《航空電機學》課件第6章三相變壓器與特殊變壓器

1、第六章 三相變壓器與特殊變壓器16.1三相變壓器的基本結構2 6.2 三相變壓器的繞組連接法及組別變壓器可以變電壓、變電流、變阻抗，還可以變相位 單相變壓器1、2次側可同相、反相 三相變壓器的1、2次側均有A、B、C三相繞組，它們之間的不同的聯(lián)結方式可改變變壓器的1、2次側的相位。3變壓器繞組首、末端的標志 4繞組的極性： 同極性(名)端：由于變壓器高、低壓繞組交鏈著同一主磁通，當某一瞬間高壓繞組的某一端為正電位時，在低壓繞組上必有一個端點的電位也為正，則這兩個對應的端點稱為同極性端，并在對應的端點上用符號“ 或*”標出。 注意：繞組的極性只決定于繞組的繞向，與繞組首、尾端的標志無關。規(guī)定繞組

2、電動勢的正方向為從首端指向末端。5當同一鐵心柱上高、低壓繞組首端的極性相同時，其電動勢相位相同。當首端極性不同時，高、低壓繞組電動勢相位相反。6 變壓器高、低壓繞組對應的線電動勢之間的相位差，通常用時鐘法來表示，稱為變壓器的聯(lián)結組。即把高壓繞組的線電動勢相量作為時鐘的長針，且固定指向12的位置，對應的低壓繞組的線電動勢相量作為時鐘的短針，其所指的鐘點數就是變壓器聯(lián)結組的標號。 變壓器連接組別定義7單相變壓器繞組的標志方式對于單相變壓器，當高、低壓繞組電動勢相位相同時，聯(lián)結組為I，I0，其中I，I表示高、低壓繞組都是單相繞組。當高、低壓繞組電動勢相位相反時，其聯(lián)結組為I，I6。 8三相繞組的連接

3、方式 對于三相變壓器，不論是高壓繞組還是低壓繞組，我國主要采用星形連接（Y連接）和三角形連接（D連接）兩種。三相繞組的連接方式及相量圖9 1、Y，y接法Y，y0Y，y66.2.1 三相變壓器的連接組別Y，y4；Y，y8；Y，y10；Y，y2 ？c a b102、Y，d接法:Y，d11Y，d1改變極性端和相號的標志，得到Y，d3、Y，d5、Y，d7、Y，d9奇數組別D，d接法可以得到與Y，y接法相同的偶數組別，D，y接法也可以得到與Y，d接法相同的奇數組別。 11繞組的極性只表示繞組的繞法，與繞組首末端的標志無關；高、低壓繞組的相電動勢均從首端指向末端，線電動勢從A指向B； 同一鐵心柱上的繞組（

4、在連接圖中為上下對應的繞組），首端為同極性時相電動勢相位相同，首端為異極性時相電動勢相位相反；相量圖中 A、B、C 與 a、b、c 的排列順序必須同為順時針排列，即原、副方同為正相序；對于Y,y連接而言,可有0,2,4,6,8,10六個偶數的聯(lián)結組號.對于Y,d而言,可有 1,3,5,7,9,11六個奇數的聯(lián)結組號.12 單相和三相變壓器有很多聯(lián)結組別，為了避免制造與使用時造成混亂，國家標準規(guī)定： 1） 單相雙繞組變壓器有一個標準聯(lián)結組I，I0。 2）三相雙繞組變壓器有5種標準聯(lián)組 Y,yn0、Y,d11、YN,d11、YN,y0、 Y,y0。 應用于不同配電場合。6.2.2變壓器的標準聯(lián)結組

5、聯(lián)結組6.3 三相變壓器空載電勢波形 在分析單相變壓器的空載運行時指出，當外加電壓 是正弦波時，主電勢 、 和主磁通 應按正弦規(guī)律變化。由于磁路存在著飽和現(xiàn)象，當主磁通為正弦波時，勵磁電流 為尖頂波，其中除基波外還主要包含有三次諧波。 在三相變壓器中，三次諧波電流在時間上相位相同。即 可見，在三相中三次諧波電流是同相位的，所以，它的流通與否與三相繞組的連接方式有關。14如果三相變壓器的原邊繞組為YN或d接法，則相同相位的三次諧波電流可以流通，各相磁化電流為尖頂波。在這種情況下，不論副方是y接法或d接法，鐵心中的主磁通均為正弦波，因此各相電動勢也為正弦波。 當三相變壓器的原邊繞組為Y接法時，沒有

6、中線，勵磁電流的三次諧波不可能在原繞組流通，因而勵磁電流沒有三次諧波，而勵磁電流中的五、七等諧波的幅值很小，可以忽略不計。因此當三相變壓器的原繞組為Y接法時，各相繞組的勵磁電流基本上是正弦的。 勵磁電流為正弦的，則主磁通必然是非正弦的。主磁通的波形是一個平頂波，除基波外，還包含三、五、七等諧波。 平頂的主磁通將在原、副繞組中產生三、五、七等諧波電勢，使電勢的波形發(fā)生畸變，原、副繞組中的電勢波形不再是正弦的，而是非正弦的。其中，三次諧波電勢與基波電勢相疊加，使電勢的波形變?yōu)榉钦业募忭敳?。其幅值可比基波高?5%60%，對絕緣不利。三次諧波磁通的大小及其對電勢波形的影響，與三相變壓器的磁路系統(tǒng)及

7、副繞組的連接方法有關。 Y/y連接的三相變壓器（無中線） 三相變壓器組 在三相變壓器組中，各相繞組中的三次諧波磁通，通過各自的鐵芯而閉合，互不影響。三相變壓器組中的三次諧波的幅值較大，電勢的波形畸變嚴重。各相的三次諧波相電勢是同相位的，各相線端對三次諧波相電勢是等電位點，所以初、次線電勢中不存在三次諧波電勢。這樣初級線電勢為正弦波與外加正弦線電壓平衡；次級提供給負載的線電壓也是正弦波。但相電勢為尖頂波對絕緣不利，故三相變壓器組不宜采用Y/y連接。三鐵心柱變壓器各相繞組產生的三次諧波磁通大小相等，在時間上同相，不能經鐵芯而閉合，只能經過變壓器的外殼、油或空氣構成閉合回路，其磁阻較大，使三次諧波磁

8、通大為減少，三次諧波相電勢也很小。但三次諧波磁通在油箱壁中引起的鐵損耗，引起局部發(fā)熱，降低了變壓器的效率。故三鐵心柱變壓器可采用Y/y連接，但容量不能很大（小于1000kVA) 。一定要想辦法提供三次諧波電流的通道！Y/yn連接方法（副邊有中線） 空載時，副邊開路，三次諧波電流沒有通路，則這種接法和Y/y連接一樣，僅在三鐵心柱變壓器中采用，三相變壓器組仍不能采用。 負載時次級繞組中由三次諧波相電勢產生的三次諧波電流能經中線而閉合。但是三次諧波電流經負載構成回路，會產生較大的壓降，需要由三次諧波相電勢來平衡，因而產生一定的三次諧波電流所需的三次諧波相電勢和三次諧波磁通較大。故相電勢波形只是得到一

9、定的改善。Y/d連接方法 三次諧波磁通 將在次級繞組產生同相位的三次諧波相電勢 、 、 ,同相位的三次諧波相電勢將在次級繞組回路中形成環(huán)流 ，繞組的電抗比電阻要大得多，因此 滯后 近于90，也就是說， 產生的磁通 與原 相位幾乎相反，從而大大削弱 ，使主磁通接近正弦波，電勢波形大為改善。 在Y/d連接中，由初級提供了磁化電流的基波分量，由副方提供了磁化電流的三次諧波分量，其作用與由初級單獨提供尖頂波磁化電流是等效的。 大容量電力變壓器中，當需要一、二次繞組為Y/y連接時，在鐵芯上往往加一個d接法的第三繞組，它不帶負載，主要目的是用以提供三次諧波電流的通路，以保證主磁通接近正弦波，改善電勢波形。

10、結論 當三相變壓器的原繞組接成Y形時，空載電流的波形是正弦形的，而主磁通的波形是非正弦形的，除基波外，還含三次諧波。 Y/y連接的三相變壓器組中的三次磁通諧波大，電勢波形畸變大，三相三鐵心柱變壓器中的三次諧波磁通小，電勢波形畸變小。 原邊繞組為YN、d接法或采用Y/d連接方法使三次諧波磁通大為削弱，電勢波形得到改善。這是因為提供了三次諧波電流的通道。6.4 三相變壓器的并聯(lián)運行背景 變壓器的并聯(lián)運行可以減少備用容量、提高供電的可靠性，并可根據負載變化來調整投入運行的變壓器的臺數，以提高運行效率。變壓器理想并聯(lián)運行的標志空載時，各變壓器之間不產生循環(huán)電流（環(huán)流）。負載時，各變壓器所分擔的負載電流

11、應該與它們的容量成正比。各變壓器原、副邊的額定電壓相等，即變比相等；各變壓器的連接組號相同；各變壓器的短路阻抗標幺值相等。 實際運行中第2個條件必須嚴格保證，其它兩條允許稍有變動。變壓器理想并聯(lián)運行的條件 如何滿足并聯(lián)運行的條件 各臺變壓器所承擔的負載電流的實際值與該變壓器的短路阻抗成反比。 由于各臺變壓器的容量不同，所以負載電流的大小并不能表示負載分配的合理性。 三相變壓器的并聯(lián)運行 分析一下負載電流的標幺值 各臺變壓器所承擔的負載電流的標幺值也與該變壓器的短路阻抗標幺值成反比。理想的負載分配應該是各臺變壓器的電流標幺值相等。三相變壓器的并聯(lián)運行 為了保證各臺變壓器所承擔的負載合理，規(guī)定并聯(lián)

12、運行的各變壓器的短路阻抗標幺值相差不應大于10%。在實際使用中，為使設備充分利用，應取容量大的變壓器的短路阻抗標幺值小些，即讓它首先達到滿載。 由于容量相近的變壓器的阻抗標幺值相差較小，因此，一般并聯(lián)運行變壓器的容量比不超過3:1。29原、副邊共用一部分繞組的變壓器 1.電壓、電流的關系 1）變比： 2）磁勢平衡式：ka1降壓； ka1時，實際上 I1+I =I2 從輸出看： S2 = U2I2 = Uax(I1+I)= Uax I1+ Uax I 定義：傳導容量 S傳導= Uax I1 繞組容量（電磁容量） S電磁= Uax I 從輸入看： S1 = U1I1 =（UAa + Uax）I1

13、= UAa I1+ Uax I1 傳導容量： S傳導=Uax I1 繞組容量（電磁容量） S電磁= UAa I1雙繞組變壓器接成自耦變壓器323 自耦變壓器的優(yōu)缺點優(yōu)點：1）重量輕、體積小、造價低；2）損耗小，效率高3） kA越接近于1，傳導容量越大，優(yōu)點越明顯缺點： 初次級無隔離，有電的聯(lián)系4 自耦調壓器 把自耦變壓器的副邊繞組匝數做成可調的， 副邊輸出電壓可以調節(jié).33電壓互感器和電流互感器 電壓互感器和電流互感器又稱儀用互感器，是電力系統(tǒng)中使用的測量設備，其工作原理與變壓器基本相同。 使用互感器的目的是： 1與小量程的標準化電壓表和電流表配合測量高電壓、大電流； 2使測量回路與被測回路隔離，以保障工作人員和測試設備的安全； 3為各類繼電保護和控制系統(tǒng)提供控制信號。 34當忽略漏阻抗時： 被測電壓： U1=KuU2 電壓互感器副邊的額定電壓都統(tǒng)一設計成100V。 6.5.2 電壓互感器：35 電壓互感器誤差（包括變比誤差和相位誤差） 電壓互感器按準確度的高低分為0.2、0.5、1和3四個等級。數字越小，準確度越高。 在使用電壓互感器時應注意： 1副方不允許短路，否則會產生很大的短路電流，燒壞互感器的繞組； 2副方應可靠接地； 3副方接入的阻抗不得小于規(guī)定值，以減小誤差。366.5.3 電流互感器盡量減小勵磁電流如果將