電機(jī)學(xué)第三章三相變壓器

當(dāng)前1頁(yè)，總共82頁(yè)。三相變壓器

分析方法：——對(duì)稱分量法

一組不對(duì)稱的三相正弦量可以分解成三組對(duì)稱的量。對(duì)稱分量法是一種線性變換，它是把不對(duì)稱的系統(tǒng)分解成三組對(duì)稱的系統(tǒng)。反之，合成。當(dāng)前2頁(yè)，總共82頁(yè)。當(dāng)前3頁(yè)，總共82頁(yè)。正序等效電路：當(dāng)前4頁(yè)，總共82頁(yè)。負(fù)序等效電路：當(dāng)前5頁(yè)，總共82頁(yè)。一相零序等效電路，指變壓器內(nèi)部、本身，與外電路未必連通！零序等效電路：當(dāng)前6頁(yè)，總共82頁(yè)。零序激磁阻抗：三相變壓器組：三相磁路互相獨(dú)立，由零序電流激勵(lì)主磁通。其磁路與正序電流激勵(lì)的主磁通的磁路相同，因此零序激磁阻抗與正序激磁阻抗相等，即：

Zm0=Zm

三相心式變壓器：由零序激磁電流所激勵(lì)的三個(gè)同大小、同相的零序主磁通不能在鐵心內(nèi)形成閉合磁路。Zm0<<Zm當(dāng)前7頁(yè)，總共82頁(yè)。零序阻抗：當(dāng)前8頁(yè)，總共82頁(yè)。當(dāng)前9頁(yè)，總共82頁(yè)。

從原邊和從副邊看，零序阻抗可以不相同。例如YN,d聯(lián)結(jié)時(shí)，從YN方面看，零序阻抗而從三角形接法方面看，零序電流為零，零序阻抗當(dāng)前10頁(yè)，總共82頁(yè)。

Y,yn聯(lián)結(jié)的三相變壓器帶單相負(fù)載運(yùn)行Y,yn聯(lián)結(jié)a相帶單相負(fù)載，b、c兩相開(kāi)路時(shí)的情況。

三相變壓器§3-4三相變壓器的不對(duì)稱運(yùn)行當(dāng)前11頁(yè)，總共82頁(yè)。當(dāng)前12頁(yè)，總共82頁(yè)。已知：

1）電源電壓為三相對(duì)稱(正序)電壓，當(dāng)副邊空載時(shí)，原繞組各相電壓為、、；

2）變壓器的所有參數(shù)已通過(guò)試驗(yàn)求出。假設(shè)：1）略去正、負(fù)序激磁電流的影響；

2）所有的量都已歸算到原邊。為簡(jiǎn)便起見(jiàn)，除

外，副邊的其它量都不加撇號(hào)。求：負(fù)載電流、原邊各相電流和電壓，并做出相量圖。

當(dāng)前13頁(yè)，總共82頁(yè)。求解：1）做出各序等效電路；如何理解當(dāng)前14頁(yè)，總共82頁(yè)。2）列出邊界條件，計(jì)算各序等效電路中電流的各序分量；

當(dāng)前15頁(yè)，總共82頁(yè)。用對(duì)稱分量法求出副邊電流的各序分量為：即副邊正序、負(fù)序和零序電流是相等的。

當(dāng)前16頁(yè)，總共82頁(yè)。3）做出Y,yn聯(lián)結(jié)帶單相負(fù)載時(shí)的等效電路；因此可以把各序等效電路串聯(lián)起來(lái)，如圖所示。

當(dāng)前17頁(yè)，總共82頁(yè)。當(dāng)前18頁(yè)，總共82頁(yè)。4）根據(jù)等效電路求負(fù)載電流；當(dāng)前19頁(yè)，總共82頁(yè)。分析：a)對(duì)于三相變壓器組，

，因此負(fù)載電流

主要受

的限制，即使負(fù)載阻抗

很小，負(fù)載電流不大，在極端情況下，，即單相穩(wěn)態(tài)短路時(shí)

由此可見(jiàn)，單相穩(wěn)態(tài)短路電流只有正序激磁電流的三倍。所以這種聯(lián)結(jié)的三相變壓器組不能帶單相到中線的不對(duì)稱負(fù)載。當(dāng)前20頁(yè)，總共82頁(yè)。分析：b)對(duì)于三相心式變壓器，，因此負(fù)載電流主要由負(fù)載阻抗來(lái)決定。所以這種聯(lián)結(jié)的三相心式變壓器可以帶單相到中線的不對(duì)稱負(fù)載。

當(dāng)前21頁(yè)，總共82頁(yè)。5）根據(jù)磁動(dòng)勢(shì)平衡關(guān)系求原邊電流；由于原邊為Y聯(lián)結(jié)，零序電流不能流通，所以

當(dāng)前22頁(yè)，總共82頁(yè)。當(dāng)前23頁(yè)，總共82頁(yè)。同理，可求出和當(dāng)前24頁(yè)，總共82頁(yè)。6）根據(jù)等效電路求原、副邊電壓；原邊電壓為同理，可求出和當(dāng)前25頁(yè)，總共82頁(yè)。副邊電壓可根據(jù)各序等效電路求出

若忽略漏阻抗壓降，則

當(dāng)前26頁(yè)，總共82頁(yè)。同理可求出當(dāng)前27頁(yè)，總共82頁(yè)。7）做出相量圖當(dāng)前28頁(yè)，總共82頁(yè)。討論：Y,yn聯(lián)結(jié)由于原邊沒(méi)有零序電流，因此副邊的零序電流全部成為激磁性質(zhì)的電流，從而在鐵心內(nèi)產(chǎn)生零序主磁通，感應(yīng)零序電動(dòng)勢(shì)，迭加到正序電動(dòng)勢(shì)上，使負(fù)載相a相的端電壓下降。在三相變壓器組中，零序主磁通可在主磁路內(nèi)通過(guò)，數(shù)值較大，故a相端電壓急劇下降，以致加不上負(fù)載；另外兩相的電壓則將升高，以保持線間電壓不變，于是產(chǎn)生了嚴(yán)重的中性點(diǎn)位移現(xiàn)象。當(dāng)前29頁(yè)，總共82頁(yè)。在三相心式變壓器中，由于零序磁通被迫沿油和油箱壁閉合，零序磁通和零序電動(dòng)勢(shì)較小，因此中性點(diǎn)位移并不嚴(yán)重，可以正常運(yùn)行。但為了盡量減小零序磁通在油箱壁中引起的渦流損耗、盡量減少電壓的變化，Y，yn聯(lián)結(jié)的三相心式變壓器在不對(duì)稱負(fù)載下運(yùn)行時(shí)，中線中的電流(零序電流的三倍)不得超過(guò)額定電流的25％。當(dāng)前30頁(yè)，總共82頁(yè)。

在其它聯(lián)結(jié)組中都不會(huì)發(fā)生上述的嚴(yán)重的中性點(diǎn)偏移現(xiàn)象。例如D,yn聯(lián)結(jié)中，當(dāng)副邊有零序電流時(shí)，在三角形繞組內(nèi)部也將感應(yīng)出零序電流來(lái)抵消副邊的零序磁動(dòng)勢(shì)，因此是不大的，所以不大。在沒(méi)有中線的繞組聯(lián)結(jié)中，根本不存在零序電流，因此沒(méi)有零序電勢(shì)。

各種聯(lián)結(jié)的變壓器在供給線和線之間的不對(duì)稱負(fù)載時(shí)，也不產(chǎn)生零序電流，所以除了由于漏阻抗所產(chǎn)生的一些不對(duì)稱電壓降外，不會(huì)產(chǎn)生太嚴(yán)重的電壓不對(duì)稱。

當(dāng)前31頁(yè)，總共82頁(yè)。內(nèi)容總結(jié)Y,yn聯(lián)結(jié)的三相變壓器帶單相負(fù)載運(yùn)行對(duì)于三相變壓器組，Zm0=Zm，因此負(fù)載電流主要受

Zm0

的限制，即使負(fù)載阻抗ZL

很小，負(fù)載電流也并不大。當(dāng)前32頁(yè)，總共82頁(yè)。內(nèi)容總結(jié)

Y,yn聯(lián)結(jié)由于原邊沒(méi)有零序電流，因此副邊的零序電流全部成為激磁性質(zhì)的，從而在鐵心內(nèi)產(chǎn)生零序主磁通，感應(yīng)零序電動(dòng)勢(shì)，迭加到正序電動(dòng)勢(shì)上，使負(fù)載相端電壓下降。在三相變壓器組中，零序主磁通可在主磁路內(nèi)通過(guò)，零序電動(dòng)勢(shì)較大，故負(fù)載相端電壓急劇下降，另外兩相電壓則將升高，以保持線間電壓不變，于是產(chǎn)生嚴(yán)重的中性點(diǎn)位移現(xiàn)象。Y,yn聯(lián)結(jié)的三相變壓器組不能帶單相到中線的不對(duì)稱負(fù)載。當(dāng)前33頁(yè)，總共82頁(yè)。三繞組變壓器、自耦變壓器和互感器§4-1三繞組變壓器什么是三繞組變壓器在同一鐵心柱上繞上一個(gè)原繞組、兩個(gè)副繞組或兩個(gè)原繞組一個(gè)副繞組。具有U1/U2/U3三種電壓的變壓器叫三繞組變壓器。當(dāng)前34頁(yè)，總共82頁(yè)。三繞組變壓器一般采用同心式繞組，鐵心為心式結(jié)構(gòu)。每個(gè)鐵心柱上都套著高壓、中壓和低壓三個(gè)繞組，為了絕緣方便，高壓繞組放在最外邊。對(duì)于降壓變壓器，中壓繞組放在中間，低壓繞組靠近鐵心柱。對(duì)于升壓變壓器，為了使磁場(chǎng)分布均勻，漏電抗分配合理，以保證較好的電壓調(diào)整率、提高運(yùn)行性能，將中壓繞組放在靠近鐵心柱，低壓繞組放在中間。

當(dāng)前35頁(yè)，總共82頁(yè)。當(dāng)前36頁(yè)，總共82頁(yè)。三繞組變壓器的容量和標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)結(jié)組容量：在三繞組變壓器中，由于兩個(gè)副繞組一般不同時(shí)達(dá)到滿載，根據(jù)供電實(shí)際需要，三個(gè)繞組的容量可以設(shè)計(jì)成不相等。這時(shí)，三繞組變壓器的額定容量是指三個(gè)繞組中容量最大的一個(gè)繞組的容量。為了使產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化起見(jiàn)，一般三個(gè)繞組的容量配合有下列三種，供使用單位選擇。

高壓中壓低壓當(dāng)前37頁(yè)，總共82頁(yè)。三繞組變壓器的容量和標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)結(jié)組注意：由于三繞組變壓器各繞組的額定容量可能不相等，用標(biāo)幺值計(jì)算時(shí)，各繞組必須采用相同的容量基值。標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)結(jié)組：

根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。三相三繞組電力變壓器的標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)結(jié)組有YN,yn0,d11和YN,yn0,y0。單相三繞組變壓器的標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)結(jié)組為I,I0,I0。當(dāng)前38頁(yè)，總共82頁(yè)。三繞組的基本方程式、等效電路、運(yùn)行性能推導(dǎo)、分析方法與雙繞組變壓器類似，不予詳細(xì)介紹。當(dāng)前39頁(yè)，總共82頁(yè)?！?-2自耦變壓器自耦變壓器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)普通變壓器的特點(diǎn)：原、副繞組之間只有磁的聯(lián)系而沒(méi)有電路上的聯(lián)系。自耦變壓器的特點(diǎn)：原、副繞組之間不僅有磁的聯(lián)系而且還有電路上的直接聯(lián)系。自耦變壓器可以由一臺(tái)雙繞組變壓器演變過(guò)來(lái)。設(shè)有一臺(tái)雙繞組變壓器，原、副繞組匝數(shù)分別為N1和N2，額定電壓為U1N和U2N，額定電流為I1N和I2N,其變比為當(dāng)前40頁(yè)，總共82頁(yè)。如果保持兩個(gè)繞組的額定電壓和額定電流不變，把原繞組和副繞組順極性串聯(lián)起來(lái)作為新的原邊，而副繞組還同時(shí)作為副邊，它的兩個(gè)端點(diǎn)接到負(fù)載阻抗ZL，便演變成了一臺(tái)降壓自耦變壓器。如圖所示。

當(dāng)前41頁(yè)，總共82頁(yè)。當(dāng)前42頁(yè)，總共82頁(yè)。當(dāng)前43頁(yè)，總共82頁(yè)。公共繞組：從繞組的作用看，繞組ax供高、低壓兩側(cè)共用，叫做公共繞組。串聯(lián)繞組：繞組Aa則與公共繞組串聯(lián)后供高壓側(cè)使用，叫做串聯(lián)繞組。自耦變壓器可作為降壓變壓器，也可作為升壓變壓器，而且也有單相和三相之分。自耦變壓器的變比為：

式中：為雙繞組變壓器的變比。當(dāng)前44頁(yè)，總共82頁(yè)。自耦變壓器的基本方程式和等效電路基本方程式1）電流關(guān)系：按照全電流定律，自耦變壓器的激磁磁動(dòng)勢(shì)應(yīng)等于串聯(lián)繞組的磁動(dòng)勢(shì)與公共繞組的磁動(dòng)勢(shì)之和?？紤]到激磁電流是由電源供給的，它流經(jīng)的匝數(shù)為（），所以

當(dāng)前45頁(yè)，總共82頁(yè)。由節(jié)點(diǎn)a可列出電流方程

將上式代入磁動(dòng)勢(shì)方程式

當(dāng)前46頁(yè)，總共82頁(yè)。整理自耦變壓器副邊電流的歸算值若忽略，當(dāng)前47頁(yè)，總共82頁(yè)。當(dāng)前48頁(yè)，總共82頁(yè)。自耦變壓器的基本方程式和等效電路基本方程式2）電壓關(guān)系：副邊回路電壓方程式

式中為未經(jīng)歸算的ax部分繞組漏阻抗

若變壓器副邊接負(fù)載阻抗ZL,則

若歸算到原邊，則當(dāng)前49頁(yè)，總共82頁(yè)。自耦變壓器的基本方程式和等效電路2）電壓關(guān)系：原邊回路電壓方程式為

當(dāng)前50頁(yè)，總共82頁(yè)。自耦變壓器副邊電壓的歸算值自耦變壓器從高壓邊看的短路阻抗當(dāng)前51頁(yè)，總共82頁(yè)。當(dāng)前52頁(yè)，總共82頁(yè)。自耦變壓器的基本方程式和等效電路等效電路和相量圖當(dāng)前53頁(yè)，總共82頁(yè)。當(dāng)前54頁(yè)，總共82頁(yè)。自耦變壓器的相量圖Ka=1.5,E1=0.5E2當(dāng)前55頁(yè)，總共82頁(yè)。自耦變壓器的相量圖當(dāng)前56頁(yè)，總共82頁(yè)。自耦變壓器的相量圖當(dāng)前57頁(yè)，總共82頁(yè)。自耦變壓器的相量圖當(dāng)前58頁(yè)，總共82頁(yè)。自耦變壓器的相量圖當(dāng)前59頁(yè)，總共82頁(yè)。自耦變壓器的容量關(guān)系自耦變壓器的額定容量(又叫通過(guò)容量)和繞組容量(又叫電磁容量)二者是不相等的。通過(guò)容量用SaN表示，指的是自耦變壓器總的輸入或輸出容量。即當(dāng)前60頁(yè)，總共82頁(yè)。電磁容量:指繞組上的電壓與電流的乘積，串聯(lián)繞組Aa的電磁容量為當(dāng)前61頁(yè)，總共82頁(yè)。公共繞組的電磁容量為

自耦變壓器的效益系數(shù)

當(dāng)前62頁(yè)，總共82頁(yè)。討論：由于，故。因此，自耦變壓器電磁容量總是小于通過(guò)容量。

普通雙繞組變壓器的電磁容量是等于額定容量的。

分析：根據(jù)磁動(dòng)勢(shì)關(guān)系，當(dāng)忽略激磁電流時(shí)，

當(dāng)前63頁(yè)，總共82頁(yè)。

可見(jiàn)，當(dāng)電流為正時(shí)，和為負(fù)值。因此電流、和的瞬時(shí)值關(guān)系，實(shí)際上是如圖所示，即，或當(dāng)前64頁(yè)，總共82頁(yè)。電磁容量

傳導(dǎo)容量當(dāng)前65頁(yè)，總共82頁(yè)。結(jié)論：由電源通過(guò)變壓器傳到負(fù)載的輸出容量可分為兩部分：

一部分是繞組的電磁容量，它是通過(guò)Aa段繞組和ax段繞組之間電磁感應(yīng)傳過(guò)去的；

另一部分為傳導(dǎo)容量，可以看做電流通過(guò)傳導(dǎo)直接達(dá)到負(fù)載。

后一部分容量不需要增加繞組容量，也是雙繞組變壓器所沒(méi)有的。自耦變壓器之所以有一系列優(yōu)點(diǎn)，就在于它的副邊可以直接向電源吸收傳導(dǎo)容量。當(dāng)前66頁(yè)，總共82頁(yè)。自耦變壓器與雙繞組變壓器的比較1）在變壓器額定容量(通過(guò)容量)相同時(shí)，自耦變壓器的繞組容量(電磁容量)小于雙繞組變壓器。將雙繞組變壓器改裝成自耦變壓器，雙繞組變壓器的額定容量，亦即其電磁容量，等于自耦變壓器的電磁容量；雙繞組變壓器的額定容量小于自耦變壓器。2）變壓器硅鋼片和銅線的用量與繞組的額定感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和通過(guò)的額定電流有關(guān)，也就是和繞組容量有關(guān)，現(xiàn)在自耦變壓器的繞組容量減小了，當(dāng)然所用的材料也少了，從而可以降低成本。當(dāng)前67頁(yè)，總共82頁(yè)。自耦變壓器與雙繞組變壓器的比較3）由于銅線和硅鋼片用量減少，在同樣的電流密度和磁通密度下，自耦變壓器的銅耗和鐵耗以及激磁電流都比較小，從而提高了效率。4）由于銅線和硅鋼片用量減少，自耦變壓器的重量及外形尺寸都較雙繞組變壓器小，即減小了變電所的廠房面積、減少了運(yùn)輸和安裝的困難；反過(guò)來(lái)說(shuō)，在運(yùn)輸條件有一定限制的條件下，即變壓器的外形尺寸有一定限制的條件下，自耦變壓器的容量可以比雙繞組變壓器的大，即提高了變壓器的極限容量。當(dāng)前68頁(yè)，總共82頁(yè)。5）效益系數(shù)越小，上述優(yōu)點(diǎn)就越顯著。為此，自耦變壓器的變比越接近1就越好，一般以不超過(guò)2為宜。此外，如果變比太大，高、低壓相差懸殊，由于自耦變壓器原、副邊有電路上的連接，會(huì)給低壓邊的絕緣及安全用電帶來(lái)一定的困難，所以，自耦變壓器適用于原、副邊電壓變比不大的場(chǎng)合。當(dāng)前69頁(yè)，總共82頁(yè)。自耦變壓器的短路阻抗自耦變壓器短路阻抗Zka的測(cè)定：在高壓邊做穩(wěn)態(tài)短路試驗(yàn)求得。簡(jiǎn)化等效電路當(dāng)前70頁(yè)，總共82頁(yè)。在高壓邊測(cè)Zka，副邊a和x端短接。原邊AX間加電壓。由于a點(diǎn)與x點(diǎn)已短接，所以實(shí)際上就等于將電壓Uk加在繞組Aa段上。因此，由高壓邊測(cè)得的Zka等于把繞組Aa段作為原邊，ax作為副邊的雙繞組變壓器時(shí)所測(cè)得的阻抗。當(dāng)前71頁(yè)，總共82頁(yè)。式中：Z