《电机与电器控制 教学课件 ppt 作者 冯晓 刘仲恕编第三章 第七节》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电机与电器控制 教学课件 ppt 作者 冯晓 刘仲恕编第三章 第七节（31页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、,现代电力系统均采用三相制，因而三相变压器的应用极为广泛。三相变压器可以用三个单相变压器组成，这种三相变压器称为三相变压器组，还有一种由铁轭把三个铁心柱连在一起的三相变压器，称为三相心式变压器。从运行原理来看，三相变压器在对称负载下运行时，各相电压、电流大小相等，相位上彼此相差120。本节主要讨论三相变压器的磁路系统、电路系统以及感应电动势的波形等几个特殊问题。,第三章第七节 三相变压器,第三章第七节（续1） 磁路系统,三相变压器的磁路系统按其铁心结构可分为组式磁路和心式磁路。,组式（磁路）变压器 三相组式变压器是由三台单相变压器组成的，相应的磁路称为组式磁路。由于每相的主磁通中各沿自己的磁路
2、闭合，彼此不相关联。当一次侧外施三相对称电压时，各相的主磁通必然对称，由于磁路三相对称，显然其三相空载电流也是对称的。,第三章第七节（续1） 磁路系统,心式（磁路）变压器 铁心柱用铁轭连接起来，构成三相铁心，如图所示。这种磁路的特点是三相磁路彼此相关。从图上可以看出，任何一相的主磁通都要通过其他两相的磁路作为自己的闭合磁路。三相心式变压器可以看成是由三相组式变压器演变而来的。,第三章第七节（续1） 磁路系统,与三相组式变压器相比，三相心式变压器省材料，效率高，占地少，成本低，运行维护方便，故应用广泛。只在超高压、大容量巨型变压器中由于受运输条件限制或为减少备用容量才采用三相组式变压器。,第三章
3、第七节（续2） 电路系统-联结组别,联结方法 我国主要采用星形和三角形两种联结方法。把三相绕组的三个末端U2、V2、W2（或u2、v2、w2）联结在一起，而把它们的首端U1、V1、W1（或u1、v1、w2）引出，便是星形联结，用字母Y 或y 表示。,第三章第七节（续2） 电路系统-联结组别,把一相绕组的末端和另一相绕组的首端连在一起，顺次连接成一闭合回路，然后从首端U1、V1、W1（或u1、v1、w1）引出，所示，便是三角形联结，用字母D或d表示。,第三章第七节（续2） 电路系统-联结组别,单相变压器的极性 由于一台三相变压器可以看成由三台单相变压器组成，故要想弄清三相变压器原、副边线电动势（
4、线电压）间的相位关系，须首先掌握单相变压器原、副边电动势（电压）之间的相位关系，即单相变压器的极性。,第三章第七节（续2） 电路系统-联结组别,在单相变压器中，原、副绕组感应电动势之间的相位关系要么同相要么反相位，它取决于绕组的绕向和首末端标记，即同极性端子同样标号电动势同相位。为了形象地表示高、低压绕组电动势之间的相位关系，采用所谓“时钟表示法”。即把高压绕组电动势相量作为时钟的长针，并固定在“12”上，低压绕组电动势相量 作为时钟的短时针，其所指的数字即为单相变压器联结组的组别号，图（a）可写成：I，I0，图（b）可写成I，I6，其中I，I表示高、低压线圈均为单相线圈，0表示两线圈的电动势
5、（电压）同相，6表示反相。我国国家标准规定，单相变压器以I，I0作为标准联结组。,第三章第七节（续2） 电路系统-联结组别,第三章第七节（续2） 电路系统-联结组别,三相变压器的联结组别 三相变压器原、副边三相绕组均可采用Y（y）联结或YN（yn）联结，也可采用D（d）联结，括号中为低压三相绕组联结方式的表示符号。因此三相变压器的联结方式有Y，yn、Y，d、YN，d、Y，y、YN，y、D，yn、D，y、D，d等多种组合，其中前三种为最常见的联结，逗号前的大写字母表示高压绕组的联结；逗号后的小写字母表示低压绕组的联结，N（或n）表示有中性点引出。,第三章第七节（续2） 电路系统-联结组别,第三章
6、第七节（续3） 磁路系统和绕组联结方式对电动势波形的影响,在分析单相变压器空载运行时曾指出：当外加电压u1为正弦波时，电动势e1及产生e1的主磁通必也是正弦波，但由于磁路饱和的影响，空载电流i0将是尖顶波，其中除基波外，还含有较强的三次谐波和其他高次谐波。而在三相变压器中，由于一、二次绕组的连接方法不同，空载电流中不一定能含有三次谐波分量，这将影响到主磁通和相电动势的波形，并且这种影响还与变压器的磁路系统有关。,第三章第七节（续3） 磁路系统和绕组联结方式对电动势波形的影响,Y，y联结的三相变压器 三相三次谐波电流具有三相大小相等且相位相同等性质，因而它不能存在于无中性线星形联结的对称电路中。
7、这样当一次绕组采用星形联结且无中性线引出时，空载电流中不可能含有三次谐波分量，空载电流就呈正弦波形（5次及其以上的高次谐波，由于其值不大可不计）。,由于变压器磁路的饱和特性，正弦波形的空载电流，必激励出呈平顶波的主磁通，如图所示。平顶波的主磁通中除基波磁通1外，还含有三次谐波磁通3。而三次谐波磁通的大小将取决于磁路系统的结构，现分组式和心式变压器两种情况来讨论。,第三章第七节（续3） 磁路系统和绕组联结方式对电动势波形的影响,组式Y，y联结变压器 在三相组式变压器中，由于三相磁路彼此无关，三次谐波磁通3和基波磁通1沿同一磁路闭合。由于铁心磁路的磁阻很小，故三次谐波正弦空载电流产生的主磁通波形磁
8、通较大，加上三次谐波磁通的频率为基波频率的3 倍，即f33f1，所以由它所感应的三次谐波相电动势较大，其幅值可达基波幅值的4560%，甚至更高。结果使相电动势的最大值升高很多，造成波形严重畸变，可能将绕组绝缘击穿。因此对于三相变压器组不准采用Y，y联结。但在三相线电动势中，由于三次谐波电动势互相抵消，故线电动势仍呈正弦波形。,第三章第七节（续3） 磁路系统和绕组联结方式对电动势波形的影响,心式Y，y联结变压器 在三相心式变压器中，由于三相磁路彼此相关联，而三相三次谐波磁通大小相等且方向相同，不能沿铁心闭合，只能借助油和油箱壁等形成回路。这种磁路的磁阻很大，使三次谐波磁通3很小，主磁通仍接近于正
9、弦波，相电动势波形也接近于正弦波。,但由于三次谐波磁通通过油箱壁等时将产生涡流，引起变压器局部过热，降低变压器效率。因此变压器容量大于1800 kVA 时，不宜采用心式Y，y联结。,第三章第七节（续3） 磁路系统和绕组联结方式对电动势波形的影响,YN，y联结的三相变压器 由于变压器的一次侧与电源之间有中性线连接，空载电流的三次谐波分量i03有通路，故i0呈尖顶波，则主磁通及相电动势e均为正弦波形，所以三相变压器可采用此种联结。,第三章第七节（续3） 磁路系统和绕组联结方式对电动势波形的影响,D，y及Y，d联结的三相变压器,D，y联结变压器 由于变压器一次侧为三角形联结，在绕组内有三次谐波空载电
10、流i03 的通路，故i0呈尖顶波，则主磁通及相电动势e为正弦波形，其情况同YN，y联结相同。,第三章第七节（续3） 磁路系统和绕组联结方式对电动势波形的影响,Y，d联结变压器 三相变压器采用Y，d联结时，如图所示。由于一次绕组作Y 联结，无三次谐波空载电流通路，故i0为正弦波，而主磁通为平顶波。主磁通中的 三次谐波 在二次绕组中感应三次谐波电动势 ，且滞后 90。,在作用下，二次侧闭合的三角形回路中产生三次谐波电流 。由于二次绕组电阻远小于其三次谐波电抗，所以 接近滞后 90， 建立的磁通 的相位与 接近相反，其结果大大削弱了 的作用，如图所示。因此合成磁通及其感应电动势均接近正弦波。,第三章
11、第七节（续3） 磁路系统和绕组联结方式对电动势波形的影响,Y，yn连接的三相变压器 变压器二次侧为yn接线，负载时可为三次谐波电流提供通路，使相电动势波形有所改善。但由于负载阻抗的影响，为产生一定的i23需要较大的三次谐波电动势 ，因此相电动势波形仍得不到较大的改善，这种联结基本上与Y，y联结一样，只适用于容量较小的三相心式变压器，而Y，yn联结仍不能采用。,第三章第七节（续3） 磁路系统和绕组联结方式对电动势波形的影响,结论 当变压器运行在磁化曲线的饱和段时，要得到正弦变化的磁通和相电动势就必须有三次谐波的磁通势，这个磁通势可由原绕组产生，也可由副绕组产生。例如，由原绕组三次谐波电流产生的有
12、YN，y和D，y联结，由副绕组中三次谐波电流产生的有Y，d联结。因此在大容量高压变压器中，当需要一、二次侧均作星形联结时，可另加一个三角形联结的第三绕组，以改善相电动势的波形。,当励磁磁通势中无三次谐波分量时，主磁通和相电动势就会畸变，即出现三次谐波分量及其他高次谐波分量。对于三相变压器组，3和e3很强，电动势就畸变得厉害，有可能产生过电压现象；对于三相心式变压器，磁通和相电动势就接近正弦波。,无论相电动势中有无三次谐波分量，线电压中均不会出现三次谐波分量，线电流中是不是有三次谐波分量，要看有无中性线，能否构成三次谐波电流的通路。,第三章第七节（续4）变压器的并联运行,变压器的并联运行是指几台
13、变压器的一、二次绕组分别连接到一、二次侧的公共母线上，共同向负载供电的运行方式,第三章第七节（续4）变压器的并联运行,并联运行的优点 提高供电的可靠性。 可根据负载变化的情况，随时调整投人并联运行的台数，以提高变压器的运行效率； 可以减少变压器的备用容量； 对负荷逐渐增加的变电所，可减少安装时的一次投资。,第三章第七节（续4）变压器的并联运行,并联运行的理想条件 各变压器一、二次侧的额定电压应分别相等，即变比相同； 各变压器的联结组别必须相同； 各变压器的短路阻抗（或短路电压）的标么值 （或 ）要相等，且短路阻抗角也相等。如满足了前两个条件则可保证空载时变压器绕组之间无环流。满足第三个条件时各
14、台变压器能合理分担负载。在实际并联运行时，同时满足以上三个条件不容易也不现实，所以除第二条必须严格保证外，其余两条允许稍有差异。,第三章第七节（续4）变压器的并联运行,并联条件不满足时的运行分析 变比不等时的并联运行,第三章第七节（续4）变压器的并联运行,是kk引起，在空载时就存在，故称空载环流，它只在两个二次绕组中流通。根据磁通势平衡原理，两台变压器的一次绕组中也相应产生环流。式中的 和 分别为两台变压器各自分担的负载电流，它与短路阻抗成反比。,第三章第七节（续4）变压器的并联运行,由于变压器短路阻抗很小，所以即使变比差值很小，也能产生较大的环流。这既占用了变压器的容量，又增加了变压器的损耗
15、，是很不利的。因此为了保证空载环流不超过额定电流的10% ，通常规定并联运行的变压器的变比偏差不大于1。,第三章第七节（续4）变压器的并联运行,联结组别不同时的并联运行 联结组别不同的变压器，即使一、二次侧额定电压相同，如果并联运行，则由前面联结组别的分析可知，二次侧线电压之间的相位至少相差30，例如，Y，y0与Y，d11并联，如图所示，此时副边线电压差U为,第三章第七节（续4）变压器的并联运行,额定电流的空载环流，会烧毁绕组。故联结组别不同的变压器绝不允许并联运行。,第三章第七节（续4）变压器的并联运行,短路阻抗标么值不等时的并联运行 由于变比kk，联结组别相同，则两台变压器并联运行的等效电
16、路如图所示，此时环流IC为零。由图可知,第三章第七节（续4）变压器的并联运行,由此可见，各台变压器所分担的负载大小与其短路阻抗标么值成反比，使得短路阻抗标么值大的变压器分担的负载小，而短路阻抗标么值小的变压器分担的负载大，当短路阻抗标么值小的变压器满载时，短路阻抗标么值大的变压器欠载，故变压器的容量不能充分利用。,当短路阻抗标么值大的变压器满载时，短路阻抗标么值小的变压器必然过载，长时间过载运行是不允许的。为此，为充分利用变压器容量，理想的负载分配，应使各台变压器的负载系数相等，因此变压器并联运行时，要求短路阻抗标么值相等。,第三章第七节（续4）变压器的并联运行,为使各台变压器所承担的电流同相，还要求各台变压器的短路阻抗角相等。 变压器运行规程规定：变比不同和短路阻抗标么值不等的变压器，在任何一台变压器都不会过负荷的情况下，可以并联运行。又规定：短路阻抗标么值不等的变压器并联运行时，应适当提高短路阻抗标么值大的变压器的二次电压，以使并联运行的变压器的容量均能充分利用。,
