電機(jī)學(xué)－三繞組變壓器和自耦變壓器

1、內(nèi)容回顧三相變壓器的不對稱運(yùn)行 分析方法：對稱分量法 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，零序電流激勵的主磁通，其磁路與正序電流激勵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，因此零序激磁阻抗 Zm0

2、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稱運(yùn)行YN,d聯(lián)結(jié)時，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稱運(yùn)行 Y,yn聯(lián)結(jié)的單相負(fù)載運(yùn)行對于三相變壓器組，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，因此副邊的零序電流全部成為激磁性質(zhì)的，從而在

3、鐵心內(nèi)產(chǎn)生零序主磁通 ，感應(yīng)零序電動勢 ，迭加到正序電動勢上，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，零序電動勢較大，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原繞組、兩個副繞組或兩個原繞組一個副繞組。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 為了絕緣方便，高壓繞組部放在最外邊。 對于

4、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。 對于升壓變壓器，為了使磁場分布均勻，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系統(tǒng)向一個負(fù)載 供電，如圖4-2(a)所示。 2）發(fā)電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

5、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繞組中容量最大的一個 繞組的容量。為了使產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化起見，一般三個繞組的容 量配合有下列三種。 注意：用標(biāo)么值計算時，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 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

6、三繞組變壓器的磁動勢方程式3三繞組變壓器的電動勢平衡方程式 3三繞組變壓器的電動勢平衡方程式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)測定三繞組變壓器簡化等效電路中的參數(shù)可通過三個穩(wěn)定短路試驗測定 、穩(wěn)態(tài)短路試驗測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

7、耦變壓器可以由一臺雙繞組變壓器演變過來。設(shè)有一臺雙繞組變壓器，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。而副繞組還同時作為副邊，它的兩個端點(diǎn)接到負(fù)載阻抗ZL，便演變成了一臺降壓自耦變壓器。 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

8、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勢 應(yīng)等于串聯(lián)繞組的磁動勢 與公共繞組的磁動勢 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 由節(jié)點(diǎn) a 可列出電流方程 把上式代入磁動勢方程式 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

9、,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：因為代入 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

10、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，自耦變壓器的繞組容量(電磁容量)比雙繞組變壓器的小。2）變壓器硅鋼片和銅線的用量與繞組的額定感應(yīng)電動勢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

11、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，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

12、、副邊有電路上的連接，會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合。 自耦變壓器的短路阻抗自耦變壓器的短路阻抗Zka的測定：在高壓邊做穩(wěn)態(tài)短路試驗求得。 圖表示在高壓邊測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，所以實際上就等于將電壓Uk加在繞組Aa段上。因此，由高壓邊測得的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所測得的阻抗。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：一臺短路阻抗標(biāo)么值為