрастёт частота питающей трансформатор сети?

1) Увеличится. 2) Уменьшится. 3) Не изменится.

23. Первичная обмотка трансформатора соединена в схему «звезда» (Y) и подключена к синусоидальному напряжению. Как нужно соединить вторичную обмотку, чтобы в магнитном потоке не содержалось высших гармонических, кратных трем?

1) «Звезда» (Y). 2) «Треугольник» (Δ). 3) «Зигзаг» (Z).

24. Как изменится ток включения трансформатора на холостом ходу при ненасыщенной магнитной системе по сравнению с насыщенной магнитной системой?

1) Увеличится. 2) Уменьшится. 3) Не изменится.

25. При включении трансформатора, рассчитанного на 220 В, в сеть напряжением 380 В ток холостого хода возрастёт:

1) в раза; 2) в 3 раза; 3) более чем в 3 раза.

26. Трансформатор имеет схему соединения обмотки Y_н/Δ. При какой конструкции магнитопровода будет наименьшее искажение фазных ЭДС при протекании тока нулевой последовательности?

1) Трёхстержневой. 2) Групповой. 3) Броневой.

27. Два трансформатора, имеющие схему соединения обмоток Y/Yн и отличающиеся конструкцией магнитопровода (I — групповой, II — стержневой), оказываются в режиме однофазного короткого замыкания. Как соотносятся между собой (в о.е.) токи этих трансформаторов?

1) I^I_k > I^II_k. 2) I^I_k < I^II_k. 3) I^I_k = I^II_k.

28. В трёхфазном трансформаторе, имеющем схему соединения обмоток Y/Y и подключенном к сети бесконечной мощности, произошло короткое замыкание двух фаз вторичной обмотки. Как изменится напряжение на свободной фазе трансформатора?

1) Уменьшится.

2) Увеличится.

3) Задача неопределённая.

29. Оцените величину потоков, создаваемых постоянными во времени и по величине токами, протекающими по обмоткам (рис. 1–2).

U

1) Ф_I > Ф_II. 2) Ф_I < Ф_II. 3) Ф_I ≈ Ф_II.

30. При нормальной нагрузке трёхобмоточного трансформатора произошло короткое замыкание в одной из вторичных обмоток. Как изменится напряжение в другой вторичной обмотке?

1) Станет равным нулю.

2) Не изменится.

3) Станет примерно равным ½ номинального.

31. Трёхобмоточный трансформатор работает на активно-индуктивную нагрузку. В одной из вторичных обмоток нагрузка возросла. Как изменится напряжение в другой вторичной обмотке?

1) Увеличится. 2) Уменьшится. 3) Не изменится.

32. Вторичные обмотки трёхобмоточного трансформатора включены на чисто активную нагрузку. Какое значение будет иметь коэффициент мощности первичной обмотки?

1) cos(φ) < 1 (φ < 0). 2) cos(φ) = 1. 3) cos(φ) < 1 (φ > 0).

33. Между токами короткого замыкания автотрансформатора и трансформатора одинаковой мощности существует соотношение:

1) I_AT = I_T; 2) I_AT > I_T; 3) I_AT < I_T.

34. Почему при равных номинальных мощностях потери в автотрансформаторе меньше, чем в трансформаторе?

1) Потому что в автотрансформаторе меньше размеры магнитопровода.

2) Потому что часть мощности из первичной цепи во вторичную передаётся электрическим путём.

3) Потому что часть обмоток автотрансформатора наматывается тонким проводом.

Группа В
(вопросы высокого уровня трудности)

1. Определите форму вторичной ЭДС идеального однофазного трансформатора (без потерь), если его первичная обмотка подключена к несинусоидальному напряжению (прямоугольной, трапециевидной формы).

2. Как изменятся технико-экономические показатели и свойства трансформатора, рассчитанного на номинальную частоту 50 Гц, при его подключении к сети с частотой 60 Гц?

3. Как влияет конструкция магнитопровода (групповая, трёхстержневая, пространственная) на процессы в трансформаторе в условиях насыщения при схеме соединения обмоток Y/Y?

4. Изменится ли в трансформаторе магнитный поток, намагничивающий ток, потери, если в его магнитопроводе «сделать» воздушный зазор и вставить в него такой же толщины массивную ферромагнитную пластину?

5. В трёхфазном трансформаторе первичные обмотки соединены последовательно и включены в сеть на номинальное напряжение. Вторичные обмотки разомкнуты. Определить напряжение на одной из вторичных обмоток при трёхстержневом и групповом магнитопроводах.

6. При какой схеме соединений обмоток трансформатора (Y/Y или Y/Δ) возникают наибольшие искажения вторичного напряжения в несимметричных режимах?

7. В трёхфазном трансформаторе первичные обмотки соединены последовательно и включены в сеть на номинальное напряжение. Вторичные обмотки разомкнуты. Сравните ток, потребляемый трансформатором в этом режиме, с током холостого хода при трёхстержневом и групповом магнитопроводах.

8. На магнитопроводе однофазного трансформатора расположены три одинаковые обмотки. Две из них используются в качестве первичной. Влияет ли на величину выходного напряжения способ их соединения: параллельный встречный, параллельный согласный?

9. Возможна ли трансформация напряжения постоянного тока в идеальном трансформаторе без потерь?

10. Оцените влияние потерь мощности в трансформаторах на ударные токи короткого замыкания.

11. Оцените влияние конструкции магнитопровода (групповая, трёхстержневая, пространственная) на процессы в трансформаторе в условиях несимметричной нагрузки.

12. Как изменятся потери и КПД трансформатора, если медные обмотки заменить алюминиевыми того же сечения?

13. Опасно ли включать в сеть с частотой 50 Гц трансформатор, рассчитанный на номинальную частоту 60 Гц?

14. Какие показатели трансформатора изменятся, если его поместить в охлаждающую среду с большой магнитной проницаемостью?

15. Сможет ли трансформатор работать с прежней номинальной мощностью, если при ремонте выполнили обмотку с меньшим сечением провода?

16. Можно ли компенсировать уменьшение сечения магнитопровода некоторым увеличением числа витков обмоток? Если это возможно, то какие показатели и характеристики трансформатора в результате изменятся?

17. Предложите пути выполнения трансформатора с крутопадающей внешней характеристикой в целях использования его, например, для ручной дуговой сварки.

18. Предложите пути регулирования напряжения в силовых трансформаторах и тока в сварочных трансформаторах.

19. Назовите пути увеличения мощности трансформатора и дайте их обоснование.

20. Почему при проектировании трансформатора стремятся выбрать рабочую точку индукции на колене кривой намагничивания?

21. Оцените применение стали с высокой магнитной проницаемостью для производства трансформаторов.

22. Какие отличия в свойствах и характеристиках можно было бы обнаружить у трансформатора со сверхпроводящими магнитопроводом и обмотками по сравнению с реальным трансформатором?

23. Какие изменения в трансформаторе вызовет применение изоляции с более высокой нагревостойкостью?

24. К каким последствиям в работе трансформатора приведёт отклонение от номинальных значений параметров сети: величины, частоты, формы, симметрии питающего напряжения?