07第4章 特殊变压器.pdf

114.1 三绕组变压器三绕组变压器4.2 自耦变压器自耦变压器4.3 仪用互感器仪用互感器第第4章 特殊变压器章 特殊变压器24.1 三绕组变压器三绕组变压器4.1.1 简介简介4.1.2 基本方程式及等效电路基本方程式及等效电路4.1.3 参数测定及运行问题参数测定及运行问题31U?1W2U?2W3U?3W4.1.1 简介简介（1）什么是三绕组变压器）什么是三绕组变压器所以又称为联络变压器。220kV35kV10kV?一相铁心设有三个电压等级不同的绕组。（2）三绕组变压器的用途）三绕组变压器的用途?联结不同电压等级的电网。44.1.1 简介简介（3）三绕组变压器的额定容量）三绕组变压器的额定容量1U?1W2U?2W3U?3W?额定容量是指三个绕组中容量最大的绕组容量。实际运行中任一绕组都不允许过负荷（4）三绕组变压器的容量搭配关系）三绕组变压器的容量搭配关系100%50%100%350%100%100%2100%100%100%1低压中压高压方式51U?1W2U?2W3U?3W4.1.2 基本方程式及等效电路基本方程式及等效电路（1）变比（）变比（2）磁动势平衡）磁动势平衡mFFFF?=+3211332211WIWIWIWIm?=+mIkIkII?=+1331221/当忽略激磁电流，可得：1230mIIII+=?1I?2I?3I?11122201113330201322333012NNUWkWUUWkWUUkWkWUk=64.1.2 基本方程式及等效电路基本方程式及等效电路（3）电压平衡方程式）电压平衡方程式m1231213?磁场分析m主磁场互漏磁121323 自漏磁123 由于磁场分布的复杂性，无法像双绕组变压器将磁场分解为主磁场和单纯的漏磁场。231U?1W2U?2W3U?3W1I?2I?3I?研究方法因此采用电路中自感、互感的概念分析三绕组变压器。磁场包括电机学第4章华北电力大学电气与电子工程学院电力工程系电机与电力电子教研室华北电力大学274.1.2 基本方程式及等效电路基本方程式及等效电路?引入参数?各绕组电阻：123,rrr?定义全自感：与穿过线圈自身的全部磁通有关。1L12131,m2L12232,m3L13233,m122112221213122313333232()()()mmmLWLWLW=+=+=+m1231213231U?1W2U?2W3U?3W1I?2I?3I?（3）电压平衡方程式）电压平衡方程式考虑磁路并联84.1.2 基本方程式及等效电路基本方程式及等效电路12M12,m13M13,m23M23,m122112133113233223123213()()()mmmMMWWMMWWMMW W=+=+=+m1231213231U?1W2U?2W3U?3W1I?2I?3I?引入参数（3）电压平衡方程式）电压平衡方程式?定义互感：与互链两个线圈的全部磁通有关。考虑磁路并联94.1.2 基本方程式及等效电路基本方程式及等效电路?条件仍为“三个不变”。?将所有参数归算至W1绕组侧。21223133,Uk UUk U=?22123313/,/IIkIIk=?2221223133,rkrrkr=22221223133 ,LWLkLLkL=1212121212 MWWMk M=1313131313 MWWMk M=23232312 1323 MWWMk k M=m1231213231U?1W2U?2W3U?3W1I?2I?3I?归算（3）电压平衡方程式）电压平衡方程式注意自感和互感的归算104.1.2 基本方程式及等效电路基本方程式及等效电路?归算后的电路示意图?归算后的回路方程（矩阵形式）111121312212223233132333Urj Lj Mj MIUj Mrj Lj MIUj Mj Mrj LI+=+?2r1L2L3L1r3r1U?2U?3U?1I?2I?3I?12M13M23M1U?1W2U?2W3U?3W1I?2I?3I?（3）电压平衡方程式）电压平衡方程式114.1.2 基本方程式及等效电路基本方程式及等效电路（4）等效电路）等效电路考虑到：1230III+=?并由回路电压方程121 122131 133()()UUI zI zUUI zI z =?其中：111222333zrjxzrjxzrjx=+=+=+再其中：111213232212132333121323()()()xLMMMxLMMMxLMMM=+=+=+特别值得注意但是具有漏抗的常数性，且可实验测取。123,x xx就其本身的物理意义而言不是漏抗！一般称为三绕组变压器的等效电抗。124.1.2 基本方程式及等效电路基本方程式及等效电路由：1230III+=?可得三绕组变压器忽略激磁电流后的简化等值电路：以及：1U?2U?3U?3I?2I?1I?1z2z3z（4）等效电路）等效电路121 122131 133()()UUI zI zUUI zI z =?电机学第4章华北电力大学电气与电子工程学院电力工程系电机与电力电子教研室华北电力大学3134.1.3 参数测定及运行问题参数测定及运行问题（1）参数测定）参数测定?分别进行三次稳态短路试验。?仍采用电压、电流、功率法。?具体内容请同学们课后自学。（2）运行问题）运行问题?电压调整率的问题例如高压侧接额定电压、额定频率的电网，中压侧负荷发生波动而低压侧负荷不变，但低压侧输出电压也会随中压侧负荷的波动而波动。反之亦然。?不同绕组所接负荷的无功功率可相互补偿，详见习题。1U?2U?3U?3I?2I?1I?1z2z3z144.2 自耦变压器自耦变压器4.2.1 简介简介4.2.2 基本方程式及等效电路基本方程式及等效电路4.2.3 容量关系及优点容量关系及优点4.2.4 短路阻抗及缺点短路阻抗及缺点4.2.5 自耦变压器的运行问题自耦变压器的运行问题154.2.1 简介简介双绕组变压器原副绕组间双绕组变压器原副绕组间仅有磁的耦合仅有磁的耦合而无电的联系而无电的联系自耦变压器原副绕组间自耦变压器原副绕组间既有磁的耦合既有磁的耦合又有电的联系又有电的联系*AXax1W2W1aU?1aI?1E?2E?2aI?2aU?2I?串联绕组公共绕组1U?1W2U?2W1I?2I?1E?2E?mAXax注意此电流164.2.2 基本方程式及等效电路基本方程式及等效电路（1）变比）变比kWWWEEEka+=+=+=1221221?（2）磁动势平衡及电流关系）磁动势平衡及电流关系112122()amI WWIWIW+=+?122aaIII=+?)()(2122211WWIWIWWImaa+=+?12/0aaamIIkI+=?22211(1)(1 1)aaaaaakIIIkII=+=?此为自耦变压器重要的电流关系原双绕组变压器的变比1E?2E?1aU?*AXax1W2W1aI?2aI?2I?LZ2aU?174.2.2 基本方程式及等效电路基本方程式及等效电路（3）电压平衡方程式）电压平衡方程式?副边axazIUE222?+=其中：22jxrzax+=LaaZIU22?=?原边axAaaazIzIUEE21121?+=+其中：11jxrzAa+=?注意与原相应的双绕组变压器原、副边绕组的电压、电流以及漏阻抗进行比较。1E?2E?1aU?*AXax1W2W1aI?2aI?2I?LZ2aU?*1W2W1I?1U?2U?2I?AXax184.2.2 基本方程式及等效电路基本方程式及等效电路（4）等效电路）等效电路122aEEkE+=?21(1)aaIkI=?1122aaaAaaxUII zkzE=+?2122()aaAaaaxxakIUII zzz=+?1222aaaxaAaaxI zI zUk I z=+?2211(1)aaAaaaaxUI zIzk=+?212(1)AaaaxaazkzUI+=+?21akaaUI z=+?已知：其中：2(1)kaAaaaxzzkz=+称为自耦变压器从高压侧看入的短路阻抗axAaaazIzIUEE21121?+=+axazIUE222?+=推导：电机学第4章华北电力大学电气与电子工程学院电力工程系电机与电力电子教研室华北电力大学4194.2.2 基本方程式及等效电路基本方程式及等效电路121aaakaUUI z=+?由：12/0aaaIIk=+?12aaII=?LaaZIU22?=22aaLUIZ=?得自耦变压器从高压侧看入的简化等效电路：2(1)kaAaaaxzzkz=+2LaLZk Z=1aU?2aU?12aaII=?（4）等效电路）等效电路204.2.3 容量关系及优点容量关系及优点（1）额定容量（通过容量）额定容量（通过容量）aNaNaNaNaNIUIUS2211=（2）绕组容量（电磁容量）绕组容量（电磁容量）指自耦变压器总的输入或输出容量。指自耦变压器绕组上电压与电流乘积。?串联绕组：11122112(1 1)AaNaNaNaAaNaaNNWUUWIWSWWIkS+=+=?公共绕组：222()11(1)1axNaxNaNaNaaaNNSISkUIUk=1E?2E?1aU?*AXax1W2W1aI?2aI?2I?LZ2aU?214.2.3 容量关系及优点容量关系及优点（3）讨论）讨论?令：xyakk=11称为自耦变压器的效益系数。AaNaxNxyaNSSk S=?因为：1ak所以：1xyk即：绕组容量（电磁容量）额定容量。?额定容量-绕组容量=传导容量。?当ak越趋近于1，xyk越趋近于0，其优点越明显。?所以一般1212212aWWWkWW+=+即：12WW?缺点缺点标幺值不需归算。电机学第4章华北电力大学电气与电子工程学院电力工程系电机与电力电子教研室华北电力大学5254.2.5 自耦变压器的运行问题自耦变压器的运行问题（1）因自耦变压器原、副边存在电的联系，为防止高压侧发生单相对中点短路故障而引起低压侧的过电压，三相自耦变压器的因自耦变压器原、副边存在电的联系，为防止高压侧发生单相对中点短路故障而引起低压侧的过电压，三相自耦变压器的星形中点必须可靠接地星形中点必须可靠接地。（2）因自耦变压器原、副边存在电的联系，当高压侧电网遭受雷击时，过电压的冲击波将直接窜入低压侧电网危及用户电器，故为安全起见自耦变压器因自耦变压器原、副边存在电的联系，当高压侧电网遭受雷击时，过电压的冲击波将直接窜入低压侧电网危及用户电器，故为安全起见自耦变压器原、副边均须装设避雷器原、副边均须装设避雷器，且低压配电变压器不宜采用自耦变压器。，且低压配电变压器不宜采用自耦变压器。（3）因为自耦变压器短路电流大于相应的双绕组变压器，因此在其因为自耦变压器短路电流大于相应的双绕组变压器，因此在其继电保护方面更应精心呵护继电保护方面更应精心呵护。264.3 仪用互感器（仪用互感器（自学?自学?）4.3.1 电流互感器（电流互感器（CT）（1）为什么电流互感器相当于为什么电流互感器相当于副边短路运行副边短路运行的单相变压器？的单相变压器？（2）为什麽电流互感器运行中为什麽电流互感器运行中副边决对不能开路副边决对不能开路？4.3.2 电压互感器（电压互感器（PT）（1）为什么电压互感器相当于为什么电压互感器相当于副边空载运行副边空载运行的单相变压器？的单相变压器？（2）为什麽电压互感器运行中为什麽电压互感器运行中副边决对不能短路副边决对不能短路？电机学第4章华北电力大学电气与电子工程学院电力工程系电机与电力电子教研室华北电力大学