单选题
430、当变压器电源电压高于额定电压时,铁芯中的损耗( )。
A
减少;
B
不变;
C
增大;
D
变化很小;
答案解析
正确答案:C
解析:
本题考查变压器铁芯损耗与电源电压之间的关系。
铁芯损耗(又称铁损)主要包括磁滞损耗和涡流损耗两部分,二者均与铁芯中的主磁通幅值密切相关。
根据变压器电动势平衡方程,在忽略绕组电阻和漏抗压降的近似条件下,一次侧感应电动势E₁ ≈ U₁(电源电压)。而感应电动势的有效值满足:
E₁ = 4.44 f N₁ Φₘ
其中:
f 为电源频率(恒定),
N₁ 为一次绕组匝数(固定),
Φₘ 为交变主磁通的最大值(即磁通幅值)。
因此,当电源电压U₁升高时,为维持E₁ ≈ U₁,Φₘ 必须同比例增大(因f、N₁不变)。
进一步分析铁损各分量:
1. 磁滞损耗 Pₕ ∝ f Bₘⁿ(n为斯坦梅茨系数,通常取1.6~2.0,工程计算常取2);
2. 涡流损耗 Pₑ ∝ f² Bₘ²(在叠片厚度、材料电导率等不变时)。
由于磁通密度Bₘ与Φₘ成正比(Bₘ = Φₘ / A,A为铁芯截面积,恒定),故Bₘ随U₁升高而增大。因此,无论磁滞损耗还是涡流损耗,均随Bₘ升高而显著增加,且呈非线性增长(至少为Bₘ²关系)。
特别地,当U₁超过额定电压时,铁芯易进入饱和区,此时Bₘ的微小增加将导致励磁电流急剧上升,同时磁滞回线面积扩大、涡流路径中磁通变化率增大,使铁损进一步加速上升。
综上,电源电压高于额定电压 → 主磁通Φₘ增大 → 磁通密度Bₘ增大 → 磁滞损耗和涡流损耗均显著增大 → 铁芯总损耗增大。
故正确答案为:C(增大)。
选项辨析:
A(减少)错误——与物理规律相反;
B(不变)错误——铁损对电压敏感,并非恒定;
D(变化很小)错误——实际变化显著,尤其在过压运行时可能大幅增加,不符合工程实际。
核心知识点:
- 变压器铁损组成(磁滞损耗、涡流损耗)及其影响因素;
- 感应电动势与主磁通的关系(E ∝ f N Φₘ);
- 磁通密度Bₘ与电源电压的正比关系;
- 铁损与Bₘ的非线性依赖关系(Pₕ ∝ Bₘⁿ,Pₑ ∝ Bₘ²);
- 过电压运行对铁芯饱和及损耗加剧的影响。
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