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

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，供電給附近較低電壓的配電線路，有時僅接同步補償機和電容器（補償功率因數(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行時負載中點位移。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構，每一個鐵芯柱上面套有3 個繞組，即高壓繞組 1，中壓繞組 2 和低壓繞組 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。 對于升壓變壓器， 將低壓繞組放在中層

2、，中壓繞組放在內層，這樣可使漏磁場分布均勻，已獲得良好的運行性能。對于降壓變壓器，低壓繞組放在內層絕緣較方便。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 100，則三個繞組的容量配合如表所示：變壓器類別繞組備注高 壓中 壓低 壓10010050三繞組變壓器10050100以變壓器額定容量為百分數(shù)100100100三繞組自耦變壓器100100100表中 3 個繞組的容量關系代表每個繞組傳遞功率的能力， 并不是 3 個繞組按比例傳遞功率。三相三繞組表變壓器標準聯(lián)結組有YN， yno ， d11 和YN, yno , y0 ，單相變壓器的標準聯(lián)接組為I,I0

3、,I0。2、電壓基本方程式和等值電路設一、二、三繞組匝數(shù)分別為N1,N2,N3K12N1U 1（一、二繞組電壓變比）N2U 20K13N1U 1（一、三繞組電壓變比）N 3U 30K123N 2U 20 （二、三繞組電壓變比）N 3U 30分（ 1）主磁通：與三個繞組同時鉸鏈（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11,22.33為自漏磁通12 ,23 . 31 為互漏磁通。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，相應的漏抗為常數(shù)。設一相三繞組

4、的自感為：L1 L2 L3 ；互感為：M 12M 23M 31 （互感對稱）電壓方程：U 1R1I1U 2R2 I2U 3R3I3jL1 I 1jL2I2jL3I 3j M12I2j M 21I1j M 31I1j M13I3j M23I3j M 32I2折算得到初級，并考慮電流（磁勢）方程N1I1N2I 2N3I 3 N1I0或： I1 I2I 3I 0I 2 和 I 3 為電流歸算值，電壓方程式為：U 1I1(R1jx11 )j I 2 x12j I 3 x13E（ 1）E2I2(R2jx22) jI 1 x21jI 3 x23U 2（ 2）E3I3(R3jx33) jI 1 x31jI

5、2 x32U 3（3）式中R1 , R2 , R3 -各繞組的電阻。x11.x22 , x33-各繞組的自漏抗x12.x23 , x31-各繞組的互漏抗x12x21 .x23x32, x31x13E1 , E2 , E3 - 主磁通在各自繞組內感應的電動勢。歸算到一次側后 E1 E2E3I mZ m若忽略激磁電流，則 I 1I 2I 30將（1）- （2）并以 I 3( I 1I 2 )代入得U 1( U2)I 1R1jI 1 ( x11x12x13 )I 2R2j I 2 (x22x12x23 . x13 )I 1 ( R1 jx1 ) I 2 (R2jx2 )再將（ 1）- （3）并以 I

6、 2(I 1I3)代入得U 1( U3) I1(R1jx1 ) I 3 ( R3jx3 )上兩式中，各繞組等效組合阻抗（自感與互組組合）分別為x1 、 x2 、 x3 ：x1x11x12x13x23L1M 12M 13M 23x2x22x12x23x13L2M 12M 23M 13x3x33x13x23x12L3M 13M 23M 12將上兩式進一步寫成：U 1(jx1 )IU2 ) (R1U 1(U3) (R1jx 1 )IZ1I 1 1( R2jx 2 )I 2Z2I21( R3jx 3 )I 3 Z1I 1Z3I 3Z1R1 jx 1 一次繞阻等效漏阻抗Z 2R2 jx 2 二次繞組等效

7、漏阻抗Z3R3jx 3 三次繞組等效漏阻抗由： I1I2 I30U 1(U 2 ) I1(R1jx1 ) I 2 (R2jx2 )U 1(U3) I1(R1jx1 ) I 3 ( R3jx3 )可畫出三繞組變壓器簡化等效電路如圖。2、參數(shù)測定等效漏阻抗 Z1 , Z 2 和Z 3 可用短路實驗測定，由于三繞組變壓器中每兩個繞組相當于一個兩相變壓器，因此需做三次短路實驗。分別測出每兩個繞組間的短路阻抗。ZK12Z1Z 2（ R1R2） j （x 1x 2） Rk12jx k12ZK13Z1Z 3（R1R3） j （x 1x 3） Rk12jx k13ZK23Z 2Z 3（ R2R3） j （ x

8、 2x 3） Rk23j x k23k 232 Z k23k 232 Rk23 k 232 x k23聯(lián)立求得Z11 (ZK12ZK 13ZK23)2Z 21 (ZK23Z K12ZK13)2Z 31Z K23ZK12 )(Z K132R11 ( RK12RK 13RK23)2R21 (RK 12RK 23RK13)2R31 (RK13RK 23RK12)2x11 ( xK 12xK 13xK 23 )2x21 ( xK12xK 23xK 13 )2x 31 (x K13xK 23xK12 )2如用標幺值來計算，可不必進行歸算，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，

9、排列在中間位置的繞組，其組合的等效電抗最小，相應的阻抗壓降和端電壓變化率也最小。負電抗時電容性質的，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，自耦變壓器的特點在于一、二次線圈之間不僅有磁的聯(lián)系而且有電的直接聯(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有一雙繞組的變壓器如圖所示：1、電壓關系和電流關系一次側： U1N, I1N , N1 ，二次側：

10、U 2N ,I 2N , N2一次側每匝感應電勢： E1E14.44 fmN1二次側每匝感應電勢 E2E24.44 fmN2E1E2 且 a x 與 ax的匝數(shù)相等Ea xEax 將 a 與 a 相連，省去二次繞組，這樣成為一臺自耦變壓器。實質上自耦變壓器就是利用一個繞組抽頭辦法來實現(xiàn)改變電壓的一種變壓器。當忽略自耦變壓器的漏磁通和繞組電阻時，原邊的感應電動勢E1與外加電壓 U 1 平衡，副邊的感應電動勢等于副邊的端電壓U 2 ，他們的關系是：U 1 NE1N1k AU 2 NE2N2式中， kA 為自耦變壓器的變比； N1、N2 分別為高、低壓側繞組的匝數(shù)。負載時磁動勢平衡關系為：I（N1N

11、2） I N2I0N11忽略勵磁電流 I 0 ，則有：I（N1N2） I N20 （1）1a 點的電流關系為：I 1I 2I（2）將（ 2）式代入（ 1）式中得：I1N1I1N2I1N2I 2N 20I 1N1 I2N 2 0或即：N 2I 2（ 3）I 1I2-I 2N1k A式中，I2I 2為低壓側電流折算到高壓側的數(shù)值。k A將（ 3）式代入（ 2）式中，得：II1I2I 2I2（1） 2k A1 -Ik A上式說明公共部分的電流I 和副邊電流 I 2 相位相同。 I 1、I 2 和 I 的大小關系為：I2I1I2、容量關系下面分析，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

12、將有何變化。額定運行時的容量用SN 表示：KN1SNU1NI 1NU2N I2NN 2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，是變壓器設計的依據(jù)。自耦變壓器的容量不等于它的繞組容量。繞組 Aa 段的容量為：SA a U Aa I1 N U 1NN1 N2 I1N （1-1 ）SNN1K A繞組 ax 段的容量為：SUaxI U（1-1 ）I2 N（1-1 ）Sax2NK ANK A上兩式說明，繞組 Aa 和繞組 ax 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

13、：SNSAa1 SN U2NI2NK A成為自耦變壓器的傳導容量， 它由原方直接傳給負載， 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。SaN1K a1,由于 :(1)K a 1SNKSaNSN （計算容量 SN小于額定容量 SAn）KA 越接近于 1，傳導功率所占的比例越大，經(jīng)濟效果越顯著。自耦變壓器常用于高、低壓比較接近的場合，在工廠和實驗室中自耦變壓器常用來做調壓器。3、主要優(yōu)缺點當額定容量相同時，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、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 K

14、A越接近 1 時，自耦變壓器的繞組容量越小，其優(yōu)點越突出。同樣，由于原、副繞組之間有直接的電的聯(lián)系，當高壓邊遭受過電壓時，會引起低壓邊嚴重過電壓。因此，需要在原、副邊裝設避雷器。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：與小量程的標準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備的安全；為各類繼電保護和控制系統(tǒng)提供控制信號。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

15、并聯(lián)。電壓互感器副邊的額定電壓都統(tǒng)一設計成 100V。電壓互感器的工作原理和普通降壓變壓器相同。當忽略漏阻抗時：U1E1N1U2E2N2k u當測量出 U2 后，被測電壓 U1=kuU2。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 電壓互感器運行時相當于一臺降壓互感器的空載運行 。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：k uU 2 - U 1100%U 1相位誤差是 U 1 和 -U 2 之間的相位差。所以存在測量誤差， 電壓互感器按準確度高低分為0.2 、0.5 、1.0 和 3.0 四個等級。數(shù)字越小準確

16、度越高在使用電壓互感器時應注意： （ 1）、二次側不允許短路，否則會產(chǎn)生很大的短路電流，燒毀互感器的繞組；（ 2）、為安全起見， 二次繞組連同鐵心一起， 必須可靠接地；（3）副邊接入的阻抗不得小于規(guī)定值，以減小誤差。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)一設計成 5A 或 1A。若將勵磁電流忽略，根據(jù)磁動勢平衡關系有：I 1N1I 2N 20 或I 1N 2I 2k i I 2N1式中 k iN 2為電流互感器的變流比。N1當測出 I2 后，被測電流 I1=kiI2 。由于電流互感器副邊所接的儀表阻抗很小， 故電流互感器運行時相當于一臺升壓變壓器的短路運行 。實際上，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：I %ki I 2I 1 100%I 1和 I 1 與 - ki I 2 之間的相位差。電流互感器按誤差大小分為0.2 、0.5 、1.0 、 3.0 、10.0 五個等級供選用。電流互感器在