第三章 三繞組變壓器及特殊變壓器

1、第一篇第一篇 變壓器變壓器1第三章 三繞組變壓器及特殊變壓器3.2 自耦變壓器自耦變壓器23.4 互感器互感器 4 3.3 分裂繞組變壓器分裂繞組變壓器3 33.1 三繞組變壓器三繞組變壓器3 1第一篇第一篇 變壓器變壓器23.1 3.1 三繞組變壓器三繞組變壓器第一篇第一篇 變壓器變壓器3什么是三繞組變壓器？什么是三繞組變壓器？ 在同一鐵心柱上繞上一個原繞組、兩個副繞組或兩個原繞在同一鐵心柱上繞上一個原繞組、兩個副繞組或兩個原繞組一個副繞組。具有組一個副繞組。具有U1 1/ /U2 2/ /U3 3三種電壓的變壓器叫三繞組變壓三種電壓的變壓器叫三繞組變壓器。器。( (同心式繞組，鐵心為心式結

2、構同心式繞組，鐵心為心式結構)第一篇第一篇 變壓器變壓器4第一篇第一篇 變壓器變壓器5用途：用途：1）變電站中利用三繞組變壓器由兩個系統(tǒng)向一個負載）變電站中利用三繞組變壓器由兩個系統(tǒng)向一個負載 供電，如圖供電，如圖 (a) (a)所示。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）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)。如圖輸送到不同的電網(wǎng)。如圖 (b) (b)所示。所示。 第一篇第一篇 變壓器變壓器6132231321231YY升壓升壓降壓降壓1 高壓高壓 2 中壓中壓 3 低壓低壓 對于升壓變壓器，如果采用降壓的方法對于升壓變壓器，如果采用降壓的方法布置

3、，則低壓和高壓繞組之間的漏磁通較大，布置，則低壓和高壓繞組之間的漏磁通較大，同時附加損耗也顯著增加，使變壓器可能發(fā)同時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。生局部過熱和降低效率。 第一篇第一篇 變壓器變壓器7分類：分類：單相三繞組變壓器單相三繞組變壓器三相三繞組變壓器三相三繞組變壓器二、三繞組變壓器的容量和標準聯(lián)結組二、三繞組變壓器的容量和標準聯(lián)結組(1)額定容量：額定容量： 三繞組變壓器的額定容量是指三個繞組中容三繞組變壓器的額定容量是指三個繞組中容量最大的一個繞組的容量。為了使產品標準化起見，一般三量最大的一個繞組的容量。為了使產品標準化起見，一般三個繞組的容量配合有下列

4、三種。個繞組的容量配合有下列三種。 高壓繞組高壓繞組中壓繞組中壓繞組低壓繞組低壓繞組NSNSNSNSNSNSNSNS5 . 0NS5 . 0注意：表中列出的注意：表中列出的各繞組的容量配置各繞組的容量配置關系，代表的是每關系，代表的是每個繞組傳遞功率的個繞組傳遞功率的能力，并不表示三能力，并不表示三個繞組傳遞功率時個繞組傳遞功率時的實際比例的實際比例第一篇第一篇 變壓器變壓器8（2 2）標準聯(lián)結組：）標準聯(lián)結組： （GB1094-85 ） u三相三繞組電力變壓器的標準聯(lián)結組為：三相三繞組電力變壓器的標準聯(lián)結組為： YN,yn0,d11 和和 YN,yn0,y0 。u單相三繞組變壓器的標準聯(lián)結組

5、為單相三繞組變壓器的標準聯(lián)結組為 ：I, I0, I0 。三、變比、磁動勢平衡方程式、等效電路三、變比、磁動勢平衡方程式、等效電路1變比變比1112221113332132112233311312NNNNNNUNkNUUNkNUUkNUkkNUUkk第一篇第一篇 變壓器變壓器92三繞組變壓器的磁動勢方程式三繞組變壓器的磁動勢方程式負載運行時的磁動勢平衡方程式1230FFFF1 1223 31 0N IN IN IN I或由于空載勵磁電流的值 很小，此時可略去不計，故0I1 1223 30N IN IN I即：3212311=-NNIIINN（）或123121311=-IIIkk（）則磁動勢基本

6、平衡方程式123()III 13331222,kIIkII其中第一篇第一篇 變壓器變壓器103三繞組變壓器的等效電路三繞組變壓器的等效電路定性給出三繞組變壓器的簡化等效電路如圖所示第一篇第一篇 變壓器變壓器113.2 3.2 自耦變壓器自耦變壓器第一篇第一篇 變壓器變壓器12自耦變壓器的結構特點自耦變壓器的結構特點1122NNUNkNU普通變壓器的特點：普通變壓器的特點：原、副繞組之間只有磁的聯(lián)系而沒有電路上原、副繞組之間只有磁的聯(lián)系而沒有電路上 的聯(lián)系。的聯(lián)系。自耦變壓器的特點：自耦變壓器的特點：原、副繞組之間不僅有磁的聯(lián)系而且還有電原、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。路

7、上的直接聯(lián)系。 自耦變壓器可以由一臺雙繞組變壓器演變過來。設有一臺雙自耦變壓器可以由一臺雙繞組變壓器演變過來。設有一臺雙繞組變壓器，原、副繞組匝數(shù)分別為繞組變壓器，原、副繞組匝數(shù)分別為N1 1和和N2 2 ，額定電壓為，額定電壓為U1N和和U2N ，額定電流為額定電流為I1N和和I2N , ,其變比為其變比為第一篇第一篇 變壓器變壓器13自耦變壓器的結構特點自耦變壓器的結構特點 如果保持兩個繞組的額定電壓和額定電流不變，把原如果保持兩個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)起來作為新的原邊。而副繞組還繞組和副繞組順極性串聯(lián)起來作為新的原邊。而副繞組還同時作為副邊，它的兩個端點

8、接到負載阻抗同時作為副邊，它的兩個端點接到負載阻抗ZL，便演變成，便演變成了一臺降壓自耦變了一臺降壓自耦變壓器。壓器。 第一篇第一篇 變壓器變壓器14（1 1）電壓關系）電壓關系U U1 1E E1 14.444.44fNfN1 1m m U U2 2E E2 24.444.44fNfN2 2m m 111222zUENKKUEN（2 2）電流關系）電流關系021121IIINNN 負載時的磁勢平衡方程式：負載時的磁勢平衡方程式：忽略空載磁通勢，則忽略空載磁通勢，則02121 IINN22121NNzIIIK 自耦變壓器一、二次繞組中的電流大小與自耦變壓器一、二次繞組中的電流大小與 匝數(shù)成反比

9、，在相位上互差匝數(shù)成反比，在相位上互差1801800 0. . 結論結論: :第一篇第一篇 變壓器變壓器15當自耦變壓器二次側接入負載后12211zININk即121zIIk可見，自耦變壓器一、二次電壓、電流關系與雙繞組變壓器一致流經(jīng)公共繞組中的電流流經(jīng)公共繞組中的電流I I的大小為的大小為 : :2122211(1)axzzIIIIIIkk 當變比當變比K K接近于接近于1 1時，時，I I很小，很小，這部分繞組可用截面積較小的導線這部分繞組可用截面積較小的導線繞制，以節(jié)約用銅量，并減小自耦繞制，以節(jié)約用銅量，并減小自耦變壓器的體積與重量。變壓器的體積與重量。結論：結論：第一篇第一篇 變壓器

10、變壓器16（3 3）容量關系）容量關系NoImageNoImageS S2 2= =U U2 2I I2 2= =U U2 2（I I+ +I I1 1）= =U U2 2I I+ +U U2 2I I1 1自耦變壓器輸出的視在功率為：自耦變壓器輸出的視在功率為：由電磁感應原理從一次繞組由電磁感應原理從一次繞組 傳遞到二次繞組的視在功率傳遞到二次繞組的視在功率 通過電路的直接聯(lián)系從一次通過電路的直接聯(lián)系從一次繞組直接傳遞到二次繞組的繞組直接傳遞到二次繞組的視在功率視在功率 結論：由電源通過變壓器傳到負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

11、傳過去的； 另一部分為傳導容量，可以看做電流通過傳導直接達到負載。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，就在于它的副邊可以直接向電源吸收傳導 功率。 第一篇第一篇 變壓器變壓器17NoImageI1只在一部分繞組的電阻上產生銅損只在一部分繞組的電阻上產生銅損耗，因此自耗，因此自耦變壓器的損耗比普通變壓器要小，效率較高，耦變壓器的損耗比普通變壓器要小，效率較高，因而較為經(jīng)濟。因而較為經(jīng)濟。 K K一般介于一般介于1.21.22 2間，此時變壓器優(yōu)勢較間，此時變壓器優(yōu)勢較明顯。明顯。應用舉例：應用舉例：電力系統(tǒng)中，用自耦變壓器把電力系統(tǒng)中，用自

12、耦變壓器把110 kV、150 kV、220 kV和和330kV的高壓電力系統(tǒng)的高壓電力系統(tǒng)連接成大規(guī)模連接成大規(guī)模的動力系統(tǒng)。的動力系統(tǒng)。 第一篇第一篇 變壓器變壓器18自耦變壓器的缺點：自耦變壓器的缺點： 高壓側的電氣故障會波及到低壓側，很不高壓側的電氣故障會波及到低壓側，很不安全。因此自耦變壓器在使用時必須正確安全。因此自耦變壓器在使用時必須正確接線，且外殼必須接地，并規(guī)定安全照明接線，且外殼必須接地，并規(guī)定安全照明變壓器不允許采用自耦變壓器結構形式。變壓器不允許采用自耦變壓器結構形式。 第一篇第一篇 變壓器變壓器19（4 4） 自耦變壓器與雙繞組變壓器的比較自耦變壓器與雙繞組變壓器的比

13、較1 1）在變壓器額定容量）在變壓器額定容量( (通過容量通過容量) )相同時，自耦變壓器的繞相同時，自耦變壓器的繞組容量組容量( (電磁容量電磁容量) )比雙繞組變壓器的小。比雙繞組變壓器的小。2 2）變壓器硅鋼片和銅線的用量與繞組的額定感應電動勢和）變壓器硅鋼片和銅線的用量與繞組的額定感應電動勢和通過的額定電流有關，也就是和繞組的容量有關，現(xiàn)在自耦通過的額定電流有關，也就是和繞組的容量有關，現(xiàn)在自耦變壓器的繞組容量減小了，當然所用的材料也少了，從而可變壓器的繞組容量減小了，當然所用的材料也少了，從而可以降低成本。以降低成本。3 3）由于銅線和硅鋼片用量減少，在同樣的電流密度和磁通）由于銅線

14、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，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。從而提高了效率。第一篇第一篇 變壓器變壓器204 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）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輸和安裝的困難；反過來說，在運輸條件有一定限制的條件運輸和安裝的困難；反過來說，在運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，自耦變壓器的下，即變壓器的

15、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。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 5）效益系數(shù)）效益系數(shù) 越小。上述優(yōu)點就越顯著，為此，自耦變壓越小。上述優(yōu)點就越顯著，為此，自耦變壓器的變比越接近器的變比越接近1 1就越好，一般以不超過就越好，一般以不超過2 2為宜。此外，如果變?yōu)橐?。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，會給低壓邊的絕緣及安全用電帶來一定的困難，所上的連接，會給低壓邊的絕緣及安全用電帶來一定的困難，所以，自耦變壓器適

16、用于原、副邊電壓變比不大的場合。以，自耦變壓器適用于原、副邊電壓變比不大的場合。 xyk第一篇第一篇 變壓器變壓器213.3 3.3 分裂繞組變壓器分裂繞組變壓器第一篇第一篇 變壓器變壓器22 分裂變壓器是將其中一個繞組（通常是低壓繞組）分分裂變壓器是將其中一個繞組（通常是低壓繞組）分裂成電路上不相連而在磁路上只有松散耦合的兩個繞組的裂成電路上不相連而在磁路上只有松散耦合的兩個繞組的變壓器。變壓器。 隨著變壓器容量的增加，當變壓器二次側發(fā)生短路隨著變壓器容量的增加，當變壓器二次側發(fā)生短路時，短路電流數(shù)值很大，采用分裂繞組變壓器，能有效時，短路電流數(shù)值很大，采用分裂繞組變壓器，能有效地限制短路電

17、流，降低短路容量，從而可以采用輕型斷地限制短路電流，降低短路容量，從而可以采用輕型斷路器以節(jié)省投資?，F(xiàn)在大型電廠（單機容量路器以節(jié)省投資?，F(xiàn)在大型電廠（單機容量200MW200MW及以上及以上）的啟動變壓器和高壓電廠用變壓器一般均采用分裂繞）的啟動變壓器和高壓電廠用變壓器一般均采用分裂繞組變壓器。組變壓器。第一篇第一篇 變壓器變壓器23變壓器中，低壓線圈分裂成額定容量相等的兩部分或者幾變壓器中，低壓線圈分裂成額定容量相等的兩部分或者幾部分。分裂線圈之間沒有電的聯(lián)系，而僅有較弱的磁聯(lián)系。部分。分裂線圈之間沒有電的聯(lián)系，而僅有較弱的磁聯(lián)系。分裂繞阻的每個支路可以單獨運行，也可以在額定電壓相分裂繞阻

18、的每個支路可以單獨運行，也可以在額定電壓相同時并聯(lián)運行，低壓線圈分裂后，可以大大地增加高壓線同時并聯(lián)運行，低壓線圈分裂后，可以大大地增加高壓線圈與低壓線圈各分裂部分之間，以及低壓分裂線圈之間的圈與低壓線圈各分裂部分之間，以及低壓分裂線圈之間的短路阻抗，從而很好地限制網(wǎng)絡的短路電流，因此分裂變短路阻抗，從而很好地限制網(wǎng)絡的短路電流，因此分裂變壓器在電力系統(tǒng)中得到廣泛的應用。壓器在電力系統(tǒng)中得到廣泛的應用。第一篇第一篇 變壓器變壓器24 按其結構，分裂變壓器與普通變壓器的區(qū)別僅是各鐵芯按其結構，分裂變壓器與普通變壓器的區(qū)別僅是各鐵芯柱上的低壓線圈本身，分裂變壓器的低壓線圈沒有串聯(lián)或柱上的低壓線圈本

19、身，分裂變壓器的低壓線圈沒有串聯(lián)或并聯(lián)，而將始端和終端各自引出，其原理如圖所示并聯(lián)，而將始端和終端各自引出，其原理如圖所示。該圖所示為該圖所示為Y 一一一一1111接線方式，即接線方式，即高壓線圈接成星形，兩高壓線圈接成星形，兩個分裂的低壓線圈接成個分裂的低壓線圈接成三角形，此外還有其他三角形，此外還有其他接線方式。接線方式。第一篇第一篇 變壓器變壓器25三、基本要求三、基本要求分裂變壓器與普通變壓器，按其結構看，幾乎沒有什分裂變壓器與普通變壓器，按其結構看，幾乎沒有什么區(qū)別，其區(qū)別僅僅是在各鐵芯柱上的低壓圈線本身沒么區(qū)別，其區(qū)別僅僅是在各鐵芯柱上的低壓圈線本身沒有串聯(lián)或并聯(lián)而將其始端和終端各

20、自引出，無論采取哪種有串聯(lián)或并聯(lián)而將其始端和終端各自引出，無論采取哪種結構方式，其分裂的二次繞組之間磁的耦合是比較弱的，結構方式，其分裂的二次繞組之間磁的耦合是比較弱的，因此，對分裂變壓器的基本要求是：因此，對分裂變壓器的基本要求是： 1) 1)低壓繞組線圈分裂的幾個部分與高壓線圈的絕緣結構，低壓繞組線圈分裂的幾個部分與高壓線圈的絕緣結構，要求有足夠的電氣強度；要求有足夠的電氣強度； 2) 2)低壓線圈每一部分與高壓線圈之間的阻抗值要相等；低壓線圈每一部分與高壓線圈之間的阻抗值要相等；第一篇第一篇 變壓器變壓器26 3) 3)使用時，低壓線圈的每一部分可分別接到發(fā)電機或使用時，低壓線圈的每一部

21、分可分別接到發(fā)電機或電動機上，且可同時運行，也可單獨運行，具有相同額定電動機上，且可同時運行，也可單獨運行，具有相同額定電壓的分裂線圈可以并聯(lián)運行；電壓的分裂線圈可以并聯(lián)運行； 4) 4)結構要簡單，盡可能接近無分裂線圈變壓器的結構。結構要簡單，盡可能接近無分裂線圈變壓器的結構。 當然，分裂變壓器比起普通當然，分裂變壓器比起普通( (無分裂無分裂) )變壓器變壓器( (在相同在相同容量、電壓等級、調壓范圍及級數(shù)，總損耗和短路電壓等容量、電壓等級、調壓范圍及級數(shù)，總損耗和短路電壓等情況下情況下) )相比，材料消耗較多相比，材料消耗較多( (包括硅鋼片、線圈用銅包括硅鋼片、線圈用銅( (鋁鋁) )

22、量等量等) )，從而使變壓器的成本有所增加。，從而使變壓器的成本有所增加。第一篇第一篇 變壓器變壓器27分裂變壓器的運行方式(1)分裂運行。兩個低壓分裂繞組運行，低壓繞組間有穿越功率，高壓繞組開路，高、低壓繞組間無穿越功率。(2)穿越運行。當兩個低壓分裂繞組并聯(lián)運行，變壓器高壓繞組和分裂繞組之間有功率傳遞，稱為穿越運行。(3)單獨運行。當任一低壓繞組開路，另一低壓繞組和高壓繞組運行，在此運行方式下，高、低壓繞組問的阻抗稱為半穿越阻抗。此阻抗值較大，在工程上用來限制短路電流。第一篇第一篇 變壓器變壓器283.4 3.4 互感器互感器（一）結構特點及用途（一）結構特點及用途 作用：作用：為了測量人

23、員的安全，使測量回路與高壓電網(wǎng)為了測量人員的安全，使測量回路與高壓電網(wǎng) 相互隔離；相互隔離； 擴大測量儀表（電流表及電壓表）的測量范圍。擴大測量儀表（電流表及電壓表）的測量范圍。 電壓互感器電壓互感器電流互感器電流互感器分類：分類：第一篇第一篇 變壓器變壓器29 1 1電流互感器電流互感器在電工測量中用來按比例變換交流電流的儀器在電工測量中用來按比例變換交流電流的儀器 串在電路中，串在電路中， 流過被測電流流過被測電流 匝數(shù)少，導線匝數(shù)少，導線 粗。粗。 1 1電流互感器電流互感器在電工測量中用來按比例變換交流電流的儀器在電工測量中用來按比例變換交流電流的儀器 串在電路中，串在電路中， 流過被

24、測電流流過被測電流 匝數(shù)少，導線匝數(shù)少，導線 粗。粗。2I1I1221IKIKNNII第一篇第一篇 變壓器變壓器30 1 1電流互感器電流互感器量程及讀數(shù)：量程及讀數(shù)： 二次電流表量程一般為二次電流表量程一般為5A5A。實際中已換算成。實際中已換算成一次電流，其標度尺即按一次電流分度，這一次電流，其標度尺即按一次電流分度，這樣可以直接讀數(shù)，不必再進行換算。樣可以直接讀數(shù)，不必再進行換算。 第一篇第一篇 變壓器變壓器31電流互感器使用注意事項：電流互感器使用注意事項：二次繞組絕對二次繞組絕對 不允許開路不允許開路 電流互感器的鐵電流互感器的鐵 心及二次繞組一心及二次繞組一 端必須可靠接地端必須可

25、靠接地 第一篇第一篇 變壓器變壓器32NoImage鉗形電流表鉗形電流表 利用電流互感器原理利用電流互感器原理如被測電流過小，可將被測導線在鉗口內多繞如被測電流過小，可將被測導線在鉗口內多繞 幾圈，然后將讀數(shù)除以所繞匝數(shù)幾圈，然后將讀數(shù)除以所繞匝數(shù) 第一篇第一篇 變壓器變壓器33用電流互感器進行電流測量時存在一定的用電流互感器進行電流測量時存在一定的誤差，根據(jù)誤差的大小，電流互感器分下誤差，根據(jù)誤差的大小，電流互感器分下列各級：列各級：0.20.2、0.50.5、1.01.0、3.03.0、10.010.0。 如如0.50.5級的電流互感器表示在額定電流時，級的電流互感器表示在額定電流時， 測量誤差最大不超過測量誤差最大不超過0.50.5 精度：精度： 1 1電流互感器電流互感器第一篇第一篇 變壓器變壓器34NoImage 2 2電壓互感器電壓互感器