chapte3 三相變壓器

1、主要內(nèi)容：主要內(nèi)容：2. 掌握三相變壓器聯(lián)接組的判別方法3. 掌握三相變壓器空載運行時主磁通、空載電流以及電動勢的波形1. 了解三相變壓器磁路系統(tǒng)的特點4. 掌握變壓器并聯(lián)運行的條件及原因5. 自學三相移相變壓器原理及方法1.三相變壓器組：三相變壓器組：由三個單相變壓器的鐵心組成。特點：三相磁路彼此無關 2.2.三鐵心柱變壓器三鐵心柱變壓器特點：磁路相互關聯(lián)，一相磁路以另外兩相磁路作為閉合磁路。變壓器的磁通中除基波磁通外，還含有諧波磁通，其中三的倍數(shù)次諧波在三鐵心柱和三相變壓器組中走過的路徑不同。以三相變壓器組為例，由于外加三相電壓對稱，三相磁通也應對稱，所以流過中間鐵心柱的磁通總和為零。即：

2、0abc aibiciabc33cos3at 0333cos3(120 )cos3btt 0333cos3(240 )cos3ctt 目的：解決一二次繞組側(cè)匝間相位的改變問題。目的：解決一二次繞組側(cè)匝間相位的改變問題。在本教材中，是利用電勢在本教材中，是利用電勢 來比較相位來比較相位e同名端：即同極性端，在繞組中產(chǎn)生感應電動同名端：即同極性端，在繞組中產(chǎn)生感應電動 勢的瞬時實際方向相同，同極性端與勢的瞬時實際方向相同，同極性端與 繞組繞向有關，用繞組繞向有關，用“ ”表示。表示。aeaeaeae4312m4312m1. 1. 單相變壓器繞組標志（單相變壓器繞組標志（i i，i i） 把高壓繞組

3、電動勢相量看作為時鐘的分把高壓繞組電動勢相量看作為時鐘的分 針，指向數(shù)字針，指向數(shù)字1212，把低壓繞組電動勢相，把低壓繞組電動勢相 量看作為時針，指向的數(shù)字即為鐘點數(shù)。量看作為時針，指向的數(shù)字即為鐘點數(shù)。高壓繞組：首端標記為a，尾端標記 為x低壓繞組：首端標記為a， 尾端標記 為x 采用時鐘法后，不必考慮繞組繞向，只要看變壓器連接組標號即可知高低壓繞組電動勢的相位關系。 時鐘法：時鐘法：連接組標號連接組標號, 0i i2 2 單相變壓器連接組標號單相變壓器連接組標號maxaxaeaeaeae, 0i i連接組標號連接組標號, 6i i2 2 單相變壓器連接組標號單相變壓器連接組標號maxax

4、aeaeaeae, 6i i(3)用時鐘表示法 規(guī)定 矢量始終指向12點位置。 若 也在0位置則同相位，表示為i i0 若 也在6位置則反相位，表示為i i6aeaeae2.2.單相變壓器的聯(lián)結(jié)組別單相變壓器的聯(lián)結(jié)組別(1)當a, a為同名端 （簡化 ）與 （簡化 ）為同相位。axeaeaxeae(2)當a, a為異名端 與 為反相位。aeae 從三個相繞組首端a、b、c通入電流，產(chǎn)生的各相磁通的方向指向同一個磁路節(jié)點，此時a、b、c三端點就是同極性端。三相繞組加三相對稱電壓時，其磁通總和必為零，即0abc 對于三鐵心柱三相變壓器，不僅每相的原、副邊繞組間存在極性端問題，而且三相繞組間存在相間

5、極性問題。高壓繞組:首端 a、b、 c，尾端 x、y、 z，中線 n 低壓繞組:首端 a、b、c，尾端 x、y、z，中線 n 3. 3. 三相變壓器繞組標志三相變壓器繞組標志xaaxbybyczczabc三相繞組的標志方法：三相繞組的標志方法：xaaxbybyczcz1 1）三相變壓器原副邊繞組同名端標為首端）三相變壓器原副邊繞組同名端標為首端2 2）三相變壓器原副邊繞組異名端標為首端）三相變壓器原副邊繞組異名端標為首端xaaxbybyczcz3 3）同一鐵心柱上的原副繞組標以不同相的標號，）同一鐵心柱上的原副繞組標以不同相的標號，但原副邊的相序必須一致但原副邊的相序必須一致xaaxbybyc

6、zczabcxyz1 1、星形接法、星形接法 y(yy(y或或y)y)相、線電動勢關系：相、線電動勢關系：ababbcbccacaeeeeeeeee相電動勢：相電動勢：aebece、線電動勢：線電動勢：abebcecae、abcaebecexyz一、三相繞組接法一、三相繞組接法abebcecaezacyxbaaex bbeyceczaxaebybeczceababcbcaceeeeeeabbbcccaaeeeeee 2 2、三角形接法、三角形接法 (d(d或或 d)d)zacyxbaeabeabeac, 0y yaexyzaeabeb1 1、y,y y,y 連接連接zacyxbaeabeaez

7、acxbyabe1）bcx yzaabexyzaebc, 10y yaaeabe2）zacyxbaeabezacxbaeyabebcxyzaaxczbyaeabeabeae, 11y d2 2、y,d y,d 連接連接zacyxbaeabeaezacxby1）abebcxyzaaeabeaxbyczaeabe, 1y dzacyxbaeabeaezacxby2）abebcxyza4 4、結(jié)論：、結(jié)論： 1）y y聯(lián)結(jié)方式，只能得到偶數(shù)的聯(lián)結(jié)組別。 2）yd或d y聯(lián)結(jié)方式，只能得到奇數(shù)的聯(lián)結(jié)組別。 3）三相雙繞組電力變壓器的標準連接組： yyn0, yd11, ynd11, yny0 和 yy

8、0 4 4）單相電力變壓器只有）單相電力變壓器只有 一種一種0ii 1)平行（方向相同或相反）或重合的兩個矢量是指一個鐵心柱上的高低壓繞組所表示的矢量。 2)把a和a重合，是為了使高、低壓繞組線電動勢有公共的起點。3 3、畫圖的注意事項：、畫圖的注意事項： 為了充分利用鐵心，設計變壓器時，額定運行點的磁通最大值 往往設計在鐵心飽和段，由于磁路飽和， 與 的關系是非線性的，它們的波形不可能同時為正弦波。m0i單相變壓器：在飽和情況下， 為尖頂波， 為正弦波。0( )i t( ) t三相變壓器與聯(lián)結(jié)方式有關abcxyz一、一、 y, y y, y 接接 對于對于y y接，由于接，由于 中不包括三次

9、諧波，中不包括三次諧波，其波形接近正弦波，其波形接近正弦波， 為正弦波為正弦波 為平頂波為平頂波( ) t基 波 磁 通三 、 五 等 奇 次 諧 波 磁 通0( )i t0( )i t33cos3amiit0333cos3(120 )cos3bmmiitit0333cos3(240 )cos3cmmiitit3330abciii1 1、三相變壓器組、三相變壓器組0()i 正弦波()平頂波1()正弦波3()正弦波13()eee尖頂波原邊原邊繞組繞組1()e正弦波原邊原邊繞組繞組3()e正 弦 波思考：線電動勢的波形如何？思考：線電動勢的波形如何？ 平頂磁通在原副邊繞組中感應尖頂波形電動勢，平頂

10、磁通在原副邊繞組中感應尖頂波形電動勢，對繞組絕緣造成很大威脅。所以，三相變壓器組不對繞組絕緣造成很大威脅。所以，三相變壓器組不采用采用yyyy連接。連接。結(jié)論：結(jié)論：由于由于 很弱，很弱， 也很小也很小 接近正弦。接近正弦。33e13eee2 2、三鐵心柱式變壓器、三鐵心柱式變壓器所以所以1800kva1800kva及以下容量的變壓器可采用此接法。及以下容量的變壓器可采用此接法。0()i 正弦波()平頂波1()正弦波3()正弦波原邊原邊繞組繞組1()e正弦波13()e正弦波23()e正弦波二、二、 y, d y, d 接法接法e23在閉合的副邊繞組中產(chǎn)生三次諧波電流i23 副邊產(chǎn)生三次諧波磁通

11、，此磁通(副邊)對原邊三次諧波磁通起去磁作用，使三次諧波合成磁通減弱，從而三次諧波電動勢減弱。因此相電動勢 接近正弦波。e勵磁電流勵磁電流三次諧波三次諧波主磁通主磁通三次諧波三次諧波相電動勢相電動勢應用應用y, y心式心式無無弱弱(走漏磁路走漏磁路)正弦正弦1800kva以上不用以上不用y, y組式組式無無 強強(走主磁路走主磁路)尖頂尖頂不用不用y n, y有有(經(jīng)中線經(jīng)中線)無無正弦正弦可用可用y, y n有有(經(jīng)中線經(jīng)中線)無無正弦正弦可用可用y, d (d, y)有有(中有中有)可略去可略去接近正弦接近正弦可用可用不同磁路、聯(lián)結(jié)組別對相電動勢波形影響不同磁路、聯(lián)結(jié)組別對相電動勢波形影響

12、acbc cbbc cc2c1b2b1a2a1aaacbc cbbc cc2c1b2b1a2a1aa r1r1r2r2e1e1e2e2r ri2 22 21 11 1r1r1r2r2e1e1e2e2r r2 21 12 21 1r1r1r2r2e1e1e2e2r r2 21 12 21 1acbc cbbc cc2c1b2b1a2a1aaacbc cbbc cc2c1b2b1a2a1aakzkz111uuuci2u2u1u1u1u2u負負載載axaxk1k2u112202011uuuuuuukk112020uuuukk1)1)、 和和 都斷開：都斷開：k1k2121211222kkzzzzk

13、zzzzzzk注：注：11ckkuuizz2)2)、刀閘、刀閘 閉合，產(chǎn)生環(huán)流閉合，產(chǎn)生環(huán)流kci2u2u1u1u1u2u負負載載axax1k2u3 3）、刀閘）、刀閘 閉合，副邊端電壓變化不大，循環(huán)電閉合，副邊端電壓變化不大，循環(huán)電流和空載運行時差不多一樣大。流和空載運行時差不多一樣大。1k 負載時副邊電流分別為負載時副邊電流分別為 和和 ，則副邊總，則副邊總電流各為：電流各為：ii22cciiiiii 因為因為 ，該，該變壓器負荷加重，可變壓器負荷加重，可輸出容量減小。輸出容量減小。2ii結(jié)論：要求變比結(jié)論：要求變比 k k 相差小于相差小于0.5%0.5%ci2u2u1u1u1u2u負負

14、載載axax1k2u2ua(a)a(a)b babuabuabu22222sin150.5185.18nnckkuuuuizz0.1kkzz111:kkkiiizzz1iiii各變壓器電流與總電流的關系各變壓器電流與總電流的關系abkkkui zi zi z11kkkxtgiiiir1i1u2ulzkzkzkziiiab111:kkkiiizzz111:kkkiiizzzkabuiii1i1u2ukkkzzzabkkkui zi zi z當總電流當總電流 一定時，只有各短路阻一定時，只有各短路阻抗角抗角 相等時有相等時有1iiiik1i:nnnkkksssiiissszzz111:kkkiii

15、zzz2111nknkszuzlssss211113(= ) 33nnnnkkkknnnuuuuyzzzzssi接 ：負載分配與變壓器額定容量的關系負載分配與變壓器額定容量的關系例題例題：兩臺變壓器并聯(lián)運行，有關數(shù)據(jù)為：兩臺變壓器并聯(lián)運行，有關數(shù)據(jù)為： 1800, 11,35/10,0.08251000, 11,35/10,0.0675nknkskvay dkvzskvay dkvz當負載為當負載為 時，時，2800lskva求求: :（1 1）每臺變壓器的電流、輸出容量及負載系數(shù)。）每臺變壓器的電流、輸出容量及負載系數(shù)。（2 2）若不使任何一臺變壓器過載，能擔負的最）若不使任何一臺變壓器過載

16、，能擔負的最 大負載是多少？設備總?cè)萘坷寐适嵌嗌?？大負載是多少？設備總?cè)萘坷寐适嵌嗌伲?當變壓器突然改變負載、空載合閘到電源、二次繞組當變壓器突然改變負載、空載合閘到電源、二次繞組突發(fā)短路或受到過電壓沖擊等，變壓器各電磁量就要發(fā)生突發(fā)短路或受到過電壓沖擊等，變壓器各電磁量就要發(fā)生驟烈的變化，其持續(xù)過程稱為過渡過程。驟烈的變化，其持續(xù)過程稱為過渡過程。 分析變壓器的過渡過程，主要是由于此過程會出現(xiàn)過分析變壓器的過渡過程，主要是由于此過程會出現(xiàn)過電壓或過電流，在極短的時間內(nèi)也會對變壓器造成破壞。電壓或過電流，在極短的時間內(nèi)也會對變壓器造成破壞。 概概 述述一、變壓器空載合閘到電源一、變壓器空載

17、合閘到電源 變壓器副邊開路空載，原邊合閘接到電源稱為空載合變壓器副邊開路空載，原邊合閘接到電源稱為空載合閘閘k2n0i1u1n當時間當時間t=0t=0時空載合閘，時空載合閘，電源電壓為：電源電壓為：1102sinuuta 合閘時電壓合閘時電壓 的初相角的初相角 01uk2n0i1u1n10 1102sintdni rutadt101tnil1111012sinttdrnnutadtl 瞬變過程中勵磁電流瞬變過程中勵磁電流 與電感與電感 的關系：的關系：1l0i合閘后微分方程式為：合閘后微分方程式為：( (設穩(wěn)態(tài)空載運行時不考慮鐵心飽和問題設穩(wěn)態(tài)空載運行時不考慮鐵心飽和問題) )解上式常系數(shù)非齊

18、次微分方程得：解上式常系數(shù)非齊次微分方程得：11rtlce 1122111()mmlunrlt 000sin90cosmmtata 110cosrtltmtace 設合閘時（設合閘時（t=0t=0），鐵心中沒有剩磁），鐵心中沒有剩磁 , ,1100cos0rtlttmtace 00t0cosmca 1100coscosrtltmmtaa e 110cosrtltmtace 1.1.當電源電壓初相位角當電源電壓初相位角 時合閘時合閘 00900cos90sintmmtt 合閘后就進入穩(wěn)定狀態(tài)，不發(fā)生瞬態(tài)過程合閘后就進入穩(wěn)定狀態(tài)，不發(fā)生瞬態(tài)過程 t1u0 自由分量是直流指數(shù)衰減量，當自由分量是直流

19、指數(shù)衰減量，當 時，穩(wěn)時，穩(wěn)態(tài)分量與暫態(tài)分量相加可達最大值，接近態(tài)分量與暫態(tài)分量相加可達最大值，接近 。2m0180tt0pht1ut11cosrtltmmte 2.2.當電源電壓初相位角當電源電壓初相位角 時合閘時合閘000t0pht1u 當已知變壓器空載接通電源其磁通隨時間變化關系后，當已知變壓器空載接通電源其磁通隨時間變化關系后，可根據(jù)磁化特性曲線找出相應的勵磁電流?？筛鶕?jù)磁化特性曲線找出相應的勵磁電流。 變壓器正常運行時，磁路設計得已經(jīng)有點飽和，若在變壓器正常運行時，磁路設計得已經(jīng)有點飽和，若在最不利的空載接通電源，磁通可能超過兩倍的最不利的空載接通電源，磁通可能超過兩倍的 ，鐵心，鐵

20、心非常飽和，勵磁電流非常飽和，勵磁電流 很大，可達額定電流的很大，可達額定電流的3-53-5倍。倍。m0mim2m0t0i0mi0i 在變壓器空載接通電源的過程中，隨著自由分量磁通在變壓器空載接通電源的過程中，隨著自由分量磁通的衰減，勵磁電流也要衰減，衰減的時間常數(shù)為：的衰減，勵磁電流也要衰減，衰減的時間常數(shù)為：11lrt00i結(jié)結(jié) 論：論： 空載合閘電流對變壓器本身沒有多大危害，但若空載合閘電流對變壓器本身沒有多大危害，但若衰減較慢時，可能引起過電流保護裝置動作而跳閘。衰減較慢時，可能引起過電流保護裝置動作而跳閘。為了避免這種情況，在變壓器原邊串一個附加電阻，為了避免這種情況，在變壓器原邊串

21、一個附加電阻，這樣可減少沖擊量，也可使沖擊迅速衰減，合閘完這樣可減少沖擊量，也可使沖擊迅速衰減，合閘完畢，再將該電阻切除。畢，再將該電阻切除。 由于三相變壓器三相互差由于三相變壓器三相互差1201200 0，相位總會在合，相位總會在合閘時有一相初相位接近于零，總會有一相電流較閘時有一相初相位接近于零，總會有一相電流較大。大。 變壓器穩(wěn)態(tài)短路電流已經(jīng)是額定電流的十幾倍到二十變壓器穩(wěn)態(tài)短路電流已經(jīng)是額定電流的十幾倍到二十幾倍左右，突然短路電流比穩(wěn)態(tài)電流還要大，同時產(chǎn)生的幾倍左右，突然短路電流比穩(wěn)態(tài)電流還要大，同時產(chǎn)生的沖擊電流會使機械力增大。沖擊電流會使機械力增大。 三相變壓器故障短路各種各樣：一

22、相接地、兩相短路、三相變壓器故障短路各種各樣：一相接地、兩相短路、兩相接地、三相短路等。兩相接地、三相短路等。 為了簡單，此圖僅為了簡單，此圖僅分析單相變壓器突然短分析單相變壓器突然短路的情況。路的情況。 當變壓器一次繞組接額定電壓當變壓器一次繞組接額定電壓 ，二次繞組發(fā)生突然，二次繞組發(fā)生突然短路，原短路，原 “ t t ” 形等效電路形等效電路 可簡化為可簡化為 “一一” 形等效電形等效電路。路。1ukrklu1i 由于由于 使磁路不飽和，電感可為常數(shù)，使磁路不飽和，電感可為常數(shù)，所以可用一次電流表示微分方程：所以可用一次電流表示微分方程：/11221i zi zu1110sin()kkmdili rutdt 雖然突然短路前可能已帶上負載，但負載電流