華北電力大學電機學課件三相變壓器

1、三相變壓器的聯(lián)結(jié)組三相變壓器的聯(lián)結(jié)組內(nèi)容回顧內(nèi)容回顧三相變壓器的聯(lián)結(jié)組的確定方法三相變壓器的聯(lián)結(jié)組的確定方法 線電動勢三角形重心重合法線電動勢三角形重心重合法 根據(jù)聯(lián)接組別作根據(jù)聯(lián)接組別作出三相繞組的連接圖（標記、同出三相繞組的連接圖（標記、同名端。名端。 已知三相繞組的連接圖（標記、同名端），確定已知三相繞組的連接圖（標記、同名端），確定聯(lián)結(jié)組別。聯(lián)結(jié)組別。三相變壓器三相變壓器3-3 3-3 三相變壓器空載運行時的電動勢波形三相變壓器空載運行時的電動勢波形 相電動勢相電動勢決定變壓器空載電動決定變壓器空載電動勢波形的因素？勢波形的因素？空載電流中的三次諧波分量能否空載電流中的三次諧波分量能否

2、流通？流通？取決于繞組的連接方取決于繞組的連接方式式還取決于三相變壓器的磁路系統(tǒng)還取決于三相變壓器的磁路系統(tǒng)三相變壓器三相變壓器結(jié)論：結(jié)論：1）三相變壓器組不能采用）三相變壓器組不能采用Y，y聯(lián)結(jié)。聯(lián)結(jié)。2）三相心式變壓器可以采用）三相心式變壓器可以采用Y，y聯(lián)結(jié)。但對容量大、電壓較高聯(lián)結(jié)。但對容量大、電壓較高 的三相心式變壓器，也不宜采用的三相心式變壓器，也不宜采用Y，y聯(lián)結(jié)。聯(lián)結(jié)。3）三相變壓器中，常希望原、副繞組中有一邊接成三角形，以）三相變壓器中，常希望原、副繞組中有一邊接成三角形，以 保證相電動勢接近于正弦形。在大容量的電力變壓器中，當保證相電動勢接近于正弦形。在大容量的電力變壓器中

3、，當 需要在原、副邊都接成星形接法時，這時可以在鐵心柱上再需要在原、副邊都接成星形接法時，這時可以在鐵心柱上再 加上一個接成三角形的繞組。這個三角形聯(lián)結(jié)的第三繞組不加上一個接成三角形的繞組。這個三角形聯(lián)結(jié)的第三繞組不 帶負載，主要目的是為了提供三次諧波電流的通路。以保證帶負載，主要目的是為了提供三次諧波電流的通路。以保證 主磁通接近于正弦形，改善電動勢波形。主磁通接近于正弦形，改善電動勢波形。 研究意義研究意義 變壓器實際運行時，三相負載可能出現(xiàn)不對稱的變壓器實際運行時，三相負載可能出現(xiàn)不對稱的情況。例如，變壓器副邊接有單相電爐或電焊機等單情況。例如，變壓器副邊接有單相電爐或電焊機等單相負載、

4、照明負載三相分配不平衡。此外，當線路一相負載、照明負載三相分配不平衡。此外，當線路一相檢修，另外兩相繼續(xù)供電，都可能出現(xiàn)變壓器不對相檢修，另外兩相繼續(xù)供電，都可能出現(xiàn)變壓器不對稱運行情況。稱運行情況。 三相變壓器三相變壓器3-4 三相變壓器的不對稱運行三相變壓器的不對稱運行 本節(jié)討論的重點問題本節(jié)討論的重點問題 當三相負載電流不對稱時，變壓器內(nèi)部的阻抗壓降當三相負載電流不對稱時，變壓器內(nèi)部的阻抗壓降也不對稱，造成副邊三相電壓不對稱。也不對稱，造成副邊三相電壓不對稱。 一般情況下，由于變壓器內(nèi)部阻抗壓降較小，造成一般情況下，由于變壓器內(nèi)部阻抗壓降較小，造成的副邊電壓不對稱程度不大。因此，分析中不

5、予考慮。的副邊電壓不對稱程度不大。因此，分析中不予考慮。 本節(jié)主要討論本節(jié)主要討論 Y Y，yn yn 聯(lián)結(jié)的三相變壓器組不能帶聯(lián)結(jié)的三相變壓器組不能帶單相負載的問題。單相負載的問題。三相變壓器三相變壓器 分析方法：分析方法：對稱分量法對稱分量法三相對稱制：三相對稱制：所謂三相對稱制是指三個同單位的物理所謂三相對稱制是指三個同單位的物理量大小相等，彼此的相位差相同。前述分析的對稱運量大小相等，彼此的相位差相同。前述分析的對稱運行，其物理量就是三相對稱系統(tǒng)，其大小相等，相位行，其物理量就是三相對稱系統(tǒng)，其大小相等，相位彼此相差彼此相差120120度，達到最大值的先后次序是度，達到最大值的先后次序

6、是A-B-CA-B-C。實。實際上，三相對稱制不止一種，一般情況下，三相彼此際上，三相對稱制不止一種，一般情況下，三相彼此的相位差可為的相位差可為:32k三相變壓器三相變壓器 三相對稱制：三相對稱制： 當當k=1k=1時，三相互差時，三相互差120120度度，其相序為，其相序為A-B-CA-B-C，這種，這種相序稱為正序。相序稱為正序。 當當k=2k=2時，三相互差時，三相互差240240度，其相序為度，其相序為A-C-BA-C-B，這種，這種相序稱為負序。相序稱為負序。 當當k=0k=0時，三相互差時，三相互差0 0度度，即三相同相位，這種相，即三相同相位，這種相序稱為零序。序稱為零序。 相

7、量圖如圖相量圖如圖 ( (以電流為例以電流為例) )所示所示AIBICICIBIAI0AI0BI0CI120240AIBICICIBIAI0AI0BI0CI圖3-25 三相對稱制當當k=3k=3、4 4、55時，又重復上述三種情況。由此可時，又重復上述三種情況。由此可見，三相對稱制有三種，即正序、負序和零序。見，三相對稱制有三種，即正序、負序和零序。三相變壓器三相變壓器 分析方法：分析方法：對稱分量法對稱分量法 一組不對稱的三相正弦量可以分解成三組對稱的一組不對稱的三相正弦量可以分解成三組對稱的量。對稱分量法是一種線性變換，它是把不對稱的系量。對稱分量法是一種線性變換，它是把不對稱的系統(tǒng)分解成

8、三組對稱的系統(tǒng)。例如有一組不對稱電流，統(tǒng)分解成三組對稱的系統(tǒng)。例如有一組不對稱電流，可分解如下：可分解如下： AIBICI000CCCCBBBBAAAAIIIIIIIIIIII 同理，已知正序、負序和零序系統(tǒng)，可以得到不同理，已知正序、負序和零序系統(tǒng)，可以得到不對稱系統(tǒng)對稱系統(tǒng) 。CI120AIBICIBIAI0AI0BI0CI120AIAI0AIBIBI0BICICI0CIAIBICI分解出的對稱分量與不對稱分量的關(guān)系：分解出的對稱分量與不對稱分量的關(guān)系：引入算子引入算子，12321232132402120jejejj1j2120240圖3-27 算子的相量表示 引入引入的物理意義：的物理意

9、義：若某一相量乘以算子若某一相量乘以算子，則，則表示該相量的相位正向旋轉(zhuǎn)表示該相量的相位正向旋轉(zhuǎn)120120度；若乘以度；若乘以2 2，則表，則表示該相量正向旋轉(zhuǎn)示該相量正向旋轉(zhuǎn)240240度（或反向旋轉(zhuǎn)度（或反向旋轉(zhuǎn)120120度）。顯然，度）。顯然，1 12 20 0。因此，。因此，220000BACABACABACAIIIIIIIIIIII02020AAACAAABAAAAIIIIIIIIIIII寫成矩陣形式：寫成矩陣形式：02211111AAACBAIIIIIICBAAAAIIIIII1111131220求系數(shù)矩陣的逆陣，可得：求系數(shù)矩陣的逆陣，可得： 三相變壓器的各序等效電路三相變壓

10、器的各序等效電路正序、負序等效電路：正序、負序等效電路：正序等效電路：當三相變壓器內(nèi)通過正序電流時，變正序等效電路：當三相變壓器內(nèi)通過正序電流時，變壓器所表現(xiàn)的阻抗和等效電路就稱為正序阻抗和正序壓器所表現(xiàn)的阻抗和等效電路就稱為正序阻抗和正序等效電路等效電路 。 因為三相正序電流也是相位上彼此互差因為三相正序電流也是相位上彼此互差 120 120 度的對稱系統(tǒng)，正序的情況與第二章中所分析的度的對稱系統(tǒng)，正序的情況與第二章中所分析的三相對稱情況完全相同，其等效電路如圖所示。三相對稱情況完全相同，其等效電路如圖所示。 三相變壓器三相變壓器3-4 三相變壓器的不對稱運行三相變壓器的不對稱運行1r1jx

11、2r2x j mrmjxAIaIAUaUmI負序等效電路：負序等效電路：在變壓器原邊加上負序電壓所對應(yīng)的在變壓器原邊加上負序電壓所對應(yīng)的等效電路。由于負序電流在相位上仍然彼此相差等效電路。由于負序電流在相位上仍然彼此相差120120度，至于是度，至于是B B相超前還是相超前還是C C相超前，對變壓器三相磁路相超前，對變壓器三相磁路結(jié)構(gòu)引起的阻抗結(jié)構(gòu)引起的阻抗沒有影響。因此沒有影響。因此, ,變壓器的負序阻抗變壓器的負序阻抗和等效電路與正序相同，如圖所示和等效電路與正序相同，如圖所示 。1r1jx2r2x j mrmjxAUmIaUAIaI零序等效電路：零序等效電路：當三相變壓器通入零序電流時，

12、變壓器所表現(xiàn)的阻抗稱當三相變壓器通入零序電流時，變壓器所表現(xiàn)的阻抗稱為零序阻抗。由于三個零序電流大小相等、相位相同，為零序阻抗。由于三個零序電流大小相等、相位相同，因此變壓器對于零序電流所表現(xiàn)的阻抗與正序和負序有因此變壓器對于零序電流所表現(xiàn)的阻抗與正序和負序有所不同。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的三倍) )。變壓器的零序等

13、效電路仍可用變壓器的零序等效電路仍可用 T 形等效電路來表示。形等效電路來表示。 由于各相繞組的電阻與漏電抗和電流的相序沒有關(guān)系，由于各相繞組的電阻與漏電抗和電流的相序沒有關(guān)系，因此等效電路中的原、副繞組的漏阻抗與正序漏阻抗因此等效電路中的原、副繞組的漏阻抗與正序漏阻抗 Z1、 Z2 ，完全相同，但零序激磁阻抗卻可能與，完全相同，但零序激磁阻抗卻可能與正序的不同，故用正序的不同，故用 Zm0 表示表示 。0AI0aI0AU0aU0AE1Z2Z0mZ一相零序等效電路，指變壓器一相零序等效電路，指變壓器內(nèi)部、本身，與外電路未必連內(nèi)部、本身，與外電路未必連通！通！ 變壓器的零序阻抗與變壓器的零序阻抗

14、與磁路系統(tǒng)和磁路系統(tǒng)和繞繞組的聯(lián)結(jié)方式組的聯(lián)結(jié)方式密切相關(guān)，現(xiàn)分別討論如下：密切相關(guān)，現(xiàn)分別討論如下： 磁路系統(tǒng)的影響：磁路系統(tǒng)的影響：三相變壓器組：三相磁路互相獨立，由零序電流激勵三相變壓器組：三相磁路互相獨立，由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，因此零同，因此零序激磁阻抗與正序激磁阻抗相等，即序激磁阻抗與正序激磁阻抗相等，即 ： Zm0 = Zm 。 三相心式變壓器：如為三個心柱，則由零序激磁電流三相心式變壓器：如為三個心柱，則由零序激磁電流所激勵的三個同相的零序主磁通不能在鐵心內(nèi)形成閉所激勵的三個同相的零序主磁通不

15、能在鐵心內(nèi)形成閉合磁路，類似于三次諧波磁通的磁路，通過鐵心外部合磁路，類似于三次諧波磁通的磁路，通過鐵心外部的油道、箱壁等部件形成閉合磁路。的油道、箱壁等部件形成閉合磁路。該磁路的磁阻比正序主磁通通過鐵心閉合時大得多，該磁路的磁阻比正序主磁通通過鐵心閉合時大得多，因此零序激磁阻抗因此零序激磁阻抗 Zm0要比正序激磁阻抗小得多，即：要比正序激磁阻抗小得多，即： Zm0 Zm Xm 的參數(shù)表達式的參數(shù)表達式 。繞組聯(lián)結(jié)的影響：繞組聯(lián)結(jié)的影響：星形聯(lián)結(jié)：零序電流不能流通，此時等效電路在這一星形聯(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。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，

16、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，相當于而不能流到外電路去，即在零序等效電路里，相當于變壓器內(nèi)部短接，但從外部看進去，應(yīng)該是開路的，變壓器內(nèi)部短接，但從外部看進去，應(yīng)該是開路的，因此接法不同，對外電路表現(xiàn)的零序阻抗不同。因此接法不同，對外電路表現(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，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。注意零序電流流通情況。ABCabc03I01Z2Z0mZABCabc1Z2Z0mZABCabc03I01Z2Z0mZABCabc1Z2Z0mZABCabc03I01Z2

17、Z0mZ 可見，從原邊和從副邊看，零序阻抗可以不相同。例可見，從原邊和從副邊看，零序阻抗可以不相同。例如如YN,d 聯(lián)結(jié)時，從聯(lián)結(jié)時，從 YN 方面看，零序阻抗方面看，零序阻抗而從三角形接法方面看，零序電流為零，零序阻抗而從三角形接法方面看，零序電流為零，零序阻抗202010ZZZZZZmm0Z零序激磁阻抗的測定零序激磁阻抗的測定： 將變壓器副邊將變壓器副邊(或原邊或原邊)三相繞組串聯(lián)起來，加上三相繞組串聯(lián)起來，加上單相電源，另一邊繞組開路，如圖所示。單相電源，另一邊繞組開路，如圖所示。零序激磁阻抗的測定零序激磁阻抗的測定： 這時通入三相繞組的電流，其大小和相位均相同，這時通入三相繞組的電流，

18、其大小和相位均相同，相當于通入零序電流。測出相當于通入零序電流。測出I0、 U0及及P0 ，可算出零序，可算出零序阻抗：阻抗：202002000000)()()(33rzxIPrIUz由于另一邊開路，零序激磁阻抗為：由于另一邊開路，零序激磁阻抗為： 說明：在零序等效電路中，電動勢和激磁電流與正序說明：在零序等效電路中，電動勢和激磁電流與正序情況有相同的關(guān)系。情況有相同的關(guān)系。000mmZIE000200200mmmmmjxrZxxxrrr0mI0E分別是零序系統(tǒng)的激磁電流、分別是零序系統(tǒng)的激磁電流、零序激磁電流產(chǎn)生的零序磁通零序激磁電流產(chǎn)生的零序磁通在在繞組繞組中感應(yīng)的零序電動中感應(yīng)的零序電動勢。勢。 Y,ynY,yn聯(lián)結(jié)的三相變壓器帶單相負載運行聯(lián)結(jié)的三相變壓器帶單相負載運行Y,yn Y,yn 聯(lián)結(jié)聯(lián)結(jié) a a 相帶單相負載，相帶單相負載，b b、c c兩相開路時的情況。兩相開路時的情況。 三相變壓器三相變壓器3-4 三相變壓器的不對稱運行三相變壓器的不對稱運行圖3-32