第3章三相變壓器

目錄第一節(jié)12第二節(jié)3第三節(jié)4第四節(jié)第3章三相變壓器三相變壓器在對(duì)稱(chēng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí),只取其中一相進(jìn)行分析，前面的分析方法和結(jié)論都適用。三相變壓器特有的問(wèn)題與鐵心結(jié)構(gòu)相關(guān)的磁路系統(tǒng)繞組聯(lián)結(jié)方式和相應(yīng)的聯(lián)結(jié)組空載電動(dòng)勢(shì)波形并聯(lián)運(yùn)行3.1三相變壓器的磁路系統(tǒng)三相變壓器按其磁路系統(tǒng)主要分為兩種：三相變壓器組三相心式變壓器三相變壓器組由三臺(tái)相同的單相變壓器按照一定的繞組聯(lián)結(jié)方式構(gòu)成。特點(diǎn)：各相磁路彼此無(wú)關(guān)，各相主磁通都有自己獨(dú)立的通路。三鐵心柱變壓器特點(diǎn)：各相磁路是彼此相關(guān)的，各相磁通都以另外兩相的磁路作為自己的回路三鐵心柱變壓器的磁路系統(tǒng)3.2三相變壓器的電路系統(tǒng)—繞組聯(lián)結(jié)方式和聯(lián)結(jié)組變壓器不僅可以變換電壓、電流、阻抗，而且可以變換相位。變壓器并聯(lián)運(yùn)行整流電路的控制觸發(fā)信號(hào)研究聯(lián)結(jié)組，也就是研究高、低壓側(cè)對(duì)應(yīng)線(xiàn)電動(dòng)勢(shì)之間的相位差。單相變壓器繞組的標(biāo)志方式根據(jù)繞組的繞向判斷出同名端，用“·”表示。給兩個(gè)繞組的出線(xiàn)端子加以標(biāo)志每個(gè)繞組都有兩個(gè)出線(xiàn)端子，一個(gè)是首端，另一個(gè)是末端；用大寫(xiě)字母A、X分別表示高壓繞組的首、末端，用小寫(xiě)字母a、x分別表示低壓繞組的首、末端。單相變壓器繞組的標(biāo)志方式將各繞組電動(dòng)勢(shì)的參考方向都規(guī)定為從首端指向末端。高、低壓繞組電動(dòng)勢(shì)的相位關(guān)系取決于如何規(guī)定首、末端，即高、低壓繞組首、末端與同名端的關(guān)系。單相變壓器繞組的標(biāo)志方式繞組繞向相同時(shí)出線(xiàn)端子的兩種不同規(guī)定方式。單相變壓器繞組的標(biāo)志方式繞組繞向相同時(shí)電動(dòng)勢(shì)的相位關(guān)系單相變壓器繞組的標(biāo)志方式繞組繞向不同時(shí)的情況mF&AXax(a)示意圖aE&AE&(b)繞組聯(lián)結(jié)圖(c)相量圖AE&AXaE&ax單相變壓器繞組的標(biāo)志方式時(shí)鐘序數(shù)表示法標(biāo)志高、低壓繞組電動(dòng)勢(shì)之間的相位關(guān)系以高壓繞組電動(dòng)勢(shì)相量作為時(shí)鐘的長(zhǎng)針，且永遠(yuǎn)指向鐘面上“12”的位置；以低壓繞組電動(dòng)勢(shì)相量作為短針，短針在鐘面上所指的數(shù)字就是時(shí)鐘序數(shù)。單相變壓器繞組的標(biāo)志方式聯(lián)結(jié)組標(biāo)號(hào)為II0聯(lián)結(jié)組標(biāo)號(hào)為II6時(shí)鐘序數(shù)小結(jié)高、低壓繞組電動(dòng)勢(shì)的相位關(guān)系若將高、低壓繞組的同名端標(biāo)記為首端A、a，則高、低壓繞組相電動(dòng)勢(shì)是同相的，聯(lián)結(jié)組標(biāo)號(hào)為II0；若將高、低壓繞組的非同名端標(biāo)記為首端A、a，則高、低壓繞組相電動(dòng)勢(shì)是反相的，聯(lián)結(jié)組標(biāo)號(hào)為II6。三相變壓器的聯(lián)結(jié)組三相變壓器的高、低壓繞組，都既可以聯(lián)成星形，也可以聯(lián)成三角形。同一鐵心柱上的高、低壓繞組，可以是同一相的，也可以是不同相的。高、低壓繞組的聯(lián)結(jié)方式就有各種不同的組合，每種組合稱(chēng)為一種聯(lián)結(jié)組。三相變壓器的聯(lián)結(jié)組同一鐵心柱上的高、低壓繞組間存在極性關(guān)系（同名端）。同一側(cè)的三相繞組之間也有極性問(wèn)題。如果分別從三相繞組的某個(gè)出線(xiàn)端子流入電流，在各相心柱中產(chǎn)生的磁通方向都能指向同一磁路節(jié)點(diǎn)，則這三個(gè)出線(xiàn)端子為同名端，仍用“·”表示。三相變壓器的聯(lián)結(jié)組三相變壓器的聯(lián)結(jié)組在三相變壓器的高、低壓側(cè)，都應(yīng)將三相繞組的同名端規(guī)定為首端。三相高壓繞組的首端用A、B、C表示，相應(yīng)的末端分別用X、Y、Z表示。三相低壓繞組的首端用a、b、c表示，相應(yīng)的末端分別用x、y、z表示。三相變壓器的聯(lián)結(jié)組同一鐵心柱上的高、低壓繞組可以是不同相的。三相變壓器的聯(lián)結(jié)組三相繞組的聯(lián)結(jié)方式；同一鐵心柱上的高、低壓繞組是否同相；同一鐵心柱上的高、低壓繞組的同名端與首、末端的規(guī)定。三相變壓器的聯(lián)結(jié)三相繞組的聯(lián)結(jié)方式可以是星形聯(lián)結(jié)，簡(jiǎn)稱(chēng)Y聯(lián)結(jié)；也可以是三角形聯(lián)結(jié)，簡(jiǎn)稱(chēng)D聯(lián)結(jié)。規(guī)定首端A、B、C和a、b、c分別為高、低壓側(cè)三相繞組的引出端子，如果中點(diǎn)有引出線(xiàn)，則其端子以“N”（高壓側(cè)）或“n”（低壓側(cè)）標(biāo)記。Y聯(lián)結(jié)繞組聯(lián)結(jié)圖繞組按相序從左到右排列兩種D聯(lián)結(jié)方式繞組聯(lián)結(jié)圖Y聯(lián)結(jié)的電動(dòng)勢(shì)相量圖首端A、B、C都構(gòu)成一個(gè)等邊△ABC。三個(gè)頂點(diǎn)A、B、C都按相序（正序）順時(shí)針排列。第一種D聯(lián)結(jié)的電動(dòng)勢(shì)相量圖第二種D聯(lián)結(jié)的電動(dòng)勢(shì)相量圖電動(dòng)勢(shì)相量圖的特點(diǎn)首端A、B、C都構(gòu)成一個(gè)等邊△ABC。

三個(gè)頂點(diǎn)A、B、C都按相序（正序）順時(shí)針排列。重合的點(diǎn)是等電位點(diǎn)。任意兩點(diǎn)之間的有向線(xiàn)段表示這兩點(diǎn)之間的電動(dòng)勢(shì)相量。三相變壓器的聯(lián)結(jié)組前提條件高壓側(cè)三相繞組的同名端規(guī)定為首端；低壓側(cè)三相繞組的同名端規(guī)定為首端；高、低壓側(cè)相序要相同。聯(lián)結(jié)組就是研究高、低壓繞組線(xiàn)電動(dòng)勢(shì)之間的相位差。三相變壓器的聯(lián)結(jié)組時(shí)鐘序數(shù)和表示高、低壓繞組聯(lián)結(jié)方式的一組英文字母，構(gòu)成三相變壓器的聯(lián)結(jié)組標(biāo)號(hào)。用大、小寫(xiě)字母分別表示高、低壓繞組的聯(lián)結(jié)方式。Y聯(lián)結(jié)用Y或y表示，中點(diǎn)有引出線(xiàn)時(shí)用YN或yn表示；D聯(lián)結(jié)用D或d表示。先寫(xiě)代表高壓繞組聯(lián)結(jié)方式的大寫(xiě)字母，再寫(xiě)代表低壓繞組聯(lián)結(jié)方式的小寫(xiě)字母，最后寫(xiě)時(shí)鐘序數(shù)，如Yy6，Dy3等。聯(lián)結(jié)組標(biāo)號(hào)的確定

繞組聯(lián)結(jié)圖高、低壓繞組均按相序從左向右排列，高、低壓繞組分別畫(huà)在上面和下面，且三相分別上下對(duì)齊；上、下對(duì)齊的高、低壓繞組是繞在同一鐵心柱上的；畫(huà)出高、低壓繞組的聯(lián)結(jié)方式，標(biāo)明同名端和首、末端。Yy聯(lián)結(jié)聯(lián)結(jié)組標(biāo)號(hào)的確定在繞組聯(lián)結(jié)圖上標(biāo)出各個(gè)相電動(dòng)勢(shì)與線(xiàn)電動(dòng)勢(shì)聯(lián)結(jié)組標(biāo)號(hào)的確定畫(huà)出高壓繞組的電動(dòng)勢(shì)相量圖聯(lián)結(jié)組標(biāo)號(hào)的確定確定對(duì)應(yīng)線(xiàn)電動(dòng)勢(shì)的相位差,作為時(shí)鐘的長(zhǎng)針，始終指向12點(diǎn)。作為時(shí)鐘的短針，始終指向6點(diǎn)。因此，連接組別號(hào)為Yy6。

聯(lián)結(jié)組標(biāo)號(hào)的確定確定對(duì)應(yīng)線(xiàn)電動(dòng)勢(shì)的相位差,作為時(shí)鐘的長(zhǎng)針，始終指向12點(diǎn)。作為時(shí)鐘的短針，始終指向3點(diǎn)。因此，連接組別號(hào)為Dy3。小結(jié)Yy聯(lián)結(jié)可以得到Y(jié)y0、Yy2、Yy4、Yy6、Yy8和Yy10聯(lián)結(jié)組（時(shí)鐘序數(shù)為偶數(shù)）。Dd聯(lián)結(jié)可以得到與Yy聯(lián)結(jié)一樣時(shí)鐘序數(shù)的聯(lián)結(jié)組。Dy聯(lián)結(jié)可以得到Dy1、Dy3、Dy5、Dy7、Dy9和Dy11聯(lián)結(jié)組（時(shí)鐘序數(shù)為奇數(shù)）。Yd聯(lián)結(jié)可以得到與Dy聯(lián)結(jié)一樣時(shí)鐘序數(shù)的聯(lián)結(jié)組。3.3三相變壓器的空載電動(dòng)勢(shì)波形變壓器鐵心通常處于飽和狀態(tài)，因此產(chǎn)生正弦變化的主磁通

所需的勵(lì)磁電流i0為尖頂波，其中含有基波和一系列諧波，諧波中以3次諧波i03最為顯著。當(dāng)勵(lì)磁電流i0為正弦波時(shí)，主磁通

將為平頂波，其中含有較強(qiáng)的3次諧波磁通3

。Yy聯(lián)結(jié)的變壓器勵(lì)磁電流為正弦波.三相變壓器組各相磁路獨(dú)立，3次諧波磁通3可經(jīng)鐵心閉合。幅值較高的尖頂波形的相電動(dòng)勢(shì)，對(duì)變壓器絕緣材料構(gòu)成很大威脅。因此，三相變壓器組不采用Yy聯(lián)結(jié)。

平頂波主磁通產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)波形Yy聯(lián)結(jié)的變壓器三相心式變壓器3次諧波磁通的路徑各相磁路有關(guān)聯(lián)，3次諧波磁通3不能經(jīng)過(guò)鐵心閉合。3所通過(guò)路徑的磁阻很大，因此其數(shù)值并不大，所感應(yīng)的3次諧波電動(dòng)勢(shì)e3的幅值也不大。因此，主磁通及相電動(dòng)勢(shì)都接近正弦波。Dy和Yd聯(lián)結(jié)的變壓器線(xiàn)電流中沒(méi)有3次諧波。3次諧波磁通感應(yīng)的3次諧波電動(dòng)勢(shì)，會(huì)在三角形聯(lián)結(jié)的繞組回路中產(chǎn)生3次諧波電流i3

。i3起勵(lì)磁作用，使主磁通和電動(dòng)勢(shì)波形都接近正弦波。為使三相變壓器的主磁通和相電動(dòng)勢(shì)接近正弦波，不論是心式變壓器還是變壓器組，都希望有一側(cè)的繞組接成D聯(lián)結(jié)。3.4變壓器的并聯(lián)運(yùn)行并聯(lián)運(yùn)行，是指一次繞組和二次繞組相同標(biāo)志的出線(xiàn)端分別并聯(lián)接到一、二次側(cè)的公共母線(xiàn)上，共同對(duì)負(fù)載供電。并聯(lián)運(yùn)行示意圖變壓器的并聯(lián)運(yùn)行并聯(lián)運(yùn)行的優(yōu)點(diǎn)并聯(lián)運(yùn)行時(shí)臺(tái)數(shù)不宜過(guò)多：變壓器臺(tái)數(shù)多，變壓器每臺(tái)容量小，效率低、費(fèi)材料、占地面積大、操作不方便。負(fù)載變化大時(shí)，可以提高效率，節(jié)約電能，改善功率因數(shù)；便于檢修變壓器，減小備用變壓器容量，節(jié)約投資；隨著負(fù)載需求增加變壓器的臺(tái)數(shù)，更為經(jīng)濟(jì)。變壓器的并聯(lián)運(yùn)行并聯(lián)運(yùn)行時(shí)的理想狀態(tài)空載時(shí)，各變壓器之間沒(méi)有環(huán)流；負(fù)載時(shí)，各變壓器按照其額定容量合理地分擔(dān)負(fù)載，且各變壓器負(fù)載電流的相位相同。變壓器的并聯(lián)運(yùn)行并聯(lián)運(yùn)行時(shí)需要滿(mǎn)足的三個(gè)條件一、二次額定電壓分別相等，即額定電壓比相等；二次對(duì)一次線(xiàn)電壓的相位差相同，或者說(shuō)聯(lián)結(jié)組標(biāo)號(hào)相同；短路阻抗標(biāo)幺值相等（大小和阻抗角都相等）。變壓器的額定電壓比不相等時(shí)空載和負(fù)載時(shí)兩臺(tái)變壓器之間都存在循環(huán)電流；變比相差不多，但循環(huán)電流卻較大；循環(huán)電流占用變壓器的容量，增加損耗。變壓器的并聯(lián)運(yùn)行為了限制循環(huán)電流，規(guī)定并聯(lián)運(yùn)行的變壓器變比相差必須小于0.5%。，由于是相量差，所以不但要求電壓的有效值相等，而且要求相位也相同。為限制循環(huán)電流，應(yīng)減小電壓差。聯(lián)結(jié)組標(biāo)號(hào)不相同時(shí)相位差為30時(shí)，電流就可達(dá)額定電流的幾倍。不同聯(lián)結(jié)組標(biāo)號(hào)的變壓器絕對(duì)不允許并聯(lián)運(yùn)行。并聯(lián)運(yùn)行時(shí)的負(fù)載分配考慮三個(gè)條件中的第①、②個(gè)條件都滿(mǎn)足，僅第③個(gè)條件（短路阻抗標(biāo)幺值相等）不滿(mǎn)足的情況；研究并聯(lián)運(yùn)行時(shí)的負(fù)載分配的問(wèn)題。并聯(lián)運(yùn)行時(shí)的負(fù)載分配用簡(jiǎn)化等效電路分析負(fù)載分擔(dān)情況圖中，Zkα、Zkβ、Zkγ分別為變壓器α、β、γ的短路阻抗。

并聯(lián)運(yùn)行時(shí)的負(fù)載分配負(fù)載電流與短路阻抗成反比。并聯(lián)運(yùn)行時(shí)的負(fù)載分配并聯(lián)