2009_12电机学－三相变压器04.pdf

内容回顾内容回顾?在单相变压器中，空载电流的波形在单相变压器中，空载电流的波形3-3 三相变压器空载运行时的电动势波形三相变压器空载运行时的电动势波形当磁路不饱和时，忽略铁耗，则空载电流全部为磁化电流，此时当磁路不饱和时，忽略铁耗，则空载电流全部为磁化电流，此时i0和成线性关系。当磁通按正弦规律变化时，和成线性关系。当磁通按正弦规律变化时，i0也按正弦规律变化。也按正弦规律变化。当磁路饱和时，当磁路饱和时，i0 和 成非线性关系。当外施电压和 成非线性关系。当外施电压u u1 1 为正弦波时，和它相平衡的电动势为正弦波时，和它相平衡的电动势e e1 1以及感应该电动势的主磁通也应是正弦波，激磁电流的波形畸变成尖顶波，饱和程度愈高，激磁电流的波形畸变得愈厉害。以及感应该电动势的主磁通也应是正弦波，激磁电流的波形畸变成尖顶波，饱和程度愈高，激磁电流的波形畸变得愈厉害。讨论：尖顶波的激磁电流可分解为基波及讨论：尖顶波的激磁电流可分解为基波及讨论：尖顶波的激磁电流可分解为基波及讨论：尖顶波的激磁电流可分解为基波及3 3 3 3，5 5 5 5，7 7 7 7等一系列奇次谐波，除基波外，主要是三次等一系列奇次谐波，除基波外，主要是三次等一系列奇次谐波，除基波外，主要是三次等一系列奇次谐波，除基波外，主要是三次谐波。谐波。谐波。谐波。?在三相变压器中，由于原边三相绕组的联结方式不同，空载电流中的三次谐波分量不一定能流通，这将影响主磁通与相电动势的波形，并且这种影响不仅与绕组的联结方式有关，还与三相变压器的磁路系统有关。在三相变压器中，由于原边三相绕组的联结方式不同，空载电流中的三次谐波分量不一定能流通，这将影响主磁通与相电动势的波形，并且这种影响不仅与绕组的联结方式有关，还与三相变压器的磁路系统有关。内容回顾内容回顾3-4 三相变压器的不对称运行三相变压器的不对称运行?分析方法：分析方法：对称分量法正序、负序、零序分量法对称分量法正序、负序、零序分量法o120o240+AI&+BI&+CI&CI&BI&AI&0AI&0BI&0CI&图3-25 三相对称制三相变压器三相变压器?分析方法：分析方法：对称分量法一组不对称的三相正弦量可以分解成三组对称的量：对称分量法是一种线性变换，它是把不对称的系统分解成三组对称的系统。或者，合成。对称分量法一组不对称的三相正弦量可以分解成三组对称的量：对称分量法是一种线性变换，它是把不对称的系统分解成三组对称的系统。或者，合成。写成矩阵形式：写成矩阵形式：=+02211111AAACBAIIIIII&=+CBAAAAIIIIII&1111131220求系数矩阵的逆阵，可得：求系数矩阵的逆阵，可得：1r1jx2r2x j mrmjx+AI&+aI&+AU&+aU&+mI&?三相变压器的正、负、零序等效电路三相变压器的正、负、零序等效电路1r1jx2r2x j mrmjxAU&mI&aU&AI&aI&零序等效电路：当三相变压器通入零序电流时，变压器所表现的阻抗称为零序阻抗。由于三个零序电流大小相等、相位相同，因此变压器对于零序电流所表现的阻抗与正序和负序有所不同。(注意三相零序电流与三相三次谐波电流，虽然都是各相大小相等，相位相同，但它们有本质的区别，即零序电流的频率是基频，而三次谐波电流的变化频率为基频的三倍)。零序等效电路：当三相变压器通入零序电流时，变压器所表现的阻抗称为零序阻抗。由于三个零序电流大小相等、相位相同，因此变压器对于零序电流所表现的阻抗与正序和负序有所不同。(注意三相零序电流与三相三次谐波电流，虽然都是各相大小相等，相位相同，但它们有本质的区别，即零序电流的频率是基频，而三次谐波电流的变化频率为基频的三倍)。变压器的零序等效电路仍可用变压器的零序等效电路仍可用 T 形等效电路来表示。由于各相绕组的电阻与漏电抗和电流的相序没有关系，因此等效电路中的原、副绕组的漏阻抗与正序漏阻抗形等效电路来表示。由于各相绕组的电阻与漏电抗和电流的相序没有关系，因此等效电路中的原、副绕组的漏阻抗与正序漏阻抗Z1、Z2，完全相同，但零序激磁阻抗却可能与正序的不同，故用，完全相同，但零序激磁阻抗却可能与正序的不同，故用 Zm0表示。表示。0AI&0aI&0AU&0aU&0AE&1Z2Z0mZ变压器的零序阻抗与磁路系统和绕组的联结方式密切相关，现分别讨论如下：变压器的零序阻抗与磁路系统和绕组的联结方式密切相关，现分别讨论如下：?磁路系统的影响：三相变压器组：磁路系统的影响：三相变压器组：Zm0=Zm三相心式变压器：三相心式变压器：Zm0 Zm?绕组联结的影响：星形联结：零序电流不能流通，此时等效电路在这一边应断开。三角形联结：零序电流仅能在三角形内部形成环流，而不能流到外电路去，即在零序等效电路里，相当于变压器内部短接，但从外部看进去，应该是开路的，因此接法不同，对外电路表现的零序阻抗不同。绕组联结的影响：星形联结：零序电流不能流通，此时等效电路在这一边应断开。三角形联结：零序电流仅能在三角形内部形成环流，而不能流到外电路去，即在零序等效电路里，相当于变压器内部短接，但从外部看进去，应该是开路的，因此接法不同，对外电路表现的零序阻抗不同。下面具体介绍不同联结方式的变压器的零序等效电路，注意零序电流流通情况。下面具体介绍不同联结方式的变压器的零序等效电路，注意零序电流流通情况。ABCabc03I&01Z2Z0mZABCabc1Z2Z0mZABCabc03I&01Z2Z0mZABCabc1Z2Z0mZABCabc03I&01Z2Z0mZ可见，从原边和从副边看，零序阻抗可以不相同。例如可见，从原边和从副边看，零序阻抗可以不相同。例如YN,d 联结时，从联结时，从 YN 方面看，零序阻抗而从三角形接法方面看，零序电流为零，零序阻抗方面看，零序阻抗而从三角形接法方面看，零序电流为零，零序阻抗202010ZZZZZZmm+=0Z零序激磁阻抗的测定：将变压器副边零序激磁阻抗的测定：将变压器副边(或原边或原边)三相绕组串联起来，加上单相电源，另一边绕组开路，如图所示。三相绕组串联起来，加上单相电源，另一边绕组开路，如图所示。AWVabcxyz0p0U0I图3-31 测定 的接线图0mZ零序激磁阻抗的测定：这时通入三相绕组的电流，其大小和相位均相同，相当于通入零序电流。测出零序激磁阻抗的测定：这时通入三相绕组的电流，其大小和相位均相同，相当于通入零序电流。测出I0、U0及及P0，可算出零序阻抗：，可算出零序阻抗：=202002000000)()()(33rzxIPrIUz由于另一边开路，零序激磁阻抗为：说明：在零序等效电路中，电动势和激磁电流与正序情况有相同的关系。由于另一边开路，零序激磁阻抗为：说明：在零序等效电路中，电动势和激磁电流与正序情况有相同的关系。000mmZIE&=+=000200200mmmmmjxrZxxxrrr0mI&0E&分别是零序系统的激磁电流、零序激磁电流产生的零序磁通在绕组中感应的零序电动势。分别是零序系统的激磁电流、零序激磁电流产生的零序磁通在绕组中感应的零序电动势。?Y,yn联结的三相变压器带单相负载运行Y,yn 联结 a 相带单相负载，b、c两相开路时的情况。Y,yn联结的三相变压器带单相负载运行Y,yn 联结 a 相带单相负载，b、c两相开路时的情况。三相变压器三相变压器3-4 三相变压器的不对称运行三相变压器的不对称运行图3-32 Y,yn联结带单相负载运行ABCabcAI&BI&CI&aI&I&aU&LZ0=bI&0=cI&已知：已知：1）电源电压为三相对称）电源电压为三相对称(正序正序)电压，当副边空载时，原绕组各相电压为、；电压，当副边空载时，原绕组各相电压为、；2）变压器的所有参数已通过试验求出。假设：）变压器的所有参数已通过试验求出。假设：1）略去正、负序激磁电流的影响；）略去正、负序激磁电流的影响；2）所有的量都已归算到原边。为简便起见，除外，副边的其它量都不加撇号。）所有的量都已归算到原边。为简便起见，除外，副边的其它量都不加撇号。+AU&+BU&+CU&2z求：负载电流、原边各相电流和电压，并做出相量图。求：负载电流、原边各相电流和电压，并做出相量图。求解：求解：1）做出各序等效电路；）做出各序等效电路；kZ1Z2Z0mZ0AU&0aU&0aE&0aI&+AU&+aU&+aI&kZaI&aU&0=AU&图3-33 各序等效电路+AU&AU&0AU&如何理解如何理解=0cbaLaIIIIZIU&2）列出边界条件，计算各序等效电路中电流的各序分量；）列出边界条件，计算各序等效电路中电流的各序分量；用对称分量法求出副边电流的各序分量为：用对称分量法求出副边电流的各序分量为：=+IIIIIIIIIIIIIaaaacbaaaa&3131001111131111113122220即副边正序、负序和零序电流是相等的。即副边正序、负序和零序电流是相等的。)3(30LaLaLaaaaZIZIZIUUUU+=+=&3）做出）做出 Y,yn 联结带单相负载时的等效电路；联结带单相负载时的等效电路；kZ1Z2Z0mZ0AU&0aU&0aE&0aI&+AU&+aU&+aI&kZaI&aU&0=AU&图3-33 各序等效电路因此可以把各序等效电路串联起来，如图所示。因此可以把各序等效电路串联起来，如图所示。IIIIaaa&310=+0aaaaUUUU&+=+kZkZ+AU&+aU&+aI&aI&aU&0=AU&aU&LZ30AU&0aU&0aE&0aI&1Z2Z0mZ图3-34 y,yn联结带单相负载的等效电路4）根据等效电路求负载电流；）根据等效电路求负载电流；LmkAaaaZZZZUIII32020+=+&+=+=aaaaaIIIIII&30LmkALmkAZZZZUZZZZUI+=+=+0202313132323&LmAZZUI+=+031&分析：a)对于三相变压器组，因此负载电流主要受的限制，即使负载阻抗很小，负载电流不大，在极端情况下，即单相稳态短路时分析：a)对于三相变压器组，因此负载电流主要受的限制，即使负载阻抗很小，负载电流不大，在极端情况下，即单相稳态短路时mmZZ=00mZLZ0=LZmmAmAkIzUzUI3)(330=+由此可见，单相稳态短路电流只有正序激磁电流的三倍。所以这种联结的三相变压器组不能带单相到中线的不对称负载。由此可见，单相稳态短路电流只有正序激磁电流的三倍。所以这种联结的三相变压器组不能带单相到中线的不对称负载。分析：b)对于三相心式变压器，因此负载电流主要由负载阻抗来决定。所以这种联结的三相心式变压器可以带单相到中线的不对称负载。分析：b)对于三相心式变压器，因此负载电流主要由负载阻抗来决定。所以这种联结的三相心式变压器可以带单相到中线的不对称负载。mmZZ0LZ5）根据磁动势平衡关系求原边电流；）根据磁动势平衡关系求原边电流；=+0313100IIIIIIIaaAAA&由于原边为由于原边为Y联结，零序电流不能流通，所以联结，零序电流不能流通，所以0000=CBAIII&=+031310220IIIIIIIAABBB&=+031310220IIIIIIIAACCC&=+=+IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIICCCBBBAAACBA&31313231313131313122000LmkAAZZZZUII2321213202+=+&同理，可求出和同理，可求出和BI&CI&6）根据等效电路求原、副边电压；原边电压为）根据等效电路求原、副边电压；原边电压为+=+=+=+=+LmkmAmAmaAAAAAZZZZZUZIUZIUUUUU3213100200000&同理，可求出和同理，可求出和BU&CU&副边电压可根据各序等效电路求出副边电压可根据各序等效电路求出)(0200maakaakaAaZZIUZIUZIUU+=+&若忽略漏阻抗压降，则若忽略漏阻抗压降，则00000amaaaAaEZIUUUU&=+同理可求出同理可求出AmaAmaAaaaaUZIUZIUUUUU&=+=+=+)(00000CcBbUUUU&=7）做出相量图；）做出相量图；+AU&+BU&+CU&0aE&0bE&0cE&0aE&0bE&0cE&AaUU&=I&0&CcUU&=BbUU&=0aI&讨论：讨论：Y,yn联结由于原边没有零序电流，因此副边的零序电流全部成为激磁性质的电流，从而在铁心内产生零序主磁通，感应零序电动势，迭加到正序电动势（）上，使负载相联结由于原边没有零序电流，因此副边的零序电流全部成为激磁性质的电流，从而在铁心内产生零序主磁通，感应零序电动势，迭加到正序电动势（）上，使负载相 a 相的端电压下降。在三相变压器组中，零序主磁通可在主磁路内通过，数值较大，故相的端电压下降。在三相变压器组中，零序主磁通可在主磁路内通过，数值较大，故 a 相端电压急剧下降，以致加不上负载；另外两相的电压则将升高，以保持线间电压不变，于是产生了严重的中性点位移现象。在三相心式变压器中，由于零序磁通被迫沿油和油箱壁闭合，零序磁通和零序电动势较小，因此中性点位移并不严重，可以正常运行。但为了尽量减小零序磁通在油箱壁中引起的涡流损耗，以及尽量减少电压的变化。相端电压急剧下降，以致加不上负载；另外两相的电压则将升高，以保持线间电压不变，于是产生了严重的中性点位移现象。在三相心式变压器中，由于零序磁通被迫沿油和油箱壁闭合，零序磁通和零序电动势较小，因此中性点位移并不严重，可以正常运行。但为了尽量减小零序磁通在油箱壁中引起的涡流损耗，以及尽量减少电压的变化。Y，yn 联结的三相心式变压器在不对称负载下运行时，中线中的电流联结的三相心式变压器在不对称负载下运行时，中线中的电流(零序电流的三倍零序电流的三倍)不得超过额定电流的不得超过额定电流的25。+=AAUE&在其它联结组中都不会发生上述的严重的中性点偏移现象。例如在其它联结组中都不会发生上述的严重的中性点偏移现象。例如D,yn 联结中，当副边有零序电流时，在三角形绕组内部也将感应出零序电流来抵消副边的零序磁动势，因此是不大的，所以不大。在没有中线的绕组联结中，根本不存在零序电流，因此没有零序电势。各种联结的变压器在供给线和线之间的不对称负载时，也不产生零序电流，所以除了由于漏阻抗所产生的一些不对称电压降外，不会产生太严重的电压不对称。联结中，当副边有零序电流时，在三角形绕组内部也将感应出零序电流来抵消副边的零序磁动势，因此是不大的，所以不大。在没有中线的绕组联结中，根本不存在零序电流，因此没有零序电势。各种联结的变压器在供给线和线之间的不对称负载时，也不产生零序电流，所以除了由于漏阻抗所产生的一些不对称电压降外，不会产生太严重的电压不对称。0&0E&内容总结内容总结?Y,yn联结的三相变压器带单相负载运行对于三相变压器组，Y,yn联结的三相变压器带单相负载运行对于三相变压器组，Zm0=Zm，因此负载电流主要受，因此负载电流主要受Zm0的限制，即使负载阻抗的限制，即使负载阻抗 ZL很小，负载电流也并不大。很小，负载电流也并不大。LmAZZUI+=+031&内容总结内容总结Y,yn 联结由于原边没有零序电流，因此副边的零序电流全部成为激磁性质的，从而在铁心内产生零序主磁通，感应零序电动势，迭加到正序电动势上，使负载相端电压下降。在三相变压器组中，零序主磁通可在主磁路内通过，零序电动势较大，故负载相端电压 急剧下降，另外两相电压则将升高，以保持线间电压不变，于是产生严重的中性点位移现象。联结由于原边没有零序电流，因此副边的零序电流全部成为激磁性质的，从而在铁心内产生零序主磁通，感应零序电动势，迭加到正序电动势上，使负载相端电压下降。在三相变压器组中，零序主磁通可在主磁路内通过，零序电动势较大，故负载相端电压 急剧下降，另外两相电压则将升高，以保持线间电压不变，于是产生严重的中性点位移现象。Y,yn 联结的三相变压器组不能带单相到中线的不对称负载。联结的三相变压器组不能带单相到中线的不对称负载。1.一台单相变压器，若其原边电压为正弦波，则其原边电动势波形为（）、主磁通的波形为（）；若磁路饱和，则其激磁电流的波形为（）。一台单相变压器，若其原边电压为正弦波，则其原边电动势波形为（）、主磁通的波形为（）；若磁路饱和，则其激磁电流的波形为（）。2.变压器正序阻抗与负序阻抗的大小（），变压器零序阻抗的大小决定于（）。变压器正序阻抗与负序阻抗的大小（），变压器零序阻抗的大小决定于（）。补充例题补充例题3.一台变比为一台变比为10的降压变压器，从低压侧做空载实验求得副边的励磁阻抗标幺值为的降压变压器，从低压侧做空载实验求得副边的励磁阻抗标幺值为16，则原边励磁阻抗标幺值为（）。，则原边励磁阻抗标幺值为（）。4.一台变压器原边接在额定电压的交流电网上，副边空载电压与满载电压之比为一台变压器原边接在额定电压的交流电网上，副边空载电压与满载电压之比为1.04，则其电压调整率为（）。，则其电压调整率为（）。补充例题补充例题5.考虑磁路饱和。考虑磁路饱和。Y，y2联接组的三相变压器组，如外施电压为正弦波，空载时原边激磁电流波形为（），主磁通波形为（），副边相电动势波形为（），副边线电压波形为（）；若改用联接组的三相变压器组，如外施电压为正弦波，空载时原边激磁电流波形为（），主磁通波形为（），副边相电动势波形为（），副边线电压波形为（）；若改用Y，d11联接组，外施电压仍为正弦波，空载时原边激磁电流波形为（），主磁通波形为（），副边相电动势波形为（），副边线电压波形为（）；若改用联接组，外施电压仍为正弦波，空载时原边激磁电流波形为（），主磁通波形为（），副边相电动势波形为（），副边线电压波形为（）；若改用D，y11联接组，外施电压仍为正弦波，空载时原边激磁电流波形为（），主磁通波形为（），副边相电动势波形为（），副边线电压波形为（）。联接组，外施电压仍为正弦波，空载时原边激磁电流波形为（），主磁通波形为（），副边相电动势波形为（），副边线电压波形为（）。补充例题补充例题三绕组变压器、自耦变压器和互感器三绕组变压器、自耦变压器和互感器4-1 三绕组变压器三绕组变压器?什么是三绕组变压器在同一铁心柱上绕上一个原绕组、两个副绕组或两个原绕组一个副绕组。具有什么是三绕组变压器在同一铁心柱上绕上一个原绕组、两个副绕组或两个原绕组一个副绕组。具有U1/1/U2/2/U3三种电压的变压器叫三绕组变压器。3三种电压的变压器叫三绕组变压器。三绕组变压器一般采用同心式绕组，铁心为心式结构。每个铁心柱上都套着高压、中压和低压三个绕组，为了绝缘方便，高压绕组放在最外边。对于降压变压器，中压绕组放在中间，低压绕组靠近铁心柱。对于升压变压器，为了使磁场分布均匀，漏电抗分配合理，以保证较好的电压调整率、提高运行性能，将中压绕组放在靠近铁心柱，低压绕组放在中间。三绕组变压器一般采用同心式绕组，铁心为心式结构。每个铁心柱上都套着高压、中压和低压三个绕组，为了绝缘方便，高压绕组放在最外边。对于降压变压器，中压绕组放在中间，低压绕组靠近铁心柱。对于升压变压器，为了使磁场分布均匀，漏电抗分配合理，以保证较好的电压调整率、提高运行性能，将中压绕组放在靠近铁心柱，低压绕组放在中间。1 2 3123123123(a)降压布置(b)升压布置图4-1 三绕组变压器绕组的布置1-高压绕组；2-中压绕组；3-低压绕组?三绕组变压器的分类和用途分类：单相三绕组变压器三相三绕组变压器三绕组变压器的分类和用途分类：单相三绕组变压器三相三绕组变压器用途：用途：1）变电站中利用三绕组变压器由两个系统向一个负载供电，如图所示。）变电站中利用三绕组变压器由两个系统向一个负载供电，如图所示。2）发电厂利用三绕组变压器将发出的电能采用两种电压输送到不同的电网，如图所示。）发电厂利用三绕组变压器将发出的电能采用两种电压输送到不同的电网，如图所示。1U2U3UkV110kV220kV3301U2U3UkV5.10kV121kV242(a)(b)图4-2 三绕组变压器的用途?三绕组变压器的容量和标准联结组容量：在三绕组变压器中，由于两个副绕组一般不同时达到满载，根据供电实际需要，三个绕组的容量可以设计成不相等。这时，三绕组变压器的额定容量是指三个绕组中容量最大的一个绕组的容量。为了使产品标准化起见，一般三个绕组的容量配合有下列三种，供使用单位选择。高压中压低压三绕组变压器的容量和标准联结组容量：在三绕组变压器中，由于两个副绕组一般不同时达到满载，根据供电实际需要，三个绕组的容量可以设计成不相等。这时，三绕组变压器的额定容量是指三个绕组中容量最大的一个绕组的容量。为了使产品标准化起见，一般三个绕组的容量配合有下列三种，供使用单位选择。高压中压低压NSNSNSNSNSNSNSNS5.0NS5.0?三绕组变压器的容量和标准联结组注意：由于三绕组变压器各绕组的额定容量可能不相等，用标么值计算时，各绕组必须采用相同的容量基值。标准联结组：根据国家标准规定。三相三绕组电力变压器的标准联结组有三绕组变压器的容量和标准联结组注意：由于三绕组变压器各绕组的额定容量可能不相等，用标么值计算时，各绕组必须采用相同的容量基值。标准联结组：根据国家标准规定。三相三绕组电力变压器的标准联结组有 YN,yn0,d11 和和 YN,yn0,y0。单相三绕组变压器的标准联结组为 I。单相三绕组变压器的标准联结组为 I,I0I0,I0。I0。?三绕组的基本方程式、等效电路、运行性能推导、分析方法与双绕组变压器类似，不予详细介绍。三绕组的基本方程式、等效电路、运行性能推导、分析方法与双绕组变压器类似，不予详细介绍。