電機(jī)學(xué)第03章課件

1、3.1 三相變壓器的磁路系統(tǒng) 三相變壓器主要有兩種結(jié)構(gòu)形式，一種是由三臺(tái)單相變壓器組合而成，稱為三相組式變壓器或三相變壓器組，另一種形式是三柱式鐵心變壓器，稱為心式變壓器。兩種形式的變壓器磁路系統(tǒng)完全不同。 1.三相組式變壓器的磁路系統(tǒng) 把三臺(tái)獨(dú)立的單相變壓器的繞組按一定方式作三相聯(lián)接，構(gòu)成一臺(tái)三相變壓器。 圖31 三相組式變壓器的磁路特點(diǎn)：各相磁路彼此獨(dú)立，各不相關(guān)，各相主磁通以各自的鐵心構(gòu)成回路。若在三相繞組接三相對(duì)稱電源，三相主磁通對(duì)稱，三相空載電流也對(duì)稱。2.三相心式變壓器磁路系統(tǒng)特點(diǎn)是：各相磁路彼此相關(guān)，每相磁通必須通過另外兩相才能構(gòu)成閉合回路。圖32 三相心式變壓器的磁路(a) 四

2、柱對(duì)稱鐵心 (b)三柱對(duì)稱鐵心 (c)同一平面三柱非嚴(yán)格對(duì)稱鐵心3.2 三相變壓器的電路系統(tǒng)聯(lián)結(jié)組一、繞組端點(diǎn)的標(biāo)志與極性 高壓繞組的某一端頭電位為正時(shí)，低壓繞組必有一個(gè)端頭電位也為正，這兩個(gè)具有相同極性的對(duì)應(yīng)端頭稱為同極性端（或同名端），用符號(hào)“ ”表示。 繞組名單相變壓器三相變壓器首端末端首端末端中點(diǎn)高壓繞組AXA B CX Y ZN低壓繞組axa b cx y zn圖33 繞組的標(biāo)志、極性和電動(dòng)勢(shì)相量圖(a)高、低壓繞組首端為同名端標(biāo)注時(shí)的情況 (b)高、低壓繞組首端為異名端標(biāo)注時(shí)的情況二、三相變壓器的聯(lián)接方式圖34 三相繞組的聯(lián)接方式 (a)三相繞組Y接 (b)三相繞組D接（AXCZB

3、Y） (c) 三相繞組D接（AXBYCZ） 三、變壓器的聯(lián)接組標(biāo)號(hào)的判定1.單相變壓器的聯(lián)接組 時(shí)鐘表示法：把高壓繞組的相電動(dòng)勢(shì)相量看作時(shí)鐘的長(zhǎng)針，并把其固定指向時(shí)鐘的12點(diǎn)位置。而把低壓繞組的相電動(dòng)勢(shì)相量看作時(shí)鐘的短針，短針?biāo)傅臄?shù)字作為繞組的聯(lián)接組標(biāo)號(hào)。 對(duì)于圖33(a)情況，聯(lián)接組為Ii0，其中Ii表示高、低壓繞組都是單相，“0”表示0點(diǎn)聯(lián)接。對(duì)于如圖33(b)情況，聯(lián)接組為Ii6，其中“6”表示6點(diǎn)聯(lián)接。 2.三相變壓器的電路系統(tǒng)聯(lián)接組標(biāo)號(hào)(1)Yy0聯(lián)接組(2)Yd11聯(lián)接組 (a) (b)圖36 Yd11聯(lián)接組(a)繞組聯(lián)接圖 (b)相量圖 在高壓繞組的聯(lián)接和標(biāo)記不變，而只改變低壓

4、側(cè)的聯(lián)接或標(biāo)記的情況下，其規(guī)律歸納起來有以下三點(diǎn)：1)對(duì)調(diào)低壓繞組的首末端標(biāo)記，即高、低壓繞組的首端由同名端改為異名端，其聯(lián)接組標(biāo)號(hào)加6個(gè)鐘點(diǎn)數(shù)。2)低壓繞組的首末端點(diǎn)順著相序移一相(abccab)，則聯(lián)接組標(biāo)號(hào)加4個(gè)鐘點(diǎn)數(shù)。3)高、低繞組聯(lián)接相同(Yy或Dd)時(shí)，其聯(lián)接組標(biāo)號(hào)為偶數(shù)；高、低壓繞組聯(lián)接不相同(Yd或Dy)時(shí)，其聯(lián)接組的標(biāo)號(hào)為奇數(shù)。電力變壓器有五種聯(lián)接組，分別是：Y，d11聯(lián)接組：用于低壓側(cè)電壓超過400V，高壓側(cè)電壓在35kV以下，容量5600kVA以下的場(chǎng)合。YN，d11聯(lián)接組：用在高壓側(cè)需要中性點(diǎn)接地，電壓一般在35110kV以上的場(chǎng)合。Y，yn0聯(lián)接組：用在低壓側(cè)為400

5、V的配電變壓器中，供給三相負(fù)載和單相照明負(fù)載，高壓側(cè)電壓不超過35kV，容量不超過1800kVA。YN，y0聯(lián)接組：用于高壓側(cè)中性點(diǎn)需要接地的場(chǎng)合。Y，y0聯(lián)接組：用在只供三相動(dòng)力負(fù)載的場(chǎng)合。 最常用的聯(lián)接方式是Y，y0和Y，d11兩種。1.Yy聯(lián)結(jié)的組式變壓器 對(duì)于Yy聯(lián)接的組式變壓器，一次繞組勵(lì)磁電流中三次諧波電流無法流通，所以，勵(lì)磁電流近似為正弦波。磁路飽和時(shí)，其所產(chǎn)生的主磁通必然是平頂波，平頂波磁通波形中除了基波磁通外，還含有三次諧波磁通，這里將其它高次諧波忽略。 三相組式變壓器中，各相磁路相互獨(dú)立，三次諧波磁通和基波磁通一樣，沿主磁路閉合，磁路對(duì)三次諧波的磁阻小，三次諧波磁通較大，所

6、以主磁通為平頂波。3.3 三相變壓器空載電動(dòng)勢(shì)波形圖37 正弦波電流產(chǎn)生的主磁通波形 三次諧波磁通與基波磁通一樣，將在變壓器一、二次繞組感應(yīng)三次諧波電勢(shì)，有時(shí)可達(dá)到基波電勢(shì)的45-60。 基波電勢(shì)和三次諧波電勢(shì)疊加，得到變壓器空載時(shí)的相電勢(shì)波形為尖頂波，如圖38所示。 從圖中可以看出，相電勢(shì)波形嚴(yán)重畸變，其所產(chǎn)生的尖峰電壓可能危害繞組的絕緣。 圖38 平頂波磁通產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)波形 2.Yy聯(lián)結(jié)的心式變壓器 對(duì)于Yy聯(lián)結(jié)的心式變壓器，其一次勵(lì)磁電流也近似為正弦波，但由于心式變壓器三相磁路彼此相關(guān)，各相的三次諧波磁通大小相等、相位相同，不能沿主磁路閉合，只能借助油、油箱壁等形成閉合回路，該磁路磁阻大

7、，使三次諧波磁通大大削弱，三相心式變壓器中主磁通波形接近正弦波，從而相電勢(shì)波形也接近正弦波。 所以，三相心式變壓器可以采用Yy聯(lián)結(jié)方式。 圖39 三相鐵心式變壓器Yy聯(lián)接時(shí)三次諧波磁通的路徑 三次諧波磁通在變壓器油箱壁等構(gòu)件中引起三倍頻率的渦流損耗，使變壓器局部發(fā)熱和損耗增加，所以容量大于1800kVA的變壓器不采用Yy聯(lián)結(jié)方式。二、.Dy 和Yd聯(lián)結(jié)的三相變壓器 Dy聯(lián)結(jié)的變壓器，一次繞組的三角形接法使空載電流中的三次諧波分量可以在閉合的三角形回路中流通，所以各相繞組空載電流為尖頂波，在鐵心中建立的主磁通波形為正弦波，繞組中感應(yīng)的相電勢(shì)波形也為正弦波。Yd聯(lián)結(jié)的變壓器（組式和心式），其一次繞

8、組中無三次諧波勵(lì)磁電流流通，所以主磁通中將有三次諧波磁通，諧波磁通在一、二次繞組的相電勢(shì)中感應(yīng)三次諧波電勢(shì)。由于二次繞組為三角形聯(lián)結(jié)，二次側(cè)三相的三次諧波電勢(shì)在閉合的三角形內(nèi)形成三次諧波環(huán)流。由于一次繞組中無三次諧波電流與之平衡，所以二次繞組的三次諧波電流起著勵(lì)磁作用。 這樣可以認(rèn)為鐵心中的主磁通是由一次側(cè)的正弦波空載電流和二次側(cè)三次諧波電流共同建立，二次側(cè)的三次諧波電流產(chǎn)生的三次諧波磁通對(duì)一次繞組的三次諧波磁通起去磁作用，所以三次諧波磁通被削弱，相電勢(shì)中的三次諧波分量很小，因此相電勢(shì)波形近似為正弦波。 三相變壓器的一、二次繞組中只要有一側(cè)接成三角形，就能保證感應(yīng)電勢(shì)波形接近正弦波。大容量電力

9、變壓器若需接成Yy聯(lián)結(jié)，可以在鐵心柱上另加一套第三繞組，并接成三角形，此繞組不接電源也不接負(fù)載，用以為三次諧波電流提供通路，防止相電勢(shì)波形發(fā)生畸變。圖310 三角形繞組中的三次諧波電流3.4 變壓器的并聯(lián)運(yùn)行圖311 兩臺(tái)變壓器并聯(lián)運(yùn)行圖 變壓器的并聯(lián)運(yùn)行：是指將變壓器的一、二次側(cè)繞組分別并聯(lián)到一、二次側(cè)公共母線上，共同對(duì)負(fù)載供電。 一、變壓器并聯(lián)運(yùn)行優(yōu)點(diǎn)（1）提高供電的可靠性。并聯(lián)運(yùn)行的變壓器，如果其中一臺(tái)發(fā)生故障或檢修，另外的變壓器仍照常運(yùn)行，供給一定的負(fù)載。（2）提高運(yùn)行效率。并聯(lián)運(yùn)行變壓器可根據(jù)負(fù)載的大小調(diào)整投入并聯(lián)的臺(tái)數(shù)，從而減小能量損耗，提高運(yùn)行效率。（3）減少備用容量，并可隨用電

10、量的增加，分批安裝變壓器，減少初次投資。 二、變壓器的并聯(lián)條件（1）各變壓器的一次和二次額定電壓相等，即各變壓器變比相等；（2）各變壓器一次和二次線電壓的相位差相同，即各變壓器連接組別相同；（3）各變壓器的阻抗電壓標(biāo)幺值相等，短路阻抗角也相等。圖314變壓器并聯(lián)運(yùn)行時(shí)簡(jiǎn)化等效電路圖 1.變比不相等時(shí)變壓器的并聯(lián)運(yùn)行三、變壓器的并聯(lián)條件分析 變比不同并聯(lián)要產(chǎn)生環(huán)流，為此，電力變壓器變比誤差一般都控制在0.5%以內(nèi)，環(huán)流不超過額定電流的5% 。2.聯(lián)結(jié)組別不同時(shí)的并聯(lián)運(yùn)行 取 為0.05，環(huán)流可達(dá)額定電流的5.2倍。圖313 Yy0與Yd11兩變壓器并聯(lián)時(shí)二次側(cè)電壓相量圖 3.阻抗電壓標(biāo)幺值不等時(shí)

11、的并聯(lián)運(yùn)行 圖314變壓器并聯(lián)運(yùn)行時(shí)簡(jiǎn)化等效電路圖 對(duì)于容量相差不太大的兩臺(tái)變壓器，其抗角差異不大，因此并聯(lián)運(yùn)行時(shí)負(fù)載系數(shù)僅決定于短路阻抗標(biāo)么值，可以忽略阻抗角差的影響 。3.5 三相變壓器的不對(duì)稱運(yùn)行一、對(duì)稱分量法圖315 對(duì)稱分量及其合成相量圖(a) 正序電流分量；(b) 負(fù)序電流分量；(c) 零序電流分量；(d) 合成電流由上可知，任何一組不對(duì)稱三相電流也可以分解出唯一的三組對(duì)稱分量 。二、三相變壓器的相序阻抗和相序等效電路1.正序阻抗 和正序等效電路正序阻抗，是變壓器在正序電壓作用下流過對(duì)稱的正序電流時(shí)反映出的阻抗。 圖316 正負(fù)序等效電路(a) 正序 (b) 負(fù)序2.負(fù)序阻抗 和負(fù)序等效電路 負(fù)序阻抗，是變壓器在負(fù)序電壓作用下流過對(duì)稱的負(fù)序電流時(shí)反映出的阻抗。 3.零序阻抗 和零序等效電路零序阻抗，是變壓器流過零序電流反映出來的阻抗。 (1)不同聯(lián)接方式對(duì)零序阻抗和等效電路的影響Yyn聯(lián)接組圖318 Yyn聯(lián)接組的零序電流及其等效電路(a) Yyn聯(lián)接圖 (b)等效電路2)YNd聯(lián)接組 圖319 YNd聯(lián)接組的零序電流及其等效電路 (a) YNd聯(lián)接圖 (b)等效電路 (2).磁路結(jié)構(gòu)對(duì)零序勵(lì)磁阻抗的影響三相組