電機(jī)學(xué)－三繞組變壓器和自耦變壓器

《電機(jī)學(xué)－三繞組變壓器和自耦變壓器》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《電機(jī)學(xué)－三繞組變壓器和自耦變壓器（47頁珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、內(nèi)容回顧,三相變壓器的不對(duì)稱運(yùn)行,分析方法：對(duì)稱分量法 正序、負(fù)序、零序分量方法,三相變壓器正、負(fù)序等效電路形式相同、參數(shù)相同。,內(nèi)容回顧,三相變壓器的不對(duì)稱運(yùn)行,三相變壓器零序等效電路與正序等效電路形式 基本 相同、原、副繞組漏阻抗Z1、 Z2與正序參數(shù)相同。零序激磁阻抗可能與正序不同，故用 Zm0 表示 。,三相變壓器組：三相磁路互相獨(dú)立，零序電流激勵(lì)的主磁通，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：零序電流所激勵(lì)的三相零序主磁通同大小、同相位，不能在鐵心內(nèi)形成閉合磁路，只能通過非鐵磁材料閉合，因此零序激磁

2、阻抗 Zm0遠(yuǎn)小于正序激磁阻抗即： Zm0 Zm Xm 的參數(shù)表達(dá)式 。,星形聯(lián)結(jié)：零序電流不能流通，此時(shí)等效電路在這一邊應(yīng)斷開。 三角形聯(lián)結(jié)：零序電流僅能在三角形內(nèi)部形成環(huán)流，而不能流到外電路。即在零序等效電路中，變壓器內(nèi)部短接，但從外部看進(jìn)去則是斷開的。,內(nèi)容回顧,三相變壓器的不對(duì)稱運(yùn)行,YN,d聯(lián)結(jié)時(shí)，從YN方面看，零序阻抗 從d方面看，零序電流為零，零序阻抗,內(nèi)容回顧,三相變壓器的不對(duì)稱運(yùn)行,Y,yn聯(lián)結(jié)的單相負(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。,Y,yn聯(lián)結(jié)由于原邊沒有零序電流，因此副邊的零序

3、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，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。,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。(同心式繞組，鐵心為心式結(jié)構(gòu)),4-1 三繞組變壓器,4-1 三繞組變壓器,

4、為了絕緣方便，高壓繞組部放在最外邊。 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，如圖4-1(a)所示。 對(duì)于升壓變壓器，為了使磁場(chǎng)分布均勻，把中壓繞組放在靠近鐵心柱，低壓繞組放在中間，如圖4-1(b)所示。,4-1 三繞組變壓器,對(duì)于升壓變壓器，如果采用圖4-l(a)所示的方法布置，則低壓和高壓繞組之間的漏磁通較大，同時(shí)附加損耗也顯著增加，使變壓器可能發(fā)生局部過熱和降低效率。,4-1 三繞組變壓器,三繞組變壓器的分類和用途,分類：,單相三繞組變壓器,三相三繞組變壓器,4-1 三繞組變壓器,用途：1）變電站中利用三繞組變壓器由兩個(gè)系統(tǒng)向一個(gè)負(fù)載 供電，如圖4-2(a)所示。 2）發(fā)電

5、廠利用三繞組變壓器把發(fā)出的電壓用兩種電壓 輸送到不同的電網(wǎng)。如圖4-2(b)所示。,4-1 三繞組變壓器,三繞組變壓器的容量和標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)結(jié)組,容量：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，一般三個(gè)繞組的容 量配合有下列三種。,注意：用標(biāo)么值計(jì)算時(shí)，各繞組必須采用相同的容量基值。,高壓繞組,中壓繞組,低壓繞組,標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)結(jié)組： （GB1094-85 ） 三相三繞組電力變壓器的標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)結(jié)組： 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 。,三繞組變壓器的容量和標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)結(jié)組,4-1 三繞組變壓器,4-1

6、三繞組變壓器,三繞組的基本方程式、等效電路、運(yùn)行性能,1三繞組變壓器的變比,2三繞組變壓器的磁動(dòng)勢(shì)方程式,3三繞組變壓器的電動(dòng)勢(shì)平衡方程式,3三繞組變壓器的電動(dòng)勢(shì)平衡方程式,4三繞組變壓器的等效電路和相量圖,三、三繞組變壓器的電壓調(diào)整率和效率,同理可得,四、三繞組變壓器的參數(shù)測(cè)定,三繞組變壓器簡(jiǎn)化等效電路中的參數(shù)可通過三個(gè)穩(wěn)定短路試驗(yàn)測(cè)定,、,穩(wěn)態(tài)短路試驗(yàn)測(cè)出的短路電抗三者的大小與三繞組的安排位置有關(guān)。如圖4-l(a)的安排1、3繞組之間漏磁最大，其次是1、2繞組間漏磁，最小的的是2、3繞組之間的,4-2 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)系而沒有電路

7、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來。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,自耦變壓器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),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。,4-2 自耦變壓器,自耦變壓器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),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

8、高壓側(cè)使用，叫做串聯(lián)繞組。 自耦變壓器的變比為： 式中： 為雙繞組變壓器的變比。,4-2 自耦變壓器,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。考慮到激磁電流是由電源供給的，它流經(jīng)的匝數(shù)為（ ），所以,由節(jié)點(diǎn) a 可列出電流方程,把上式代入磁動(dòng)勢(shì)方程式,4-2 自耦變壓器,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：,兩邊都除以( )，得,式中 為自耦變壓器副邊電流的歸算值。,若忽略 ，則,因此,三繞組變壓器、自耦變壓器和互感器,4-2 自耦變壓器,自耦變壓器的基本方程式

9、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為,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,式中：,原邊回路電壓方程式為,4-2 自耦變壓器,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：,因?yàn)?代入 得,式中 稱為自耦變壓器副邊電壓的歸算值；,稱為自耦變壓器從高壓邊看的短路阻抗。,自耦變壓器的基本方程式和等效電路,基本方程式,自耦變壓器的基本方程式和等效電路,4-2 自耦變壓器,自耦變壓器的容量關(guān)系,自耦變壓器的額定容量(又叫通過容量) 和 繞組容量(又叫電磁容量)二者是不相等的，通過容量用 SaN 表示，指的是自

10、耦變壓器總的輸入或輸出容量。即,4-2 自耦變壓器,自耦變壓器的容量關(guān)系,式中： 稱為自耦變壓器的效益系數(shù),4-2 自耦變壓器,自耦變壓器的容量關(guān)系,結(jié)論：由電源通過變壓器傳到負(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Aa段繞組和ax段繞組之間電磁感應(yīng)傳過去的；另一部分為傳導(dǎo)容量，可以看做電流 通過傳導(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)功率。,4-2 自耦變壓器,自耦變壓器與雙繞組變壓器的比較,1）在變壓器額定容量(通過容量)相同時(shí)，自耦變壓器的繞組容量(電磁容量)比雙繞組

11、變壓器的小。 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)和通過的額定電流有關(guān)，也就是和繞組的容量有關(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。 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。,4-2 自耦變壓器,自耦變壓器與雙繞組變壓器的比較,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和減少了運(yùn)輸和安裝的困難；反過來說，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

12、，即提高了變壓器的極限容量。 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。,自耦變壓器的短路阻抗,自耦變壓器的短路阻抗Zka的測(cè)定：在高壓邊做穩(wěn)態(tài)短路試驗(yàn)求得。 圖表示在高壓邊測(cè)Zka的接法，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

13、的阻抗。,4-2 自耦變壓器,自耦變壓器的短路阻抗,根據(jù)等值電路關(guān)系，可得,這兩個(gè)阻抗的歐姆值雖然相等，但由于阻抗的基值不同，它們的標(biāo)么值是不相等的。,4-2 自耦變壓器,自耦變壓器的短路阻抗,比較上兩式，可以看出,討論：一臺(tái)短路阻抗標(biāo)么值為 的雙繞組變壓器改為自耦變壓器后，其短路阻抗標(biāo)么值減小至原來的( )倍。,自耦變壓器的短路阻抗,自耦變壓器的短路阻抗Zka的測(cè)定：在低壓邊做穩(wěn)態(tài)短路試驗(yàn)求得。 根據(jù)圖4-12(a)連線進(jìn)行穩(wěn)態(tài)短路試驗(yàn)，測(cè)得的短路阻抗Zka，從圖4-12(b)對(duì)應(yīng)的等效電路看出應(yīng)為,4-2 自耦變壓器,自耦變壓器的短路阻抗,如果按圖4-12(c)進(jìn)行相應(yīng)的雙繞組變壓器穩(wěn)態(tài)短

14、路試驗(yàn)，求得的短路阻抗 Zk應(yīng)為,4-2 自耦變壓器,自耦變壓器的短路阻抗,自耦變壓器的短路阻抗標(biāo)么值不論從低壓邊或高壓邊看都是一樣的。在這一點(diǎn)上和雙繞組變壓器比較是一樣的。,自耦變壓器的短路阻抗,結(jié)論：1）自耦變壓器的短路阻抗標(biāo)么值不論從低壓邊或高壓邊看都是一樣的，這一點(diǎn)和雙繞組變壓器比較是一樣的。 2）由于自耦變壓器的短路阻抗標(biāo)么值 是該變壓器改作雙繞組變 壓器時(shí)的短路阻抗標(biāo)么值 的 倍。因此自耦變壓器在負(fù)載時(shí)的電壓調(diào)整率 也較小，約為雙繞組變壓器的 倍，這是由于近似地與 成正比的緣故。 3 自耦變壓器的短路電流大約比雙繞組變壓器大1/kxy倍。這是因?yàn)槎搪冯娏髋c 成反比的緣故，這點(diǎn)對(duì)自耦變壓器來說是不利的。因此，必須加固自耦變壓器的機(jī)械結(jié)構(gòu)，來防止短路電流產(chǎn)生的機(jī)械力引起的破壞作用。,自耦變壓器的運(yùn)行問題,4）由于自耦變壓器的原、副邊有電路上的聯(lián)系，為了防止由于高壓邊單相接地故障而引起低壓邊的過電壓，用在電網(wǎng)中的三相自耦變壓器的中點(diǎn)必須可靠地接地。,5）由于原、副邊有電路上的聯(lián)系，高壓邊遭受到過電壓時(shí)，也會(huì)傳到低壓邊。為了避免發(fā)生危險(xiǎn)，須在原、副邊都裝避雷器。為了安全起見，配電變壓器都不采用自耦變壓器。 6）由于自耦變壓器的短路電流比雙繞組變壓器的大。為此，運(yùn)行中必須采取限制短路電流的措施。,