電機(jī)學(xué)三繞組變壓器和自耦變壓器

電機(jī)學(xué)三繞組變壓器和自耦變壓器第1頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期二內(nèi)容回顧三相變壓器的不對(duì)稱運(yùn)行三相變壓器零序等效電路與正序等效電路形式基本相同、原、副繞組漏阻抗Z1、Z’2與正序參數(shù)相同。零序激磁阻抗可能與正序不同，故用Zm0

表示。三相變壓器組：三相磁路互相獨(dú)立，零序電流激勵(lì)的主磁通，其磁路與正序電流激勵(lì)的主磁通的磁路相同，因此零序激磁阻抗與正序激磁阻抗相等，即：Zm0=Zm

。

三相心式變壓器：零序電流所激勵(lì)的三相零序主磁通同大小、同相位，不能在鐵心內(nèi)形成閉合磁路，只能通過非鐵磁材料閉合，因此零序激磁阻抗Zm0遠(yuǎn)小于正序激磁阻抗即：Zm0<<ZmXm的參數(shù)表達(dá)式。星形聯(lián)結(jié)：零序電流不能流通，此時(shí)等效電路在這一邊應(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，而不能流到外電路。即在零序等效電路中，變壓器內(nèi)部短接，但從外部看進(jìn)去則是斷開的。第2頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期二內(nèi)容回顧三相變壓器的不對(duì)稱運(yùn)行YN,d聯(lián)結(jié)時(shí)，從YN方面看，零序阻抗從d方面看，零序電流為零，零序阻抗第3頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期二內(nèi)容回顧三相變壓器的不對(duì)稱運(yùn)行

Y,yn聯(lián)結(jié)的單相負(fù)載運(yùn)行對(duì)于三相變壓器組，Zm0=Zm，因此負(fù)載電流主要受

Zm0

的限制，即使負(fù)載阻抗ZL

很小，負(fù)載電流也并不大。Y,yn聯(lián)結(jié)由于原邊沒有零序電流，因此副邊的零序電流全部成為激磁性質(zhì)的，從而在鐵心內(nèi)產(chǎn)生零序主磁通，感應(yīng)零序電動(dòng)勢(shì)，迭加到正序電動(dòng)勢(shì)上，使負(fù)載相端電壓下降。在三相變壓器組中，零序主磁通可在主磁路內(nèi)通過，零序電動(dòng)勢(shì)較大，故負(fù)載相端電壓急劇下降，另外兩相電壓則將升高，以保持線間電壓不變，于是產(chǎn)生嚴(yán)重的中性點(diǎn)位移現(xiàn)象。Y,yn聯(lián)結(jié)的三相變壓器組不能帶單相到中線的不對(duì)稱負(fù)載。第4頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期二三繞組變壓器、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。(同心式繞組，鐵心為心式結(jié)構(gòu))第5頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期二§4-1三繞組變壓器三繞組變壓器第6頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期二§4-1三繞組變壓器為了絕緣方便，高壓繞組部放在最外邊。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，如圖4-1(a)所示。對(duì)于升壓變壓器，為了使磁場(chǎng)分布均勻，把中壓繞組放在靠近鐵心柱，低壓繞組放在中間，如圖4-1(b)所示。第7頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期二§4-1三繞組變壓器對(duì)于升壓變壓器，如果采用圖4-l(a)所示的方法布置，則低壓和高壓繞組之間的漏磁通較大，同時(shí)附加損耗也顯著增加，使變壓器可能發(fā)生局部過熱和降低效率。

第8頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期二§4-1三繞組變壓器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三繞組變壓器、自耦變壓器和互感器第9頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期二§4-1三繞組變壓器用途：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4-2(a)所示。

2）發(fā)電廠利用三繞組變壓器把發(fā)出的電壓用兩種電壓輸送到不同的電網(wǎng)。如圖4-2(b)所示。

第10頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期二§4-1三繞組變壓器三繞組變壓器的容量和標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)結(jié)組容量：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，一般三個(gè)繞組的容量配合有下列三種。

注意：用標(biāo)么值計(jì)算時(shí)，各繞組必須采用相同的容量基值。

高壓繞組中壓繞組低壓繞組三繞組變壓器、自耦變壓器和互感器第11頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期二標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)結(jié)組：（GB1094-85

）

三相三繞組電力變壓器的標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)結(jié)組：YN,yn0,d11和YN,yn0,y0。

單相三繞組變壓器的標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)結(jié)組：為I,I0,I0。三繞組變壓器的容量和標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)結(jié)組§4-1三繞組變壓器第12頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期二§4-1三繞組變壓器三繞組的基本方程式、等效電路、運(yùn)行性能三繞組變壓器、自耦變壓器和互感器1．三繞組變壓器的變比第13頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期二(4-2)或2．三繞組變壓器的磁動(dòng)勢(shì)方程式第14頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期二3．三繞組變壓器的電動(dòng)勢(shì)平衡方程式

第15頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期二第16頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期二

第17頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期二第18頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期二3．三繞組變壓器的電動(dòng)勢(shì)平衡方程式第19頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期二4．三繞組變壓器的等效電路和相量圖第20頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期二三、三繞組變壓器的電壓調(diào)整率和效率

同理可得

第21頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期二第22頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期二四、三繞組變壓器的參數(shù)測(cè)定三繞組變壓器簡(jiǎn)化等效電路中的參數(shù)可通過三個(gè)穩(wěn)定短路試驗(yàn)測(cè)定

第23頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期二第24頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期二、穩(wěn)態(tài)短路試驗(yàn)測(cè)出的短路電抗三者的大小與三繞組的安排位置有關(guān)。如圖4-l(a)的安排1、3繞組之間漏磁最大，其次是1、2繞組間漏磁，最小的的是2、3繞組之間的

第25頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期二§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來(lái)。設(shè)有一臺(tái)雙繞組變壓器，原、副繞組匝數(shù)分別為N1和N2，額定電壓為U1N和U2N，額定電流為I1N和I2N,其變比為三繞組變壓器、自耦變壓器和互感器第26頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期二§4-2自耦變壓器自耦變壓器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)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。

三繞組變壓器、自耦變壓器和互感器第27頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期二§4-2自耦變壓器自耦變壓器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)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。自耦變壓器的變比為：

式中：為雙繞組變壓器的變比。三繞組變壓器、自耦變壓器和互感器第28頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期二§4-2自耦變壓器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（），所以

由節(jié)點(diǎn)a可列出電流方程

把上式代入磁動(dòng)勢(shì)方程式

三繞組變壓器、自耦變壓器和互感器第29頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期二§4-2自耦變壓器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：兩邊都除以()，得式中為自耦變壓器副邊電流的歸算值。若忽略，則因此三繞組變壓器、自耦變壓器和互感器第30頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期二§4-2自耦變壓器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為式中為未經(jīng)歸算的ax部分繞組漏阻抗。若變壓器副邊接負(fù)載阻抗ZL,則若歸算到原邊，則式中：原邊回路電壓方程式為三繞組變壓器、自耦變壓器和互感器第31頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期二§4-2自耦變壓器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：因?yàn)榇氲檬街蟹Q為自耦變壓器副邊電壓的歸算值；稱為自耦變壓器從高壓邊看的短路阻抗。三繞組變壓器、自耦變壓器和互感器第32頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期二§4-2自耦變壓器自耦變壓器的基本方程式和等效電路基本方程式3）基本方程式：三繞組變壓器、自耦變壓器和互感器第33頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期二§4-2自耦變壓器自耦變壓器的基本方程式和等效電路第34頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期二§4-2自耦變壓器自耦變壓器的容量關(guān)系自耦變壓器的額定容量(又叫通過容量)和繞組容量(又叫電磁容量)二者是不相等的，通過容量用SaN表示，指的是自耦變壓器總的輸入或輸出容量。即

三繞組變壓器、自耦變壓器和互感器第35頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期二§4-2自耦變壓器自耦變壓器的容量關(guān)系式中：稱為自耦變壓器的效益系數(shù)第36頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期二§4-2自耦變壓器自耦變壓器的容量關(guān)系結(jié)論：由電源通過變壓器傳到負(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Aa段繞組和ax段繞組之間電磁感應(yīng)傳過去的；

另一部分為傳導(dǎo)容量，可以看做電流通過傳導(dǎo)直接達(dá)到負(fù)載。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)

功率。三繞組變壓器、自耦變壓器和互感器第37頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期二§4-2自耦變壓器自耦變壓器與雙繞組變壓器的比較1）在變壓器額定容量(通過容量)相同時(shí)，自耦變壓器的繞組容量(電磁容量)比雙繞組變壓器的小。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)和通過的額定電流有關(guān)，也就是和繞組的容量有關(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。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。三繞組變壓器、自耦變壓器和互感器第38頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期二§4-2自耦變壓器自耦變壓器與雙繞組變壓器的比較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和減少了運(yùn)輸和安裝的困難；反過來(lái)說，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)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。

三繞組變壓器、自耦變壓器和互感器第39頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期二§4-2自耦變壓器自耦變壓器的短路阻抗自耦變壓器的短路阻抗Zka的測(cè)定：在高壓邊做穩(wěn)態(tài)短路試驗(yàn)求得。圖4-11(a)表示在高壓邊測(cè)Zka的接法，副邊a和x端短接。原邊AX間加電壓。由于a點(diǎn)與x點(diǎn)已短接，所以實(shí)際上就等于將電壓Uk加在繞組Aa段上。如圖4-11(b)所示。因此，由高壓邊測(cè)得的Zka等于把繞組Aa段作為原邊，ax作為副邊的雙繞組變壓器時(shí)所測(cè)得的阻抗。第40頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期二§4-2自耦變壓器自耦變壓器的短路阻抗根據(jù)等值電路關(guān)系，可得這兩個(gè)阻抗的歐姆值雖然相等，但由于阻抗的基值不同，它們的標(biāo)么值是不相等的。

三繞組變壓器、自耦變壓器和互感器第41頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期二§4-2自耦變壓器自耦變壓器的短路阻抗比較上兩式，可以看出

討論：一臺(tái)短路阻抗標(biāo)么值為

的雙繞組變壓器改為自耦變壓器后，其短路阻抗標(biāo)么值減小至原來(lái)的()倍。

第42頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期二§4-2自耦變壓器自耦變壓器的短路阻抗自耦變壓器的短路阻抗Z’ka的測(cè)定：在低壓邊做穩(wěn)態(tài)短路試驗(yàn)求得。根據(jù)圖4-12(a)連線進(jìn)行穩(wěn)態(tài)短路試驗(yàn)，測(cè)得的短路阻抗Z’ka，從圖4-12(b)對(duì)應(yīng)的等效電路看出應(yīng)為第43頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期二§4-2自耦變壓器自耦變壓器的短路阻抗如果按圖4-12(c)進(jìn)行相應(yīng)的雙繞組變壓器穩(wěn)態(tài)短路試驗(yàn)，求得的短路阻抗Z’k應(yīng)為第44頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期二§4-2自耦變壓器自耦變壓器的短路阻抗自耦