《航空電機學(xué)》課件第6章三相變壓器與特殊變壓器

1、第六章 三相變壓器與特殊變壓器16.1三相變壓器的基本結(jié)構(gòu)2 6.2 三相變壓器的繞組連接法及組別變壓器可以變電壓、變電流、變阻抗，還可以變相位 單相變壓器1、2次側(cè)可同相、反相 三相變壓器的1、2次側(cè)均有A、B、C三相繞組，它們之間的不同的聯(lián)結(jié)方式可改變變壓器的1、2次側(cè)的相位。3變壓器繞組首、末端的標(biāo)志 4繞組的極性： 同極性(名)端：由于變壓器高、低壓繞組交鏈著同一主磁通，當(dāng)某一瞬間高壓繞組的某一端為正電位時，在低壓繞組上必有一個端點的電位也為正，則這兩個對應(yīng)的端點稱為同極性端，并在對應(yīng)的端點上用符號“ 或*”標(biāo)出。 注意：繞組的極性只決定于繞組的繞向，與繞組首、尾端的標(biāo)志無關(guān)。規(guī)定繞組

2、電動勢的正方向為從首端指向末端。5當(dāng)同一鐵心柱上高、低壓繞組首端的極性相同時，其電動勢相位相同。當(dāng)首端極性不同時，高、低壓繞組電動勢相位相反。6 變壓器高、低壓繞組對應(yīng)的線電動勢之間的相位差，通常用時鐘法來表示，稱為變壓器的聯(lián)結(jié)組。即把高壓繞組的線電動勢相量作為時鐘的長針，且固定指向12的位置，對應(yīng)的低壓繞組的線電動勢相量作為時鐘的短針，其所指的鐘點數(shù)就是變壓器聯(lián)結(jié)組的標(biāo)號。 變壓器連接組別定義7單相變壓器繞組的標(biāo)志方式對于單相變壓器，當(dāng)高、低壓繞組電動勢相位相同時，聯(lián)結(jié)組為I，I0，其中I，I表示高、低壓繞組都是單相繞組。當(dāng)高、低壓繞組電動勢相位相反時，其聯(lián)結(jié)組為I，I6。 8三相繞組的連接

3、方式 對于三相變壓器，不論是高壓繞組還是低壓繞組，我國主要采用星形連接（Y連接）和三角形連接（D連接）兩種。三相繞組的連接方式及相量圖9 1、Y，y接法Y，y0Y，y66.2.1 三相變壓器的連接組別Y，y4；Y，y8；Y，y10；Y，y2 ？c a b102、Y，d接法:Y，d11Y，d1改變極性端和相號的標(biāo)志，得到Y(jié)，d3、Y，d5、Y，d7、Y，d9奇數(shù)組別D，d接法可以得到與Y，y接法相同的偶數(shù)組別，D，y接法也可以得到與Y，d接法相同的奇數(shù)組別。 11繞組的極性只表示繞組的繞法，與繞組首末端的標(biāo)志無關(guān)；高、低壓繞組的相電動勢均從首端指向末端，線電動勢從A指向B； 同一鐵心柱上的繞組（

4、在連接圖中為上下對應(yīng)的繞組），首端為同極性時相電動勢相位相同，首端為異極性時相電動勢相位相反；相量圖中 A、B、C 與 a、b、c 的排列順序必須同為順時針排列，即原、副方同為正相序；對于Y,y連接而言,可有0,2,4,6,8,10六個偶數(shù)的聯(lián)結(jié)組號.對于Y,d而言,可有 1,3,5,7,9,11六個奇數(shù)的聯(lián)結(jié)組號.12 單相和三相變壓器有很多聯(lián)結(jié)組別，為了避免制造與使用時造成混亂，國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定： 1） 單相雙繞組變壓器有一個標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)結(jié)組I，I0。 2）三相雙繞組變壓器有5種標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)組 Y,yn0、Y,d11、YN,d11、YN,y0、 Y,y0。 應(yīng)用于不同配電場合。6.2.2變壓器的標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)結(jié)組

5、聯(lián)結(jié)組6.3 三相變壓器空載電勢波形 在分析單相變壓器的空載運行時指出，當(dāng)外加電壓 是正弦波時，主電勢 、 和主磁通 應(yīng)按正弦規(guī)律變化。由于磁路存在著飽和現(xiàn)象，當(dāng)主磁通為正弦波時，勵磁電流 為尖頂波，其中除基波外還主要包含有三次諧波。 在三相變壓器中，三次諧波電流在時間上相位相同。即 可見，在三相中三次諧波電流是同相位的，所以，它的流通與否與三相繞組的連接方式有關(guān)。14如果三相變壓器的原邊繞組為YN或d接法，則相同相位的三次諧波電流可以流通，各相磁化電流為尖頂波。在這種情況下，不論副方是y接法或d接法，鐵心中的主磁通均為正弦波，因此各相電動勢也為正弦波。 當(dāng)三相變壓器的原邊繞組為Y接法時，沒有

6、中線，勵磁電流的三次諧波不可能在原繞組流通，因而勵磁電流沒有三次諧波，而勵磁電流中的五、七等諧波的幅值很小，可以忽略不計。因此當(dāng)三相變壓器的原繞組為Y接法時，各相繞組的勵磁電流基本上是正弦的。 勵磁電流為正弦的，則主磁通必然是非正弦的。主磁通的波形是一個平頂波，除基波外，還包含三、五、七等諧波。 平頂?shù)闹鞔磐▽⒃谠⒏崩@組中產(chǎn)生三、五、七等諧波電勢，使電勢的波形發(fā)生畸變，原、副繞組中的電勢波形不再是正弦的，而是非正弦的。其中，三次諧波電勢與基波電勢相疊加，使電勢的波形變?yōu)榉钦业募忭敳?。其幅值可比基波高?5%60%，對絕緣不利。三次諧波磁通的大小及其對電勢波形的影響，與三相變壓器的磁路系統(tǒng)及

7、副繞組的連接方法有關(guān)。 Y/y連接的三相變壓器（無中線） 三相變壓器組 在三相變壓器組中，各相繞組中的三次諧波磁通，通過各自的鐵芯而閉合，互不影響。三相變壓器組中的三次諧波的幅值較大，電勢的波形畸變嚴(yán)重。各相的三次諧波相電勢是同相位的，各相線端對三次諧波相電勢是等電位點，所以初、次線電勢中不存在三次諧波電勢。這樣初級線電勢為正弦波與外加正弦線電壓平衡；次級提供給負(fù)載的線電壓也是正弦波。但相電勢為尖頂波對絕緣不利，故三相變壓器組不宜采用Y/y連接。三鐵心柱變壓器各相繞組產(chǎn)生的三次諧波磁通大小相等，在時間上同相，不能經(jīng)鐵芯而閉合，只能經(jīng)過變壓器的外殼、油或空氣構(gòu)成閉合回路，其磁阻較大，使三次諧波磁

8、通大為減少，三次諧波相電勢也很小。但三次諧波磁通在油箱壁中引起的鐵損耗，引起局部發(fā)熱，降低了變壓器的效率。故三鐵心柱變壓器可采用Y/y連接，但容量不能很大（小于1000kVA) 。一定要想辦法提供三次諧波電流的通道！Y/yn連接方法（副邊有中線） 空載時，副邊開路，三次諧波電流沒有通路，則這種接法和Y/y連接一樣，僅在三鐵心柱變壓器中采用，三相變壓器組仍不能采用。 負(fù)載時次級繞組中由三次諧波相電勢產(chǎn)生的三次諧波電流能經(jīng)中線而閉合。但是三次諧波電流經(jīng)負(fù)載構(gòu)成回路，會產(chǎn)生較大的壓降，需要由三次諧波相電勢來平衡，因而產(chǎn)生一定的三次諧波電流所需的三次諧波相電勢和三次諧波磁通較大。故相電勢波形只是得到一

9、定的改善。Y/d連接方法 三次諧波磁通 將在次級繞組產(chǎn)生同相位的三次諧波相電勢 、 、 ,同相位的三次諧波相電勢將在次級繞組回路中形成環(huán)流 ，繞組的電抗比電阻要大得多，因此 滯后 近于90，也就是說， 產(chǎn)生的磁通 與原 相位幾乎相反，從而大大削弱 ，使主磁通接近正弦波，電勢波形大為改善。 在Y/d連接中，由初級提供了磁化電流的基波分量，由副方提供了磁化電流的三次諧波分量，其作用與由初級單獨提供尖頂波磁化電流是等效的。 大容量電力變壓器中，當(dāng)需要一、二次繞組為Y/y連接時，在鐵芯上往往加一個d接法的第三繞組，它不帶負(fù)載，主要目的是用以提供三次諧波電流的通路，以保證主磁通接近正弦波，改善電勢波形。

10、結(jié)論 當(dāng)三相變壓器的原繞組接成Y形時，空載電流的波形是正弦形的，而主磁通的波形是非正弦形的，除基波外，還含三次諧波。 Y/y連接的三相變壓器組中的三次磁通諧波大，電勢波形畸變大，三相三鐵心柱變壓器中的三次諧波磁通小，電勢波形畸變小。 原邊繞組為YN、d接法或采用Y/d連接方法使三次諧波磁通大為削弱，電勢波形得到改善。這是因為提供了三次諧波電流的通道。6.4 三相變壓器的并聯(lián)運行背景 變壓器的并聯(lián)運行可以減少備用容量、提高供電的可靠性，并可根據(jù)負(fù)載變化來調(diào)整投入運行的變壓器的臺數(shù)，以提高運行效率。變壓器理想并聯(lián)運行的標(biāo)志空載時，各變壓器之間不產(chǎn)生循環(huán)電流（環(huán)流）。負(fù)載時，各變壓器所分擔(dān)的負(fù)載電流

11、應(yīng)該與它們的容量成正比。各變壓器原、副邊的額定電壓相等，即變比相等；各變壓器的連接組號相同；各變壓器的短路阻抗標(biāo)幺值相等。 實際運行中第2個條件必須嚴(yán)格保證，其它兩條允許稍有變動。變壓器理想并聯(lián)運行的條件 如何滿足并聯(lián)運行的條件 各臺變壓器所承擔(dān)的負(fù)載電流的實際值與該變壓器的短路阻抗成反比。 由于各臺變壓器的容量不同，所以負(fù)載電流的大小并不能表示負(fù)載分配的合理性。 三相變壓器的并聯(lián)運行 分析一下負(fù)載電流的標(biāo)幺值 各臺變壓器所承擔(dān)的負(fù)載電流的標(biāo)幺值也與該變壓器的短路阻抗標(biāo)幺值成反比。理想的負(fù)載分配應(yīng)該是各臺變壓器的電流標(biāo)幺值相等。三相變壓器的并聯(lián)運行 為了保證各臺變壓器所承擔(dān)的負(fù)載合理，規(guī)定并聯(lián)

12、運行的各變壓器的短路阻抗標(biāo)幺值相差不應(yīng)大于10%。在實際使用中，為使設(shè)備充分利用，應(yīng)取容量大的變壓器的短路阻抗標(biāo)幺值小些，即讓它首先達(dá)到滿載。 由于容量相近的變壓器的阻抗標(biāo)幺值相差較小，因此，一般并聯(lián)運行變壓器的容量比不超過3:1。29原、副邊共用一部分繞組的變壓器 1.電壓、電流的關(guān)系 1）變比： 2）磁勢平衡式：ka1降壓； ka1時，實際上 I1+I =I2 從輸出看： S2 = U2I2 = Uax(I1+I)= Uax I1+ Uax I 定義：傳導(dǎo)容量 S傳導(dǎo)= Uax I1 繞組容量（電磁容量） S電磁= Uax I 從輸入看： S1 = U1I1 =（UAa + Uax）I1

13、= UAa I1+ Uax I1 傳導(dǎo)容量： S傳導(dǎo)=Uax I1 繞組容量（電磁容量） S電磁= UAa I1雙繞組變壓器接成自耦變壓器323 自耦變壓器的優(yōu)缺點優(yōu)點：1）重量輕、體積小、造價低；2）損耗小，效率高3） kA越接近于1，傳導(dǎo)容量越大，優(yōu)點越明顯缺點： 初次級無隔離，有電的聯(lián)系4 自耦調(diào)壓器 把自耦變壓器的副邊繞組匝數(shù)做成可調(diào)的， 副邊輸出電壓可以調(diào)節(jié).33電壓互感器和電流互感器 電壓互感器和電流互感器又稱儀用互感器，是電力系統(tǒng)中使用的測量設(shè)備，其工作原理與變壓器基本相同。 使用互感器的目的是： 1與小量程的標(biāo)準(zhǔn)化電壓表和電流表配合測量高電壓、大電流； 2使測量回路與被測回路隔離，以保障工作人員和測試設(shè)備的安全； 3為各類繼電保護(hù)和控制系統(tǒng)提供控制信號。 34當(dāng)忽略漏阻抗時： 被測電壓： U1=KuU2 電壓互感器副邊的額定電壓都統(tǒng)一設(shè)計成100V。 6.5.2 電壓互感器：35 電壓互感器誤差（包括變比誤差和相位誤差） 電壓互感器按準(zhǔn)確度的高低分為0.2、0.5、1和3四個等級。數(shù)字越小，準(zhǔn)確度越高。 在使用電壓互感器時應(yīng)注意： 1副方不允許短路，否則會產(chǎn)生很大的短路電流，燒壞互感器的繞組； 2副方應(yīng)可靠接地； 3副方接入的阻抗不得小于規(guī)定值，以減小誤差。366.5.3 電流互感器盡量減小勵磁電流如果將