三相繞組變壓器及其他變壓器三繞組變壓器三繞組變壓器

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1、第五章三相繞組變壓器及其他變壓器 一、三繞組變壓器 三繞組變壓器有高、中、低三個繞組，大多用于二次需要兩種不同電壓的電力系統(tǒng)。 三繞組變壓器第三繞組常常接成三角形聯(lián)結(jié)，供電給附近較低電壓的配電線路，有 時僅接同步補(bǔ)償機(jī)和電容器（補(bǔ)償功率因數(shù)），也有第三繞組并不引出，專供三次諧波 激磁電流形成通路，以改善電勢波形和減少不對稱運(yùn)行時負(fù)載中點(diǎn)位移。 1 1 繞組的布置和額定容量 三繞組變壓器的鐵芯一般為芯式結(jié)構(gòu)，每一個鐵芯柱上面套有 3 3 個繞組，即高壓繞 組 1 1,中壓繞組 2 2 和低壓繞組 3 3。其中一個為原繞組，另外兩個為副繞組。為了絕緣方 便，三繞組變壓器總是將高壓繞組放在最外層。

2、對于升壓變壓器，將低壓繞組放在中層， 中壓繞組放在內(nèi)層，這樣可使漏磁場分布均勻，已獲得良好的運(yùn)行性能。對于降壓變壓 器，低壓繞組放在內(nèi)層絕緣較方便。 三繞組變壓器每個心柱上套有三個繞組，三個繞組的容量可相等，也可不相等，將 額定容量作為 100100%，則三個繞組的容量配合如表所示： 變壓器類別 繞組 備注 咼壓 中壓 低壓 三繞組變壓器 100100 100100 5050 以變壓器額定容量為百分?jǐn)?shù) 100100 5050 100100 100100 100100 100100 三繞組自耦變壓器 100100 100100 100100 表中 3 3 個繞組的容量關(guān)系代表每個繞組傳遞功率的能

3、力， 并不是 3 3 個繞組按比例傳 遞功率。 三相三繞組表變壓器標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)結(jié)組有 YN ，yno，dn 和 YN,yno,y。，單相變壓器的標(biāo) 準(zhǔn)聯(lián)接組為1,10,101,10,10 。 2 2、電壓基本方程式和等值電路 設(shè)一、二、三繞組匝數(shù)分別為 K12 = -N U- （一、二繞組電壓變比） N 2 U 20 N, U 4 心3二一（一、三繞組電壓變比） N 3 U 30 心23二也二 S （二、三繞組電壓變比） N 3 U 30 圖 2 2T2T2 三豊附變圧蟄的磁通示意圖 分（1 1）主磁通：門與三個繞組同時鉸鏈 （2 2）漏磁通：只鉸鏈一個或兩個繞組的磁通，前者稱自漏，后者為互漏 人1

4、1匚 22匚，33；為自漏磁通訂122331 ；為互漏磁通。 門由三個繞組的合成磁動勢建立。經(jīng)鐵心磁路閉合，激磁阻抗隨鐵心飽和程度而變 化。 自漏磁通由一個繞組的磁動勢所產(chǎn)生，互漏磁通由兩個繞組的磁動勢產(chǎn)生，它們主 要通過空氣和油閉合，相應(yīng)的漏抗為常數(shù)。 設(shè)一相三繞組的自感為： L1 L2 L3 ；互感為： M12 M23 M31 （互感對稱） 電壓方程: U 1 = R1I1 *j 灼L1I1 +j M2 *jM13l3 U2 = R2I2 + jL2l2 + j灼“2 + jBM23l3 U 3 = R313 * j 常 L313 + j M 3111 * j 特 M 321 折算得到初級

5、，并考慮電流（磁勢）方程 N N1I I1 N N2I I2 N N3I I3 或: l l1 I2 I3 =l0 12和 13為電流歸算值，電壓方程式為: jljl3X X13E E （1 1） - -j4Xj4X23 二 U U2 （2 2） - -jljl2X X32 匚 U U3 （3 3） E E3 二 I I3（R R3 jXjX33;）jljl1X X31 5 汀侃 jgjg） jljl2X X12 二 E E2 “2（R R2 jXjX22;） jljl1X X2 二 NJNJ 式中 R1,R2,R3 各繞組的電阻 XII；_.X22；_,X33；_ 各繞組的自漏抗 EI,E2

6、,E3-主磁通在各自繞組內(nèi)感應(yīng)的電動勢 歸算到一次側(cè)后 Ei =E2 =E3 =-l mZm 若忽略激磁電流，則 l1 I 2 I 0 將( 1 1)- -( 2 2)并以 13 = _(l1 l2)代入得 Ui -(-U 2 ) = 1 1 R1 jl I(xii；- xi2；_ - xi3；：j “ 1 2R2 * j 1 2 (X22；- Xi2；_ - X23-好“) = ll(Rl jXi)2(R2 jX2) 再將(i i)- -( 3 3)并以 12 一(li丨3)代入得 Ui -(-U3)=li(Ri jxJ-GR jx3) 上兩式中，各繞組等效組合阻抗(自感與互組組合)分別為

7、Xi、X2、X3 : _ M i3 M 23 - M 23 M i3 1 M 23 M i2 將上兩式進(jìn)一步寫成： Ui -(-U2) =(R jxi)li R jx?). =Zi li - Z2I2 Ui -(-U3H(RI jxji -R jx3)3 = Zili -Zsi； 乙=Ri jxi _一次繞阻等效漏阻抗 Z2二R2 7X2二次繞組等效漏阻抗 Z3 = R3 jX3 - 三次繞組等效漏阻抗 由：li丨2丨3 =0 Ui -(-U2) i(Ri jxj - JR jX2) Ui -(-U3) i(Ri jXi)-l3(R3 jX3) X12X23X31匚- 各繞組的互漏抗 I -

8、M i2 I -M i2 XII；_.X22；_,X33；_ 各繞組的自漏抗 可畫出三繞組變壓器簡化等效電路如圖 z; 0 T. U o- Zi z: u il 二 k232Zk23 2 2 k 23 Rk23 k 23 x k23 用彌人2做短郵試驗(yàn) b）用燒陽1、書作短辭試驗(yàn) 國2-44二繞阻變圧器的短站試驗(yàn) - e M川饒出、：】耐訓(xùn)試騎 圖2-盟 三繞蛆變樂器的簡化辱效電路 Z K1 - Zi Z2 -（ R1 R2）j （ x 1 X2）= Rk12 jx k12 2 2、參數(shù)測定 等效漏阻抗乙,Z2和 Z3可用短路實(shí)驗(yàn)測定，由于三繞組變壓器中每兩個繞組相當(dāng)于 一個兩相變壓器，因此需

9、做三次短路實(shí)驗(yàn)。分別測出每兩個繞組間的短路阻抗。 ZK13 =Zi Z3（ & R3）j （X 1 X3） = Rk12 jX k13 ZK23 二 Z2 Z3（ R2 R3） j（ X2 X3）Rk23 jXk23 聯(lián)立求得 乙 (Z K12 +ZK13 -ZK23) 2 Z2 (Z K23 Z K12 - ZK13) 2 ” 1 ” Z3 (Z K13 ZK23 -ZK12) 2 1 1 ” R1 二 2(2(RK12 RK13 - RK 23) ) 1 1 R R - - 2 2 (RK12 RK23 RK13) 1 1 R3 = (RK13 RK23 - RK12) ) X X1 =2

10、(XK12 X XK13 - -X XK23) ) ” 1 1 ” X2 = (XK12 XK23 -XK13) ” 1 1 ” X X3 =?(XK13 XK23 XK12) 如用標(biāo)幺值來計算，可不必進(jìn)行歸算，但若三個繞組容量不等，通常用容量最大的 作為基值。 在三繞組變壓器中，排列在中間位置的繞組，其組合的等效電抗最小，相應(yīng)的阻抗 壓降和端電壓變化率也最小。 負(fù)電抗時電容性質(zhì)的，但這不是指變壓器繞組真具有電容性。另等效電抗是各種不 同電抗的組合，并不表示漏抗。 二、自耦變壓器 普通的變壓器的一、 二次線圈只有磁的聯(lián)系而沒有電的聯(lián)系， 自耦變壓器的特點(diǎn)在 于一、二次線圈之間不僅有磁的聯(lián)系而且

11、有電的直接聯(lián)系，如果把一臺普通的變壓器的 一次繞組和二次繞組串聯(lián)起來。使成為一臺自耦變壓器，這時普通變壓器的一個繞組變 成為自耦變壓器的一二次側(cè)的共同部分。 所以自耦變壓器是一個從雙繞組變壓器演變過來的 設(shè)有一雙繞組的變壓器如圖所示： 直）摟綫圖 b）疑阻布置 1 1、電壓關(guān)系和電流關(guān)系2 a a 點(diǎn)的電流關(guān)系為： 將（2 2）式代入（1 1）式中得: | |1 I I 2 =1 （2 2） I i N 11 N2 I i N2 I 2 NQ I1 即：. I1 Ni 丨2 N2 =0 或 3 3） N2 I2 I 2 = - = - I 2 N1 kA 式中, I 2 1 二一 I 2 =（

12、1 -） kA kA 一次側(cè)每匝感應(yīng)電勢：巳.違十 二次側(cè)每匝感應(yīng)電勢巳/總*4 m .E-E且 ax 與 ax 的匝數(shù)相等 EaX 二 Eax將 a a 與 a a 相連，省去二次繞組，這樣成為一臺自耦變壓器。實(shí)質(zhì)上自耦 變壓器就是利用一個繞組抽頭辦法來實(shí)現(xiàn)改變電壓的一種變壓器。 當(dāng)忽略自耦變壓器的漏磁通和繞組電阻時，原邊的感應(yīng)電動勢 E E1與外加電壓 uSuS 平 衡，畐他的感應(yīng)電動勢等于副邊的端電壓 U U2，他們的關(guān)系是: 仏，.旦二叢二 kA U 2N E2 N2 式中，kAkA 為自耦變壓器的變比；N1N1、N2N2 分別為高、低壓側(cè)繞組的匝數(shù)。 負(fù)載時磁動勢平衡關(guān)系為： |1（

13、2 -N2） I N2 =1 Q N1 忽略勵磁電流 I I 0，則有: |1（叫 - N2） I N2 =Q （1 1） 次側(cè)：U1N1N，N1，二次側(cè):UI“N 2N 2N 2 上式說明公共部分的電流和副邊電流2相位相同。I I 1、I I 2和 I I 的大小關(guān)系為: 丨2 =丨1 I 2 2、容量關(guān)系 下面分析，把普通兩繞組變壓器改接成自耦變壓器時，電壓比和額定容量將有何變 化。 額定運(yùn)行時的容量用SN表示: 雙繞組變壓器的容量就是它的繞組容量，等于繞組上的電壓和電流的乘積。繞組容 量又稱電磁容量，它通過電磁感應(yīng)從原邊傳遞給副邊。它的大小決定了變壓器的主要尺 寸和材料消耗，是變壓器設(shè)計

14、的依據(jù)。 自耦變壓器的容量不等于它的繞組容量。 繞組 AaAa 段的容量為： 2 - N2 / 1 、 SAa = U Aa I1 N = U 1N -（1 - ） SN I1 N1 KA 繞組 axax 段的容量為： Sax 二 5x1 =U2N（1 -1）I 2N 1 _（1- ）SN KA KA 上兩式說明，繞組 AaAa 和繞組 axax 的容量相等，但都比自耦變壓器的額定容量小。這 多出的部分為： 成為自耦變壓器的傳導(dǎo)容量，它由原方直接傳給負(fù)載，不需要增加繞組容量。因此, 若自耦變壓器與雙繞組變壓器額定容量相同， 則自耦變壓器的繞組容量比雙繞組變壓器 的繞組容量小。 由于： S1 扣

15、 KK：1 4 - -S SaN - SN （計算容量 SNSN 小于額定容量 SAnSAn KX越接近于 1 1,傳導(dǎo)功率所占的比例越大，經(jīng)濟(jì)效果越顯著。 自耦變壓器常用于高、低壓比較接近的場合，在工廠和實(shí)驗(yàn)室中自耦變壓器常用來 做調(diào)壓器。 3 3、主要優(yōu)缺點(diǎn) 當(dāng)額定容量相同時，自耦變壓器與雙繞組變壓器相比，其單位容量消耗的材料少、SN 1N I 1N 2N 2N SN -SA9 = 1 KA SN =U 2NI2N 變壓器的體積小、造價低，而且銅耗和鐵耗也小，因而效率高。當(dāng) KAKA 越接近 1 1 時，自 耦變壓器的繞組容量越小，其優(yōu)點(diǎn)越突出。 同樣，由于原、畐 9 9 繞組之間有直接的

16、電的聯(lián)系，當(dāng)高壓邊遭受過電壓時，會引起低 壓邊嚴(yán)重過電壓。因此，需要在原、副邊裝設(shè)避雷器。 三、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。 使用變壓器的目的是：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；使測量回路和被測回路隔離，以保障工作人員和測量設(shè)備的安全；為各類繼電 保護(hù)和控制系統(tǒng)提供控制信號。 1 1、電壓互感器 電壓互感器的接線如下圖。高壓繞組接到被測量的電壓線路上，低壓繞組接測量表。 若測量儀表不止一個，則各儀表的電壓線圈應(yīng)并聯(lián)。電壓互感器副邊的額定電壓都統(tǒng)一 設(shè)計成 100V100V。 1S

17、1S 圖2-47屯壓互感機(jī)的接絃圖 電壓互感器的工作原理和普通降壓變壓器相同。當(dāng)忽略漏阻抗時: 當(dāng)測量出 U2U2 后，被測電壓 U=kU=kuU U2。由于電壓互感器副邊所接的測量儀表，例如電 壓表、功率表的電壓線圈等，其阻抗很大，故 電壓互感器運(yùn)行時相當(dāng)于一臺降壓互感器 的空載運(yùn)行。 電壓互感器的兩種誤差：變比誤差和相位誤差，因存在勵磁互感器和漏阻抗。變比 誤差的定義為： 相位誤差是 U U 1和- -U U 2之間的相位差。 所以存在測量誤差，電壓互感器按準(zhǔn)確度高低分為 0.20.2、0.50.5、1.01.0 和 3.03.0 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：

18、（1 1）、二次側(cè)不允許短路，否則會產(chǎn)生很大的短路電 流，燒毀互感器的繞組；（2 2）、為安全起見，二次繞組連同鐵心一起，必須可靠接地；（3 3） 副邊Ui E1=N1 E2 N2 32-5 Ui 100% 接入的阻抗不得小于規(guī)定值，以減小誤差。 2 2、電流互感器 電流互感器接線如圖。原繞組串入被測的線路中，副繞組接電流表或功率表的電流 線圈等。電流互感器副邊的額定電流一般統(tǒng)一設(shè)計成 5A5A 或 1A1A。 ii W 12-48 若將勵磁電流忽略，根據(jù)磁動勢平衡關(guān)系有： I I： N N,2 N2 = =o o 或 N2 I I 1 一 I I 2 =七 I I 2 N1 式中 k 一為電

19、流互感器的變流比。 Ni 當(dāng)測出 I2 I2 后,被測電流 I1=kiI2I1=kiI2。由于電流互感器副邊所接的儀表阻抗很小， 故電 流互感器運(yùn)行時相當(dāng)于一臺升壓變壓器的短路運(yùn)行 。 實(shí)際上，由于勵磁電流和漏阻抗的影響，電流互感器也存在電流誤差： = 100% Ii 和 I：與-ki I；之間的相位差。 電流互感器按誤差大小分為 0.20.2、0.50.5、1.01.0、3.03.0、10.010.0 五個等級供選用。 電流互感器在使用時應(yīng)注意： 在運(yùn)行過程中絕對不允許副邊開路。 這是因?yàn)殡娏?互感器的原邊電流是由被測試的電路決定的，在正常運(yùn)行時，電流互感器的副邊相當(dāng)于 短路，畐他的電流有強(qiáng)烈的去磁作用，即副邊的磁動勢近似與原邊的磁動勢大小相等、 方向相反，因而產(chǎn)生鐵芯中的磁通所需的合成磁動勢和相應(yīng)的勵磁電流很小。 若副邊開 路， 則原邊電流全部成為勵磁電流，使鐵芯中的磁通增大，鐵芯過分飽和，鐵耗急劇增 大，引起互感器發(fā)熱。同時因副繞組匝數(shù)很多，將會感應(yīng)出危險的高電壓，危機(jī)操作人 員和測量設(shè)備的安全。副邊應(yīng)可靠接地。副邊回路阻抗應(yīng)不超過規(guī)定值，以免增大 誤差。