电机学三绕组变压器和自耦变压器.pptx

内容回顾内容回顾三相变压器的不对称运行三相变压器的不对称运行三相变压器零序等效电路与正序等效电路形式三相变压器零序等效电路与正序等效电路形式 基本基本 相相同、同、原、副绕组漏阻抗原、副绕组漏阻抗Z1、Z2与正序与正序参数相同。参数相同。零序激磁阻零序激磁阻抗可能与正序不同，故用抗可能与正序不同，故用 Zm0 表示表示。三相变压器组：三相磁路互相独立，零序电流激励的主磁通，其磁路与正三相变压器组：三相磁路互相独立，零序电流激励的主磁通，其磁路与正序电流激励的主磁通的磁路相同，因此零序电流激励的主磁通的磁路相同，因此零序激磁阻抗与正序激磁阻抗相等，序激磁阻抗与正序激磁阻抗相等，即即：Zm0=Zm。三相心式变压器：零序电流所激励的三相零序主磁通同大小、同相位，不能三相心式变压器：零序电流所激励的三相零序主磁通同大小、同相位，不能在铁心内形成闭合磁路，只能通过非铁磁材料闭合，因此零序激磁阻抗在铁心内形成闭合磁路，只能通过非铁磁材料闭合，因此零序激磁阻抗 Zm0远小于正序激磁阻抗即：远小于正序激磁阻抗即：Zm0 Zm Xm 的参数表达式的参数表达式。星形联结：零序电流不能流通，此时等效电路在这一边应断开。星形联结：零序电流不能流通，此时等效电路在这一边应断开。三角形联结：零序电流仅能在三角形内部形成环流，而不能流到外电路。即三角形联结：零序电流仅能在三角形内部形成环流，而不能流到外电路。即在零序等效电路中，变压器内部短接，但从外部看进去则是断开的。在零序等效电路中，变压器内部短接，但从外部看进去则是断开的。内容回顾内容回顾三相变压器的不对称运行三相变压器的不对称运行YN,d联结时，从联结时，从YN方面看，零序阻抗方面看，零序阻抗从从d d方面看，零序电流为零，零序阻抗方面看，零序电流为零，零序阻抗内容回顾内容回顾三相变压器的不对称运行三相变压器的不对称运行 Y,ynY,yn联结的单相负载运行联结的单相负载运行对于三相变压器组，对于三相变压器组，Zm0=Zm，因此负载电流主要受，因此负载电流主要受 Zm0 的限制，的限制，即使即使负载阻抗负载阻抗 ZL 很很小，负载电流也并不大。小，负载电流也并不大。Y,yn联结由于原边没有零序电流，因此副边的零序电流全部成为激磁性质联结由于原边没有零序电流，因此副边的零序电流全部成为激磁性质的，从而在铁心内产生零序主磁通的，从而在铁心内产生零序主磁通，感应零序电动势，感应零序电动势，迭加到正序电动势，迭加到正序电动势上，使负载相端电压下降。在三相变压器组中，零序主磁通可在主磁路内上，使负载相端电压下降。在三相变压器组中，零序主磁通可在主磁路内通过，零序电动势较大，故负载相端电压通过，零序电动势较大，故负载相端电压 急剧下降，另外两相电压则将升急剧下降，另外两相电压则将升高，以保持线间电压不变，于是产生严重的中性点位移现象。高，以保持线间电压不变，于是产生严重的中性点位移现象。Y,yn联结的三相变压器组不联结的三相变压器组不能带单相到中线的不对称负载。能带单相到中线的不对称负载。三绕组变压器、自耦变压器和互感器三绕组变压器、自耦变压器和互感器4-1 三绕组变压器三绕组变压器什么是三绕组变压器什么是三绕组变压器 在同一铁心柱上绕上一个原绕组、两个副绕组或两个原绕在同一铁心柱上绕上一个原绕组、两个副绕组或两个原绕组一个副绕组。具有组一个副绕组。具有U1 1/U2 2/U3 3三种电压的变压器叫三绕组变压器。三种电压的变压器叫三绕组变压器。(同心式绕组，铁心为心式结构同心式绕组，铁心为心式结构)4-1 三绕组变压器三绕组变压器4-1 三绕组变压器三绕组变压器 为了绝缘方便，高压绕组部放在最外边。为了绝缘方便，高压绕组部放在最外边。对于降压变压器，中压绕组放在中间，低压绕组靠近铁心柱，对于降压变压器，中压绕组放在中间，低压绕组靠近铁心柱，如图如图4-1(a)4-1(a)所示。所示。对于升压变压器，为了使磁场分布均匀，把中压绕组放在靠对于升压变压器，为了使磁场分布均匀，把中压绕组放在靠近铁心柱，低压绕组放在中间，如图近铁心柱，低压绕组放在中间，如图4-1(b)所示。所示。4-1 三绕组变压器三绕组变压器 对于升压变压器，对于升压变压器，如果采用图如果采用图4-l(a)4-l(a)所所示的方法布置，则低示的方法布置，则低压和高压绕组之间的压和高压绕组之间的漏磁通较大，同时附漏磁通较大，同时附加损耗也显著增加，加损耗也显著增加，使变压器可能发生局使变压器可能发生局部过热和降低效率。部过热和降低效率。4-1 三绕组变压器三绕组变压器三绕组变压器的分类和用途三绕组变压器的分类和用途分类：分类：单相三绕组变压器单相三绕组变压器三相三绕组变压器三相三绕组变压器4-1 三绕组变压器三绕组变压器用途：用途：1）变电站中利用三绕组变压器由两个系统向一个负载）变电站中利用三绕组变压器由两个系统向一个负载 供电，如图供电，如图4-2(a)4-2(a)所示。所示。2）发电厂利用三绕组变压器把发出的电压用两种电压）发电厂利用三绕组变压器把发出的电压用两种电压 输送到不同的电网。如图输送到不同的电网。如图4-2(b)4-2(b)所示。所示。4-1 三绕组变压器三绕组变压器三绕组变压器的容量和标准联结组三绕组变压器的容量和标准联结组容量：容量：三绕组变压器的额定容量是指三个绕组中容量最大的一个三绕组变压器的额定容量是指三个绕组中容量最大的一个 绕组的容量。为了使产品标准化起见，一般三个绕组的容绕组的容量。为了使产品标准化起见，一般三个绕组的容 量配合有下列三种。量配合有下列三种。注意：用标么值计算时，各绕组必须采用相同的容量基值。注意：用标么值计算时，各绕组必须采用相同的容量基值。高压绕组高压绕组中压绕组中压绕组低压绕组低压绕组标准联结组：标准联结组：（GB1094-85）三相三绕组电力变压器的标准联结组：三相三绕组电力变压器的标准联结组：YN,yn0,d11 和和 YN,yn0,y0。单相三绕组变压器的标准联结组：单相三绕组变压器的标准联结组：为为 I I,I I0 0,I I0 0 。三绕组变压器的容量和标准联结组三绕组变压器的容量和标准联结组4-1 三绕组变压器三绕组变压器4-1 三绕组变压器三绕组的基本方程式、等效电路、运行性能三绕组的基本方程式、等效电路、运行性能1三绕组变压器的变比2三绕组变压器的磁动势方程式3三绕组变压器的电动势平衡方程式 3三绕组变压器的电动势平衡方程式4三绕组变压器的等效电路和相量图 三、三绕组变压器的电压调整率和效率 同理可得 四、三绕组变压器的参数测定三绕组变压器简化等效电路中的参数可通过三个稳定短路试验测定、稳态短路试验测出的短路电抗三者的大小与三绕组的安排位置有关。如图4-l(a)的安排1、3绕组之间漏磁最大，其次是1、2绕组间漏磁，最小的的是2、3绕组之间的 4-2 自耦变压器自耦变压器自耦变压器的结构特点自耦变压器的结构特点普通变压器的特点：原、副绕组之间只有磁的联系而没有电路上普通变压器的特点：原、副绕组之间只有磁的联系而没有电路上 的联系。的联系。自耦变压器的特点：原、副绕组之间不仅有磁的联系而且还有电自耦变压器的特点：原、副绕组之间不仅有磁的联系而且还有电 路上的直接联系。路上的直接联系。自耦变压器可以由一台双绕组变压器演变过来。设有一台双自耦变压器可以由一台双绕组变压器演变过来。设有一台双绕组变压器，原、副绕组匝数分别为绕组变压器，原、副绕组匝数分别为N1 1和和N2 2，额定电压为，额定电压为U1N和和U2N，额定电流为额定电流为I1N和和I2N,其变比为其变比为自耦变压器的结构特点自耦变压器的结构特点 如果保持两个绕组的额定电压和额定电流不变，把原绕组和副如果保持两个绕组的额定电压和额定电流不变，把原绕组和副绕组顺极性串联起来作为新的原边。而副绕组还同时作为副边，它绕组顺极性串联起来作为新的原边。而副绕组还同时作为副边，它的两个端点接到负载阻抗的两个端点接到负载阻抗ZL，便演变成了一台降压自耦变，便演变成了一台降压自耦变压器。压器。4-2 自耦变压器自耦变压器自耦变压器的结构特点自耦变压器的结构特点公共绕组：从绕组的作用看，绕组公共绕组：从绕组的作用看，绕组ax供高、低压两侧共用，叫做供高、低压两侧共用，叫做公共绕组，串联绕组：绕组公共绕组，串联绕组：绕组Aa则与公共绕组串联后供高压侧使则与公共绕组串联后供高压侧使用，叫做串联绕组。用，叫做串联绕组。自耦变压器的变比为：自耦变压器的变比为：式中：式中：为双绕组变压器的变比为双绕组变压器的变比。4-2 自耦变压器自耦变压器的基本方程式和等效电路自耦变压器的基本方程式和等效电路基本方程式基本方程式1）电流关系：按照全电流定律，自耦变压器的激磁磁动势）电流关系：按照全电流定律，自耦变压器的激磁磁动势 应等于串联应等于串联绕组的磁动势绕组的磁动势 与公共绕组的磁动势与公共绕组的磁动势 之和。考虑到激磁电流是由之和。考虑到激磁电流是由电源供给的，它流经的匝数为（电源供给的，它流经的匝数为（），所以，所以 由节点由节点 a 可列出电流方程可列出电流方程 把上式代入磁动势方程式把上式代入磁动势方程式 4-2 自耦变压器自耦变压器自耦变压器的基本方程式和等效电路自耦变压器的基本方程式和等效电路基本方程式基本方程式1）电流关系：）电流关系：两边都除以两边都除以()()，得，得 式中式中 为自耦变压器副边电流的归算值。为自耦变压器副边电流的归算值。若忽略若忽略 ，则，则因此因此三绕组变压器、自耦变压器和互感器三绕组变压器、自耦变压器和互感器4-2 自耦变压器自耦变压器自耦变压器的基本方程式和等效电路自耦变压器的基本方程式和等效电路基本方程式基本方程式2）电压关系：）电压关系：副边回路电压方程式为副边回路电压方程式为 式中式中 为未经归算的为未经归算的axax部分绕组漏阻抗。部分绕组漏阻抗。若变压器副边接负载阻抗若变压器副边接负载阻抗 ZL L,则则 若归算到原边，则若归算到原边，则 式中：式中：原边回路电压方程式为原边回路电压方程式为 4-2 自耦变压器自耦变压器自耦变压器的基本方程式和等效电路自耦变压器的基本方程式和等效电路基本方程式基本方程式2）电压关系：）电压关系：因为因为代入代入 得得 式中式中 称为自耦变压器副边电压的归算值；称为自耦变压器副边电压的归算值；称为自耦变压器从高压边看的短路阻抗。称为自耦变压器从高压边看的短路阻抗。自耦变压器的基本方程式和等效电路自耦变压器的基本方程式和等效电路基本方程式基本方程式自耦变压器的基本方程式和等效电路自耦变压器的基本方程式和等效电路4-2 自耦变压器自耦变压器自耦变压器的容量关系自耦变压器的容量关系自耦变压器的额定容量自耦变压器的额定容量(又叫通过容量又叫通过容量)和和 绕组容量绕组容量(又叫电磁又叫电磁容量容量)二者是不相等的，通过容量用二者是不相等的，通过容量用 SaN 表示，指的是自耦变压表示，指的是自耦变压器总的输入或输出容量。即器总的输入或输出容量。即 4-2 自耦变压器自耦变压器自耦变压器的容量关系自耦变压器的容量关系式中：式中：称为自耦变压器的效益系数称为自耦变压器的效益系数4-2 自耦变压器自耦变压器自耦变压器的容量关系自耦变压器的容量关系结论：结论：由电源通过变压器传到负载的输出容量可分为两部分：一由电源通过变压器传到负载的输出容量可分为两部分：一部分是绕组的电磁容量，它是通过部分是绕组的电磁容量，它是通过AaAa段绕组和段绕组和axax段绕组之间电磁段绕组之间电磁感应传过去的；另一部分为传导容量，可以看做电流感应传过去的；另一部分为传导容量，可以看做电流 通过传通过传导直接达到负载。后一部分容量不需要增加绕组容量，也是双绕导直接达到负载。后一部分容量不需要增加绕组容量，也是双绕组变压器所没有的，自耦变压器之所以有一系列优点，就在于它组变压器所没有的，自耦变压器之所以有一系列优点，就在于它的副边可以直接向电源吸收传导功率。的副边可以直接向电源吸收传导功率。4-2 自耦变压器自耦变压器自耦变压器与双绕组变压器的比较自耦变压器与双绕组变压器的比较1 1）在变压器额定容量在变压器额定容量(通过容量通过容量)相同时，自耦变压器的绕组容相同时，自耦变压器的绕组容量量(电磁容量电磁容量)比双绕组变压器的小。比双绕组变压器的小。2 2）变压器硅钢片和铜线的用量与绕组的额定感应电动势和通过变压器硅钢片和铜线的用量与绕组的额定感应电动势和通过的额定电流有关，也就是和绕组的容量有关，现在自耦变压器的的额定电流有关，也就是和绕组的容量有关，现在自耦变压器的绕组容量减小了，当然所用的材料也少了，从而可以降低成本。绕组容量减小了，当然所用的材料也少了，从而可以降低成本。3 3）由于铜线和硅钢片用量减少，在同样的电流密度和磁通密度由于铜线和硅钢片用量减少，在同样的电流密度和磁通密度下，自耦变压器的铜耗和铁耗以及激磁电流都比较小，从而提高下，自耦变压器的铜耗和铁耗以及激磁电流都比较小，从而提高了效率。了效率。4-2 自耦变压器自耦变压器自耦变压器与双绕组变压器的比较自耦变压器与双绕组变压器的比较4 4）由于铜线和硅钢片用量减少，自耦变压器的重量及外形尺寸）由于铜线和硅钢片用量减少，自耦变压器的重量及外形尺寸都较双绕组变压器小，即减小了变电所的厂房面积和减少了运输都较双绕组变压器小，即减小了变电所的厂房面积和减少了运输和安装的困难；反过来说，在运输条件有一定限制的条件下，即和安装的困难；反过来说，在运输条件有一定限制的条件下，即变压器的外形尺寸有一定限制的条件下，自耦变压器的容量可以变压器的外形尺寸有一定限制的条件下，自耦变压器的容量可以比双绕组变压器的大，即提高了变压器的极限容量。比双绕组变压器的大，即提高了变压器的极限容量。5 5）效益系数）效益系数 越小。上述优点就越显著，为此，自耦变压器的越小。上述优点就越显著，为此，自耦变压器的变比越接近变比越接近1 1就越好，一般以不超过就越好，一般以不超过2 2为宜。此外，如果变比太大，为宜。此外，如果变比太大，高、低压相差悬殊，由于自耦变压器原、副边有电路上的连接，高、低压相差悬殊，由于自耦变压器原、副边有电路上的连接，会给低压边的绝缘及安全用电带来一定的困难，所以，自耦变压会给低压边的绝缘及安全用电带来一定的困难，所以，自耦变压器适用于原、副边电压变比不大的场合。器适用于原、副边电压变比不大的场合。自耦变压器的短路阻抗自耦变压器的短路阻抗自耦变压器的短路阻抗自耦变压器的短路阻抗Zka的测定：在高压边做稳态短路试验求的测定：在高压边做稳态短路试验求得。得。图表示在高压边测图表示在高压边测Zka的接法，副边的接法，副边a a和和x x端短接。原边端短接。原边AXAX间间加电压。由于加电压。由于a a点与点与x x点已短接，所以实际上就等于将电压点已短接，所以实际上就等于将电压Uk加在加在绕组绕组AaAa段上。因此，由高压边测得的段上。因此，由高压边测得的Zka等于把绕组等于把绕组AaAa段作为原段作为原边，边，axax作为副边的双绕组变压器时所测得的阻抗。作为副边的双绕组变压器时所测得的阻抗。4-2 自耦变压器自耦变压器自耦变压器的短路阻抗自耦变压器的短路阻抗根据等值电路关系，可得根据等值电路关系，可得这两个阻抗的欧姆值虽然相等，但由于阻抗的基值不同，它们的这两个阻抗的欧姆值虽然相等，但由于阻抗的基值不同，它们的标么值是不相等的。标么值是不相等的。4-2 自耦变压器自耦变压器自耦变压器的短路阻抗自耦变压器的短路阻抗比较上两式，可以看出比较上两式，可以看出 讨论：讨论：一台短路阻抗标么值为一台短路阻抗标么值为 的双绕组变压器改为自耦变压器的双绕组变压器改为自耦变压器后，其短路阻抗标么值减小至原后，其短路阻抗标么值减小至原来的来的()()倍。倍。自耦变压器的短路阻抗自耦变压器的短路阻抗自耦变压器的短路阻抗自耦变压器的短路阻抗Zka的测定：在低压边做稳态短路试验求得。的测定：在低压边做稳态短路试验求得。根据图根据图4-12(a)4-12(a)连线进行稳态短路试验，测得的短路阻抗连线进行稳态短路试验，测得的短路阻抗Zka，从图，从图4-12(b)4-12(b)对应的等效电路看出应为对应的等效电路看出应为 4-2 自耦变压器自耦变压器自耦变压器的短路阻抗自耦变压器的短路阻抗如果按图如果按图4-12(c)4-12(c)进行相应的双绕组变压器稳态短路试验，求得进行相应的双绕组变压器稳态短路试验，求得的短路阻抗的短路阻抗 Zk应为应为4-2 自耦变压器自耦变压器自耦变压器的短路阻抗自耦变压器的短路阻抗自耦变压器的短路阻抗标么值不论从低压边或高压边看都是一自耦变压器的短路阻抗标么值不论从低压边或高压边看都是一样的。在这一点上和双绕组变压器比较是一样的。样的。在这一点上和双绕组变压器比较是一样的。自耦变压器的短路阻抗自耦变压器的短路阻抗结论：结论：1 1）自耦变压器的短路阻抗标么值不论从低压边或高压边看）自耦变压器的短路阻抗标么值不论从低压边或高压边看都是一样的，这一点和双绕组变压器比较是一样的。都是一样的，这一点和双绕组变压器比较是一样的。2 2）由于自耦变压器的短路阻抗标么值由于自耦变压器的短路阻抗标么值 是该变压器改作是该变压器改作双绕组变双绕组变 压器时的短路阻抗标么值压器时的短路阻抗标么值 的的 倍。因此自耦变压器倍。因此自耦变压器在负载时的电压调整率在负载时的电压调整率 也较小，约为双绕组变压器的也较小，约为双绕组变压器的 倍，倍，这是由于近似地与这是由于近似地与 成正比的缘故。成正比的缘故。3 3 自耦变压器的短路电流大约比双绕组变压器大自耦变压器的短路电流大约比双绕组变压器大1/kxy倍。倍。这是因为短路电流与这是因为短路电流与 成反比的缘故，这点对自耦变压器来说成反比的缘故，这点对自耦变压器来说是不利的。因此，必须加固自耦变压器的机械结构，来防止短路是不利的。因此，必须加固自耦变压器的机械结构，来防止短路电流产生的机械力引起的破坏作用。电流产生的机械力引起的破坏作用。自耦变压器的运行问题自耦变压器的运行问题4 4）由于自耦变压器的原、副边有电路上的联系，为了防止由于）由于自耦变压器的原、副边有电路上的联系，为了防止由于高压边单相接地故障而引起低压边的过电压，用在电网中的三相高压边单相接地故障而引起低压边的过电压，用在电网中的三相自耦变压器的中点必须可靠地接地。自耦变压器的中点必须可靠地接地。5 5）由于原、副边有电路上的）由于原、副边有电路上的联系，高压边遭受到过电压联系，高压边遭受到过电压时，也会传到低压边。为了时，也会传到低压边。为了避免发生危险，须在原、副避免发生危险，须在原、副边都装避雷器。为了安全起边都装避雷器。为了安全起见，配电变压器都不采用自见，配电变压器都不采用自耦变压器。耦变压器。6 6）由于自耦变压器的短路电）由于自耦变压器的短路电流比双绕组变压器的大。为流比双绕组变压器的大。为此，运行中必须采取限制短此，运行中必须采取限制短路电流的措施。路电流的措施。