chapte3 三相變壓器

1、主要內(nèi)容：主要內(nèi)容：2. 掌握三相變壓器聯(lián)接組的判別方法3. 掌握三相變壓器空載運(yùn)行時(shí)主磁通、空載電流以及電動(dòng)勢(shì)的波形1. 了解三相變壓器磁路系統(tǒng)的特點(diǎn)4. 掌握變壓器并聯(lián)運(yùn)行的條件及原因5. 自學(xué)三相移相變壓器原理及方法1.三相變壓器組：三相變壓器組：由三個(gè)單相變壓器的鐵心組成。特點(diǎn)：三相磁路彼此無關(guān) 2.2.三鐵心柱變壓器三鐵心柱變壓器特點(diǎn)：磁路相互關(guān)聯(lián)，一相磁路以另外兩相磁路作為閉合磁路。變壓器的磁通中除基波磁通外，還含有諧波磁通，其中三的倍數(shù)次諧波在三鐵心柱和三相變壓器組中走過的路徑不同。以三相變壓器組為例，由于外加三相電壓對(duì)稱，三相磁通也應(yīng)對(duì)稱，所以流過中間鐵心柱的磁通總和為零。即：

2、0abc aibiciabc33cos3at 0333cos3(120 )cos3btt 0333cos3(240 )cos3ctt 目的：解決一二次繞組側(cè)匝間相位的改變問題。目的：解決一二次繞組側(cè)匝間相位的改變問題。在本教材中，是利用電勢(shì)在本教材中，是利用電勢(shì) 來比較相位來比較相位e同名端：即同極性端，在繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)同名端：即同極性端，在繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng) 勢(shì)的瞬時(shí)實(shí)際方向相同，同極性端與勢(shì)的瞬時(shí)實(shí)際方向相同，同極性端與 繞組繞向有關(guān)，用繞組繞向有關(guān)，用“ ”表示。表示。aeaeaeae4312m4312m1. 1. 單相變壓器繞組標(biāo)志（單相變壓器繞組標(biāo)志（i i，i i） 把高壓繞組

3、電動(dòng)勢(shì)相量看作為時(shí)鐘的分把高壓繞組電動(dòng)勢(shì)相量看作為時(shí)鐘的分 針，指向數(shù)字針，指向數(shù)字1212，把低壓繞組電動(dòng)勢(shì)相，把低壓繞組電動(dòng)勢(shì)相 量看作為時(shí)針，指向的數(shù)字即為鐘點(diǎn)數(shù)。量看作為時(shí)針，指向的數(shù)字即為鐘點(diǎn)數(shù)。高壓繞組：首端標(biāo)記為a，尾端標(biāo)記 為x低壓繞組：首端標(biāo)記為a， 尾端標(biāo)記 為x 采用時(shí)鐘法后，不必考慮繞組繞向，只要看變壓器連接組標(biāo)號(hào)即可知高低壓繞組電動(dòng)勢(shì)的相位關(guān)系。 時(shí)鐘法：時(shí)鐘法：連接組標(biāo)號(hào)連接組標(biāo)號(hào), 0i i2 2 單相變壓器連接組標(biāo)號(hào)單相變壓器連接組標(biāo)號(hào)maxaxaeaeaeae, 0i i連接組標(biāo)號(hào)連接組標(biāo)號(hào), 6i i2 2 單相變壓器連接組標(biāo)號(hào)單相變壓器連接組標(biāo)號(hào)maxax

4、aeaeaeae, 6i i(3)用時(shí)鐘表示法 規(guī)定 矢量始終指向12點(diǎn)位置。 若 也在0位置則同相位，表示為i i0 若 也在6位置則反相位，表示為i i6aeaeae2.2.單相變壓器的聯(lián)結(jié)組別單相變壓器的聯(lián)結(jié)組別(1)當(dāng)a, a為同名端 （簡(jiǎn)化 ）與 （簡(jiǎn)化 ）為同相位。axeaeaxeae(2)當(dāng)a, a為異名端 與 為反相位。aeae 從三個(gè)相繞組首端a、b、c通入電流，產(chǎn)生的各相磁通的方向指向同一個(gè)磁路節(jié)點(diǎn)，此時(shí)a、b、c三端點(diǎn)就是同極性端。三相繞組加三相對(duì)稱電壓時(shí)，其磁通總和必為零，即0abc 對(duì)于三鐵心柱三相變壓器，不僅每相的原、副邊繞組間存在極性端問題，而且三相繞組間存在相間

5、極性問題。高壓繞組:首端 a、b、 c，尾端 x、y、 z，中線 n 低壓繞組:首端 a、b、c，尾端 x、y、z，中線 n 3. 3. 三相變壓器繞組標(biāo)志三相變壓器繞組標(biāo)志xaaxbybyczczabc三相繞組的標(biāo)志方法：三相繞組的標(biāo)志方法：xaaxbybyczcz1 1）三相變壓器原副邊繞組同名端標(biāo)為首端）三相變壓器原副邊繞組同名端標(biāo)為首端2 2）三相變壓器原副邊繞組異名端標(biāo)為首端）三相變壓器原副邊繞組異名端標(biāo)為首端xaaxbybyczcz3 3）同一鐵心柱上的原副繞組標(biāo)以不同相的標(biāo)號(hào)，）同一鐵心柱上的原副繞組標(biāo)以不同相的標(biāo)號(hào)，但原副邊的相序必須一致但原副邊的相序必須一致xaaxbybyc

6、zczabcxyz1 1、星形接法、星形接法 y(yy(y或或y)y)相、線電動(dòng)勢(shì)關(guān)系：相、線電動(dòng)勢(shì)關(guān)系：ababbcbccacaeeeeeeeee相電動(dòng)勢(shì)：相電動(dòng)勢(shì)：aebece、線電動(dòng)勢(shì)：線電動(dòng)勢(shì)：abebcecae、abcaebecexyz一、三相繞組接法一、三相繞組接法abebcecaezacyxbaaex bbeyceczaxaebybeczceababcbcaceeeeeeabbbcccaaeeeeee 2 2、三角形接法、三角形接法 (d(d或或 d)d)zacyxbaeabeabeac, 0y yaexyzaeabeb1 1、y,y y,y 連接連接zacyxbaeabeaez

7、acxbyabe1）bcx yzaabexyzaebc, 10y yaaeabe2）zacyxbaeabezacxbaeyabebcxyzaaxczbyaeabeabeae, 11y d2 2、y,d y,d 連接連接zacyxbaeabeaezacxby1）abebcxyzaaeabeaxbyczaeabe, 1y dzacyxbaeabeaezacxby2）abebcxyza4 4、結(jié)論：、結(jié)論： 1）y y聯(lián)結(jié)方式，只能得到偶數(shù)的聯(lián)結(jié)組別。 2）yd或d y聯(lián)結(jié)方式，只能得到奇數(shù)的聯(lián)結(jié)組別。 3）三相雙繞組電力變壓器的標(biāo)準(zhǔn)連接組： yyn0, yd11, ynd11, yny0 和 yy

8、0 4 4）單相電力變壓器只有）單相電力變壓器只有 一種一種0ii 1)平行（方向相同或相反）或重合的兩個(gè)矢量是指一個(gè)鐵心柱上的高低壓繞組所表示的矢量。 2)把a(bǔ)和a重合，是為了使高、低壓繞組線電動(dòng)勢(shì)有公共的起點(diǎn)。3 3、畫圖的注意事項(xiàng)：、畫圖的注意事項(xiàng)： 為了充分利用鐵心，設(shè)計(jì)變壓器時(shí)，額定運(yùn)行點(diǎn)的磁通最大值 往往設(shè)計(jì)在鐵心飽和段，由于磁路飽和， 與 的關(guān)系是非線性的，它們的波形不可能同時(shí)為正弦波。m0i單相變壓器：在飽和情況下， 為尖頂波， 為正弦波。0( )i t( ) t三相變壓器與聯(lián)結(jié)方式有關(guān)abcxyz一、一、 y, y y, y 接接 對(duì)于對(duì)于y y接，由于接，由于 中不包括三次

9、諧波，中不包括三次諧波，其波形接近正弦波，其波形接近正弦波， 為正弦波為正弦波 為平頂波為平頂波( ) t基 波 磁 通三 、 五 等 奇 次 諧 波 磁 通0( )i t0( )i t33cos3amiit0333cos3(120 )cos3bmmiitit0333cos3(240 )cos3cmmiitit3330abciii1 1、三相變壓器組、三相變壓器組0()i 正弦波()平頂波1()正弦波3()正弦波13()eee尖頂波原邊原邊繞組繞組1()e正弦波原邊原邊繞組繞組3()e正 弦 波思考：線電動(dòng)勢(shì)的波形如何？思考：線電動(dòng)勢(shì)的波形如何？ 平頂磁通在原副邊繞組中感應(yīng)尖頂波形電動(dòng)勢(shì)，平頂

10、磁通在原副邊繞組中感應(yīng)尖頂波形電動(dòng)勢(shì)，對(duì)繞組絕緣造成很大威脅。所以，三相變壓器組不對(duì)繞組絕緣造成很大威脅。所以，三相變壓器組不采用采用yyyy連接。連接。結(jié)論：結(jié)論：由于由于 很弱，很弱， 也很小也很小 接近正弦。接近正弦。33e13eee2 2、三鐵心柱式變壓器、三鐵心柱式變壓器所以所以1800kva1800kva及以下容量的變壓器可采用此接法。及以下容量的變壓器可采用此接法。0()i 正弦波()平頂波1()正弦波3()正弦波原邊原邊繞組繞組1()e正弦波13()e正弦波23()e正弦波二、二、 y, d y, d 接法接法e23在閉合的副邊繞組中產(chǎn)生三次諧波電流i23 副邊產(chǎn)生三次諧波磁通

11、，此磁通(副邊)對(duì)原邊三次諧波磁通起去磁作用，使三次諧波合成磁通減弱，從而三次諧波電動(dòng)勢(shì)減弱。因此相電動(dòng)勢(shì) 接近正弦波。e勵(lì)磁電流勵(lì)磁電流三次諧波三次諧波主磁通主磁通三次諧波三次諧波相電動(dòng)勢(shì)相電動(dòng)勢(shì)應(yīng)用應(yīng)用y, y心式心式無無弱弱(走漏磁路走漏磁路)正弦正弦1800kva以上不用以上不用y, y組式組式無無 強(qiáng)強(qiáng)(走主磁路走主磁路)尖頂尖頂不用不用y n, y有有(經(jīng)中線經(jīng)中線)無無正弦正弦可用可用y, y n有有(經(jīng)中線經(jīng)中線)無無正弦正弦可用可用y, d (d, y)有有(中有中有)可略去可略去接近正弦接近正弦可用可用不同磁路、聯(lián)結(jié)組別對(duì)相電動(dòng)勢(shì)波形影響不同磁路、聯(lián)結(jié)組別對(duì)相電動(dòng)勢(shì)波形影響

12、acbc cbbc cc2c1b2b1a2a1aaacbc cbbc cc2c1b2b1a2a1aa r1r1r2r2e1e1e2e2r ri2 22 21 11 1r1r1r2r2e1e1e2e2r r2 21 12 21 1r1r1r2r2e1e1e2e2r r2 21 12 21 1acbc cbbc cc2c1b2b1a2a1aaacbc cbbc cc2c1b2b1a2a1aakzkz111uuuci2u2u1u1u1u2u負(fù)負(fù)載載axaxk1k2u112202011uuuuuuukk112020uuuukk1)1)、 和和 都斷開：都斷開：k1k2121211222kkzzzzk

13、zzzzzzk注：注：11ckkuuizz2)2)、刀閘、刀閘 閉合，產(chǎn)生環(huán)流閉合，產(chǎn)生環(huán)流kci2u2u1u1u1u2u負(fù)負(fù)載載axax1k2u3 3）、刀閘）、刀閘 閉合，副邊端電壓變化不大，循環(huán)電閉合，副邊端電壓變化不大，循環(huán)電流和空載運(yùn)行時(shí)差不多一樣大。流和空載運(yùn)行時(shí)差不多一樣大。1k 負(fù)載時(shí)副邊電流分別為負(fù)載時(shí)副邊電流分別為 和和 ，則副邊總，則副邊總電流各為：電流各為：ii22cciiiiii 因?yàn)橐驗(yàn)?，該，該變壓器負(fù)荷加重，可變壓器負(fù)荷加重，可輸出容量減小。輸出容量減小。2ii結(jié)論：要求變比結(jié)論：要求變比 k k 相差小于相差小于0.5%0.5%ci2u2u1u1u1u2u負(fù)負(fù)

14、載載axax1k2u2ua(a)a(a)b babuabuabu22222sin150.5185.18nnckkuuuuizz0.1kkzz111:kkkiiizzz1iiii各變壓器電流與總電流的關(guān)系各變壓器電流與總電流的關(guān)系abkkkui zi zi z11kkkxtgiiiir1i1u2ulzkzkzkziiiab111:kkkiiizzz111:kkkiiizzzkabuiii1i1u2ukkkzzzabkkkui zi zi z當(dāng)總電流當(dāng)總電流 一定時(shí)，只有各短路阻一定時(shí)，只有各短路阻抗角抗角 相等時(shí)有相等時(shí)有1iiiik1i:nnnkkksssiiissszzz111:kkkiii

15、zzz2111nknkszuzlssss211113(= ) 33nnnnkkkknnnuuuuyzzzzssi接 ：負(fù)載分配與變壓器額定容量的關(guān)系負(fù)載分配與變壓器額定容量的關(guān)系例題例題：兩臺(tái)變壓器并聯(lián)運(yùn)行，有關(guān)數(shù)據(jù)為：兩臺(tái)變壓器并聯(lián)運(yùn)行，有關(guān)數(shù)據(jù)為： 1800, 11,35/10,0.08251000, 11,35/10,0.0675nknkskvay dkvzskvay dkvz當(dāng)負(fù)載為當(dāng)負(fù)載為 時(shí)，時(shí)，2800lskva求求: :（1 1）每臺(tái)變壓器的電流、輸出容量及負(fù)載系數(shù)。）每臺(tái)變壓器的電流、輸出容量及負(fù)載系數(shù)。（2 2）若不使任何一臺(tái)變壓器過載，能擔(dān)負(fù)的最）若不使任何一臺(tái)變壓器過載

16、，能擔(dān)負(fù)的最 大負(fù)載是多少？設(shè)備總?cè)萘坷寐适嵌嗌伲看筘?fù)載是多少？設(shè)備總?cè)萘坷寐适嵌嗌伲?當(dāng)變壓器突然改變負(fù)載、空載合閘到電源、二次繞組當(dāng)變壓器突然改變負(fù)載、空載合閘到電源、二次繞組突發(fā)短路或受到過電壓沖擊等，變壓器各電磁量就要發(fā)生突發(fā)短路或受到過電壓沖擊等，變壓器各電磁量就要發(fā)生驟烈的變化，其持續(xù)過程稱為過渡過程。驟烈的變化，其持續(xù)過程稱為過渡過程。 分析變壓器的過渡過程，主要是由于此過程會(huì)出現(xiàn)過分析變壓器的過渡過程，主要是由于此過程會(huì)出現(xiàn)過電壓或過電流，在極短的時(shí)間內(nèi)也會(huì)對(duì)變壓器造成破壞。電壓或過電流，在極短的時(shí)間內(nèi)也會(huì)對(duì)變壓器造成破壞。 概概 述述一、變壓器空載合閘到電源一、變壓器空載

17、合閘到電源 變壓器副邊開路空載，原邊合閘接到電源稱為空載合變壓器副邊開路空載，原邊合閘接到電源稱為空載合閘閘k2n0i1u1n當(dāng)時(shí)間當(dāng)時(shí)間t=0t=0時(shí)空載合閘，時(shí)空載合閘，電源電壓為：電源電壓為：1102sinuuta 合閘時(shí)電壓合閘時(shí)電壓 的初相角的初相角 01uk2n0i1u1n10 1102sintdni rutadt101tnil1111012sinttdrnnutadtl 瞬變過程中勵(lì)磁電流瞬變過程中勵(lì)磁電流 與電感與電感 的關(guān)系：的關(guān)系：1l0i合閘后微分方程式為：合閘后微分方程式為：( (設(shè)穩(wěn)態(tài)空載運(yùn)行時(shí)不考慮鐵心飽和問題設(shè)穩(wěn)態(tài)空載運(yùn)行時(shí)不考慮鐵心飽和問題) )解上式常系數(shù)非齊

18、次微分方程得：解上式常系數(shù)非齊次微分方程得：11rtlce 1122111()mmlunrlt 000sin90cosmmtata 110cosrtltmtace 設(shè)合閘時(shí)（設(shè)合閘時(shí)（t=0t=0），鐵心中沒有剩磁），鐵心中沒有剩磁 , ,1100cos0rtlttmtace 00t0cosmca 1100coscosrtltmmtaa e 110cosrtltmtace 1.1.當(dāng)電源電壓初相位角當(dāng)電源電壓初相位角 時(shí)合閘時(shí)合閘 00900cos90sintmmtt 合閘后就進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)，不發(fā)生瞬態(tài)過程合閘后就進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)，不發(fā)生瞬態(tài)過程 t1u0 自由分量是直流指數(shù)衰減量，當(dāng)自由分量是直流

19、指數(shù)衰減量，當(dāng) 時(shí)，穩(wěn)時(shí)，穩(wěn)態(tài)分量與暫態(tài)分量相加可達(dá)最大值，接近態(tài)分量與暫態(tài)分量相加可達(dá)最大值，接近 。2m0180tt0pht1ut11cosrtltmmte 2.2.當(dāng)電源電壓初相位角當(dāng)電源電壓初相位角 時(shí)合閘時(shí)合閘000t0pht1u 當(dāng)已知變壓器空載接通電源其磁通隨時(shí)間變化關(guān)系后，當(dāng)已知變壓器空載接通電源其磁通隨時(shí)間變化關(guān)系后，可根據(jù)磁化特性曲線找出相應(yīng)的勵(lì)磁電流。可根據(jù)磁化特性曲線找出相應(yīng)的勵(lì)磁電流。 變壓器正常運(yùn)行時(shí)，磁路設(shè)計(jì)得已經(jīng)有點(diǎn)飽和，若在變壓器正常運(yùn)行時(shí)，磁路設(shè)計(jì)得已經(jīng)有點(diǎn)飽和，若在最不利的空載接通電源，磁通可能超過兩倍的最不利的空載接通電源，磁通可能超過兩倍的 ，鐵心，鐵

20、心非常飽和，勵(lì)磁電流非常飽和，勵(lì)磁電流 很大，可達(dá)額定電流的很大，可達(dá)額定電流的3-53-5倍。倍。m0mim2m0t0i0mi0i 在變壓器空載接通電源的過程中，隨著自由分量磁通在變壓器空載接通電源的過程中，隨著自由分量磁通的衰減，勵(lì)磁電流也要衰減，衰減的時(shí)間常數(shù)為：的衰減，勵(lì)磁電流也要衰減，衰減的時(shí)間常數(shù)為：11lrt00i結(jié)結(jié) 論：論： 空載合閘電流對(duì)變壓器本身沒有多大危害，但若空載合閘電流對(duì)變壓器本身沒有多大危害，但若衰減較慢時(shí)，可能引起過電流保護(hù)裝置動(dòng)作而跳閘。衰減較慢時(shí)，可能引起過電流保護(hù)裝置動(dòng)作而跳閘。為了避免這種情況，在變壓器原邊串一個(gè)附加電阻，為了避免這種情況，在變壓器原邊串

21、一個(gè)附加電阻，這樣可減少?zèng)_擊量，也可使沖擊迅速衰減，合閘完這樣可減少?zèng)_擊量，也可使沖擊迅速衰減，合閘完畢，再將該電阻切除。畢，再將該電阻切除。 由于三相變壓器三相互差由于三相變壓器三相互差1201200 0，相位總會(huì)在合，相位總會(huì)在合閘時(shí)有一相初相位接近于零，總會(huì)有一相電流較閘時(shí)有一相初相位接近于零，總會(huì)有一相電流較大。大。 變壓器穩(wěn)態(tài)短路電流已經(jīng)是額定電流的十幾倍到二十變壓器穩(wěn)態(tài)短路電流已經(jīng)是額定電流的十幾倍到二十幾倍左右，突然短路電流比穩(wěn)態(tài)電流還要大，同時(shí)產(chǎn)生的幾倍左右，突然短路電流比穩(wěn)態(tài)電流還要大，同時(shí)產(chǎn)生的沖擊電流會(huì)使機(jī)械力增大。沖擊電流會(huì)使機(jī)械力增大。 三相變壓器故障短路各種各樣：一

22、相接地、兩相短路、三相變壓器故障短路各種各樣：一相接地、兩相短路、兩相接地、三相短路等。兩相接地、三相短路等。 為了簡(jiǎn)單，此圖僅為了簡(jiǎn)單，此圖僅分析單相變壓器突然短分析單相變壓器突然短路的情況。路的情況。 當(dāng)變壓器一次繞組接額定電壓當(dāng)變壓器一次繞組接額定電壓 ，二次繞組發(fā)生突然，二次繞組發(fā)生突然短路，原短路，原 “ t t ” 形等效電路形等效電路 可簡(jiǎn)化為可簡(jiǎn)化為 “一一” 形等效電形等效電路。路。1ukrklu1i 由于由于 使磁路不飽和，電感可為常數(shù)，使磁路不飽和，電感可為常數(shù)，所以可用一次電流表示微分方程：所以可用一次電流表示微分方程：/11221i zi zu1110sin()kkmdili rutdt 雖然突然短路前可能已帶上負(fù)載，但負(fù)載電流