13電機(jī)學(xué)－三繞組變壓器自耦變壓器互感器01

1、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(a)降壓布置(b)升壓布置圖4-1三繞組變

2、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)繞組的容量。為了使產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化起見，一

3、般三個(gè)繞組的容量配合有下列三種，供使用單位選擇。高壓中壓低壓SNSNSNSN0.5SNSNSNSN0.5SN三繞組變壓器的容量和標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)結(jié)組注意：由于三繞組變壓器各繞組的額定容量可能不相等， 用標(biāo)幺值計(jì)算時(shí)，各繞組必須采用相同的容量基值。標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)結(jié)組：根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。三相三繞組電力變壓YN,yn0,d11 YN,yn0,y0 。單相三I, I0, I0 。三繞組變壓器的基本方程式、等效電路、運(yùn)行性能推導(dǎo)、分析方法與雙繞組變壓器類似，不予詳細(xì)介紹。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

4、有電路上的直接聯(lián)系。自耦變壓器可以由一臺(tái)雙繞組變壓器演變過(guò)來(lái)。設(shè)有一臺(tái)雙繞組變壓器，原、副繞組匝數(shù)分別為w1和w2 ，額定電壓為U1N和U2N ，額定電流為I1N和I2N ,其變比為k W2U1N U2 如果保持兩個(gè)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(lái)作為新的原邊，而副繞組還同時(shí)作為副邊，它的兩個(gè)端點(diǎn)接到負(fù)載阻抗 ZL ，便演變成了一臺(tái)降壓自耦變壓器。如圖所示。 112aa2w22a2xLaZLXAaX11 22aa2aZLx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。自耦變壓器可

5、作為降壓變壓器，也可作為升壓變壓器， 而且也有單相和三相之分。自耦變壓器的變比為： k E2 k 1Ea2Ea式中：k 為雙繞組變壓器的變比。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：按照全電流定律，自耦變壓器的激磁磁動(dòng)勢(shì) 應(yīng)等于串聯(lián)繞組的磁動(dòng)勢(shì)與公共繞組的磁動(dòng)勢(shì)之和?？紤]到激磁電流是由電源供給的，它流經(jīng)的匝數(shù)為（W2），所以m m自耦變壓器的基本方程式和等效電路由節(jié)點(diǎn) a 可列出電流方程2 將上式代入磁動(dòng)勢(shì)方程式(2 1)22 1整理I1aW2a 12 a1WW12a k2a自耦變壓器副邊電流的歸算值1若忽略2，akka02a1a2aa 2 kaka 2a1kaI2a I2a1

6、ka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1U2a E2I2Zax E21kaI2aZax式中 Zax為未經(jīng)歸算的ax部分繞組漏阻抗aL若變壓器副邊接負(fù)載阻抗 ZL ,則aL2a 2aZL若歸算到原邊，則 ZZ k2Z自耦變壓器的基本方程式和等效電路2）電壓關(guān)系：原邊回路電壓方程式為a(2)ZAaZax(2)ZAaka aZax(12)ka ka2aZax ka2aka aZaxa kaka ZaxZAaka Zax2a 2a2k2ZZkaaxaxk2a自耦變壓器副邊電壓的歸算值Zka ZAak2Zax自耦變壓器從高壓邊看的短路阻抗axak2Zka2a2a

7、2 2111kaZLI2aZax11I21ka 1kaI2aI1a2a ka忽略)WWWW11 2122 W22k2j444fW11m自耦變壓器的基本方程式和等效電路等效電路和相量圖ZAa(ka1)2ZaxaaaaaajI1a xkaI1a rkaaI22r11I1a m2a22ajI2 xax2自耦變壓器的相量圖ak2Zka2aax2aaxKa=1.5 ,E1=0.5E2 11 Z2a2ka 2a 2aZL1 mI2 1ka I 1kaI2a1 2a ka忽略)WW WW1 1 W2 122 W2k221j444f m自耦變壓器的相量圖1a1k2Zka22a 1 11kaI2a Zax2aZ

8、L 1 kaZax Z 1 2a2aL1 232aI2 1ka I 1kaI2a 232aI 2a ka忽略)1a m1 2 W22k22a11j444f m2自耦變壓器的相量圖ak2Zka1 U2a2a E2 2 1kaZLI2a Zax U2a I 2aZL I 2a RL j I 2a XL1ka 1 11kaI2a2aL2a ka忽略) j I2a XL2aI1aWW WW2m1 1 W2 122 W2k211j444f m2a2a2自耦變壓器的相量圖1 a k2Zka U 2a E2 1kaI2a Zax E2I2Zax2a 1 11kaI2a Zax (2ax)(I2 xax )2

9、a 2aZLk1 k2a RLI2 1ka I 1I2aj I2a XL2aI1a 2a ka忽略) mW2WE1 W2E2 W2WE2 kE22a2a1j x ax1j444f m2rax自耦變壓器的相量圖ak2Zka1 ka2Zka Zka2a2a 2 21 11kaZLI2a Zax1axka1ka 2a1 11kaI2aI1a rkaakI1a ka(忽略Im )11aWW WW2m1 1 W2 122 W2k22a2I2 rax1E1 j4.44 fW1mxax2a2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(guò)容量) 和 繞組量(又叫電磁容量)二者是不相等的。通過(guò)容量用SaN

10、表示，指的是自耦變壓器總的輸入或輸出容量。即SaNU1aNI1aNU2aNI2aN電磁容量: 指繞組上的電壓與電流的乘積，串聯(lián)繞組Aa 的電磁容量為SUIUI w2 Sw w w12121w SS1k12 a 公共繞組的電磁容量為SaxUaxI21 11ka2aNI2aN kxySaNk11kxyka自耦變壓器的效益系數(shù)討論：由于ka 1 kxy 1。因此，自耦變壓器電磁容量總是小于通過(guò)容量。普通雙繞組變壓器的電磁容量是等于額定容量的。分析：根據(jù)磁動(dòng)勢(shì)關(guān)系，當(dāng)忽略激磁電流時(shí)，1I2ka I 1kaI2a可見，當(dāng)電流為正時(shí)2a為負(fù)值。因此電i2 i2a的瞬時(shí)值關(guān)系，實(shí)際上是如圖所示，即i2a i

11、2，或AI2a I1aI2i1a i2aai2XxS2aU2a I2aU2a(I1a I2)U2a U2aI2 S電磁SU2a1kI1akaU2aI2a1kka1kkS2a傳導(dǎo)容量SUI 1 I(11 )S電磁容量k電磁2a2k2a2a2aaa結(jié)論：由電源通過(guò)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(guò)Aa段繞組和ax段繞組之間電磁感應(yīng)傳過(guò)去的；另一部分為傳導(dǎo)容量，可以看做電流傳導(dǎo)直接達(dá)到負(fù)載。I1a通過(guò)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)容量。自耦變壓器與雙繞組變壓器的比較1）

12、在變壓器額定容量(通過(guò)容量)相同時(shí)，自耦變壓器的繞組容量(電磁容量)小于雙繞組變壓器。將雙繞組變壓器改裝成自耦變壓器，雙繞組變壓器的額定容量，亦即其電磁容量，等于自耦變壓器的電磁容量；雙繞組變壓器的額定容量小于自耦變壓器。2）變壓器硅鋼片和銅線的用量與繞組的額定感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和通過(guò)的額定電流有關(guān)，也就是和繞組容量有關(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，從而可以降低成本。自耦變壓器與雙繞組變壓器的比較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）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、減少了運(yùn)輸和安裝的困難；反過(guò)來(lái)說(shuō)，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)kxy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(guò)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、副邊有電路上的連接，會(huì)給低壓邊的絕緣及安全用電帶來(lái)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(chǎng)合。補(bǔ)充例題一臺(tái)單相變壓器