12電機(jī)學(xué)－三相變壓器04

1、內(nèi)容回顧3-3三相變壓器空載運(yùn)行時(shí)的電動(dòng)勢(shì)波形在單相變壓器中，空載電流的波形當(dāng)磁路不飽和時(shí)，忽略鐵耗，則空載電流全部為磁化電流，此時(shí)i0和成線性關(guān)系。當(dāng)磁通按正弦規(guī)律變化時(shí)， i0也按正弦規(guī)律變化。當(dāng)磁路飽和時(shí)，i0 和為正弦波時(shí)，和它相平衡的電動(dòng)勢(shì)e1以及感應(yīng)該電動(dòng)勢(shì)的主磁通也應(yīng)是正弦波，激磁電流的波形畸變成尖頂波，飽和程度愈高，激磁電流的波形畸變得愈厲害。討論：尖頂波的激磁電流可分解為基波及3，5， 7等一系列奇次諧波，除基波外，主要是三次諧波。在三相變壓器中，由于原邊三相繞組的聯(lián)結(jié)方式不同， 空載電流中的三次諧波分量不一定能流通，這將影響主磁通與相電動(dòng)勢(shì)的波形，并且這種影響不僅與繞組的聯(lián)

2、結(jié)方式有關(guān)，還與三相變壓器的磁路系統(tǒng)有關(guān)。內(nèi)容回顧3-4三相變壓器的不對(duì)稱運(yùn)行分析方法：正序、負(fù)序、零序分量法CCAAABC10AAABCBBCC000240B240B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)?；蛘?，合成。寫成矩陣形式： 11 AAAA B A 20 C A求系數(shù)矩陣的逆陣，可得：AA21A 12 1AA 3B 0 1 AC三相變壓器的正、負(fù)、零序等效電路ArAramAmjxmxaAAaAmjxmxa零序等效電路：當(dāng)三相變壓器通入零序電流時(shí)，變壓器所表現(xiàn)的阻抗稱為零序阻抗。由于三

3、個(gè)零序電流大小相等、相位相同， 因此變壓器對(duì)于零序電流所表現(xiàn)的阻抗與正序和負(fù)序有所不同。(注意三相零序電流與三相三次諧波電流，雖然都是各相大小相等，相位相同，但它們有本質(zhì)的區(qū)別，即零序電流的頻率是基頻，而三次諧波電流的變化頻率為基頻的三倍)。變壓器的零序等效電路仍可用 T 形等效電路來(lái)表示。由于各相繞組的電阻與漏電抗和電流的相序沒(méi)有關(guān)系， 因此等效電路中的原、副繞組的漏阻抗與正序漏阻抗 Z1Z2 ，完全相同，但零序激磁阻抗卻可能與正序的不同，故用Z0 表示。m0A00A0a0A0AZ0m0a0變壓器的零序阻抗與磁路系統(tǒng)和繞組的聯(lián)結(jié)方式密切相關(guān)，現(xiàn)分別討論如下：磁路系統(tǒng)的影響：三相變壓器組：Zm

4、0 =Zm三相心式變壓器： Zm0 Zm繞組聯(lián)結(jié)的影響：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(kāi)。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， 而不能流到外電路去，即在零序等效電路里，相當(dāng)于變壓器內(nèi)部短接，但從外部看進(jìn)去，應(yīng)該是開(kāi)路的， 因此接法不同，對(duì)外電路表現(xiàn)的零序阻抗不同。下面具體介紹不同聯(lián)結(jié)方式的變壓器的零序等效電路，注意零序電流流通情況。a3a300cb CBZ0m1Z0mAbabCBcZ0m1Z0macbacb300CBZ1ZZ0macbacbCB1Z0Zm0Abcbc3I00 CBZ0mZ1Z0m可見(jiàn)，從原邊和從副邊看，零序阻抗可以不相同。如YN,d聯(lián)結(jié)時(shí)，從 Y

5、N方面看，零序阻抗0Z0Z0ZZ1 m20Zm Z2而從三角形接法方面看，零序電流為零，零序阻抗Z 0 零序激磁阻抗的測(cè)定：將變壓器副邊(或原邊)三相繞組串聯(lián)起來(lái)，加上單相電源，另一邊繞組開(kāi)路，如圖所示。WaAp0WI0VU0 x zU0bcm圖3-31測(cè)定Z0的接線圖m零序激磁阻抗的測(cè)定：這時(shí)通入三相繞組的電流，其大小和相位均相同， 相當(dāng)于通入零序電流。測(cè)出I0、U0及P0，可算出零序 阻抗：z0 r 0 x0 U03I023(I0 )2(z)2(r)2 00由于另一邊開(kāi)路，零序激磁阻抗為：rr00rrm2xxx00 xxxm2rZjx000 rZjxmmmm說(shuō)明：在零序等效電路中，電動(dòng)勢(shì)和

6、激磁電流與正序情況有相同的關(guān)系。mm0mm00Z0m分別是零序系統(tǒng)的激磁電流、零序激磁電流產(chǎn)生的零序磁通在繞組中感應(yīng)的零序電動(dòng)勢(shì)。三相變壓器3-4三相變壓器的不對(duì)稱運(yùn)行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。ABABCa aabc00ZL圖3-32Y,yn聯(lián)結(jié)帶單相負(fù)載運(yùn)行已知：電源電壓為三相對(duì)稱(正序)電壓，當(dāng)副邊空載時(shí)，ABC原繞組各相電壓為ABC、 ；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)，除副邊的其它量都不加撇號(hào)。z2外，求：負(fù)載電流、原邊各相電流和電壓，并做出

7、相量圖。ZkaAa1）做出各序等效電路； 0aAaA如何理解A00a0AZ0a0AZ0m0aAA0a2）列出邊界條件，計(jì)算各序等效電路中電流的各序分量； ZLI aI 0bc用對(duì)稱分量法求出副邊電流的各序分量為 ： 22I2a 12a 1a 1a1a2 a23 b 3 0 a 30 11 11 0a c a aaaaLL即副邊正序、負(fù)序和零序電流是相等的。aaaaLLaa Z3Z Z)ZkaAa時(shí)的等效電路；aa 0 1a3a 0aAaaZk a因此可以把各序等效電路串聯(lián)起來(lái)，如圖所示。1Z 0a0AZ0m0aa圖3-33各序等效電路ZkaAaZk 0aaAaZ1Z0a0AZ0mEa00a圖3

8、-34聯(lián)結(jié)帶單相負(fù)載的等效電路根據(jù)等效電路求負(fù)載電流；aa 0A0Aaa2ZkaaZ2 Zm3ZLaaaa 3aaaa A Ak2mL 2ZZ A Ak2mL 2Z1Z 1Z0 Z3k323mLAZ10ZZ3mL分析：ZZm對(duì)于三相變壓器組，0ZZm主要受0ZL 很小，負(fù)載Zm電流不大，在極端情況下，ZZm路時(shí) 0 ，即單相穩(wěn)態(tài)短Uz0IkA z0m3(Azm 3Im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。分析：mm Zm，因此負(fù)載電流主要由負(fù)載阻抗ZL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。根據(jù)磁動(dòng)勢(shì)

9、平衡關(guān)系求原邊電流；C由于原邊為Y聯(lián)結(jié)，零序電流不能流通，所以CAB0AB 00 13Aa 1 IA0 a03A 0 2 1 I3BA 1BA BA 30 0B 0 1 3CA1 2 2 AA0 03CC 00 1 13323AAA111 02 B BB 333CCCC CCC0 1 3 2 1332U AZ113kZ Z112203ZZm2LZ同理，可求出根據(jù)等效電路求原、副邊電壓；原邊電壓為 00Z 1 0AAAAAZ0ZA A amA3m2Zk Z2 Zm3ZL 同理，可求出B C副邊電壓可根據(jù)各序等效電路求出aa ZaAkaaAkaZak00(Z Z0)akaa2m若忽略漏阻抗壓降，則

10、aaaaamaaam A 0Aa0a0Z0 0 0Z 0Z0)aaaaAamAamA同理可求出b BcC做出相量圖；AAa0aAa0a 0CCbB0 0bBc0cab0b B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)A（ A ）上，使負(fù)載相 a 相的端電壓下降。在三相A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， 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。A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

11、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，以及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。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0 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

12、壓不對(duì)稱。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AZ10 ZZ3mL對(duì)于三相變壓器組，Z0= ，因此負(fù)載電流主要受mmZ0的限制，即使負(fù)載阻抗Z很小，負(fù)載電流也mL并不大。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。補(bǔ)充例題一臺(tái)單相變壓器，若其原邊電壓為正弦波， 則其原邊電動(dòng)勢(shì)波形為（ ）、主磁通的波形為（ ）；若磁路飽和，則其激磁電流的波形為（ ）。變壓器正序阻抗與負(fù)序阻抗的大?。?）， 變壓器零序阻抗的大小決定于（ ）。補(bǔ)充例題一臺(tái)變比為10的降壓變壓器，從低壓側(cè)做

13、空載實(shí)驗(yàn)求得副邊的勵(lì)磁阻抗標(biāo)幺值為16，則原邊勵(lì)磁阻抗標(biāo)幺值為（ ）。一臺(tái)變壓器原邊接在額定電壓的交流電網(wǎng)上副邊空載電壓與滿載電壓之比為1.04，則其電壓調(diào)整率為（）。補(bǔ)充例題考慮磁路飽和。Y，y2聯(lián)接組的三相變壓器組如外施電壓為正弦波，空載時(shí)原邊激磁電流波形 為（），主磁通波形為（），副邊相電動(dòng)勢(shì) 波形為（），副邊線電壓波形為（）；若改用Y，d11聯(lián)接組，外施電壓仍為正弦波，空載時(shí)原邊激磁電流波形為（），主磁通波形為（），副邊相電動(dòng)勢(shì)波形為（），副邊線電壓波形為（）；若改用D，y11聯(lián)接組，外施電壓仍為正弦波，空載時(shí)原邊激磁電流波形為（），主磁通波形為（），副邊相電動(dòng)勢(shì)波形為（），副邊線電壓

14、波形為（）。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。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。1 2 33211 3 2231123321132231降壓布置(b)升壓布置圖4-1三繞組變壓器繞組的布置1-高壓繞組；2-中壓繞組；3-低壓繞組三繞組變壓器的分類和用途分類：?jiǎn)蜗嗳@組變壓器三相三繞組變壓器用途：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，如圖所示。2）發(fā)電廠利用三繞組變壓器將發(fā)出的電能采用兩種電壓輸送到不同的電網(wǎng)，如圖所示。U1110kVUU3U330kV1U2121kVU2 10.5kV(a)圖4-2三繞組變壓器的用途242kVU3三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