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1、第四章 三相变压器,第一节 三相变压器的磁路系统 第二节 三相变压器的电路系统绕组的 联结方式和联结组 第三节 三相变压器绕组联结方式及磁路系 统对电动势波形的影响 第四节 变压器的并联运行,电力系统采用的是三相供电制，所以电力系统中用得最多的是三相变压器。 当三相变压器的一、二次绕组以一定的接法联接，带上三相对称负载，一次绕组接对称的三相电源时，其工作在对称情况，此时各相电压、电流大小相等，相位相差1200，因此可取三相中任意一相进行分析计算，也即将三相问题简化为单相问题，则前一章的分析方法和结论完全适用于三相电路。,本章就三相变压器的几个特殊问题，即三相变压器的磁路系统、三相变压器的联结组
2、别和感应电势波形等进行讨论，在此基础上简单分析变压器的并联运行、不对称运行、突然短路及变压器空载合闸等问题。,第一节 三相变压器的磁路系统,三相变压器主要有两种结构形式，一种是由三台单相变压器组合而成，称为三相组式变压器或三相变压器组，另一种形式是三柱式铁心变压器，称为心式变压器。两种形式的变压器磁路系统完全不同。,1.三相组式变压器的磁路系统 把三立的单相变压器的绕组按一定方式作三相联接，构成一台三相变压器。,图4-1 三相组式变压器铁心结构,特点：各相磁路彼此独立，各不相关，各相主磁通以各自的铁心构成回路。若在三相绕组接三相对称电源，三相主磁通对称，三相空载电流也对称。,1.三相组式变压器
3、的磁路系统,（a）三个单相铁心合并成 (b) 去掉中间心柱 (c) 三相心式铁心 图42 三相心式变压器的磁路系统,2.三相心式变压器磁路系统,特点是：各相磁路彼此相关，每相磁通必须通过另外两相才能构成闭合回路。,三相心式变压器磁路系统，三相之间不很对称，即三相磁路长度不相等，中间一相较短，两边两相较长。所以，当外施三相电压对称时，三相磁通相同，由于三相磁路的磁阻不相等，三相空载电流略有不同。但因为电力变压器空载电流标幺值很小，所以这种不对称对变压器负载运行的影响很小，一般忽略不计。 与三相组式变压器比较，心式变压器具有节省材料、效率高、占地面积小、维护方便等优点；但大型和超大型变压器，为了制
4、造和运输方便，并减少电站的备用容量，常采用三相组式变压器。无论是三相组式变压器还是心式变压器，各相基波磁通通过的路径都是铁心磁路，遇到的磁阻很小。,第二节 三相变压器的电路系统 绕组的联结方式和联结组,1.绕组端点的标志与极性,高压绕组的某一端头电位为正时，低压绕组必有一个端头电位也为正，这两个具有相同极性的对应端头称为同极性端（或同名端），用符号“ ”表示。,（a）高、低压绕组绕向相同 （b）高、低压绕组绕向相反 图43 绕组的极性,2.单相变压器的联接组,为了形象地表示高、低压绕组间感应电动势的相位关系，通常用时钟表示法。在用时钟法表示相位关系时，一般规定电动势的正方向为首端指向末端。 根
5、据前面的分析可以知道，单相变压器中高、低压绕组感应电动势只有两种关系： 高、低压绕组首端为同极性端，则二者相电动势同相位； 高、低压绕组首端为异极性端，则二者相电动势相位相反。,图44 单相变压器高、低压绕组相电势之间的相位关系,用时钟法表示时，用联接组来表示绕组的联接法，而用时钟钟点数来表示二者之间的相位关系。 单相变压器高、低压绕组联结组用I，I表示，钟点数根据下述原则确定：高压绕组的相电势看作时钟的长针，低压绕组的相电势看作时钟的短针，令代表高压绕组电势的长针指向时钟盘面的12点，则代表低压绕组电势的短针所指的钟点数即为绕组的联结组别号。,单相变压器的标准联结组为II0（I/I-12）。
6、,3.三相变压器的电路系统,图45 三相变压器绕组连接与相电势之间的相位关系,三相变压器的一次、二次绕组主要有两种联结方法，星形接法和三角形接法。,三相变压器高、低压绕组的联接方式、绕组标志的不同，都使高、低压绕组对应的线电势之间相位差不同，联接组号是用来反映三相变压器绕组的联接方式及对应线电势之间相位关系的。 高、低压绕组的联接方式不同、绕组标志不同，对应的线电势相位关系也不同，但是它们总是相差 的整数倍，所以也可以采用时钟法来表示三相变压器绕组联接和相位关系。同单相变压器类似，把高压边的线电势作为长针，固定指向钟表盘的12点位置，低压边相应的线电势作为短针，它在钟面上所指的数字，即为三相变
7、压器的联接组号。,4.三相变压器的联接组,（1）Y，y0联接组,（a） Y，y0绕组接线图 （b） 相量图 图46 Y，y0联接组,（2）Y，y6（Y-Y6）联接组,（a）Y，y6联接组接线图 (b) 相量图 图47 Y，y6联接组,（3）Y，d11（Y / -11）联接组,（a）Y，d11联接组接线图 （b） 相量图 图48 Y，d11联接组,对变压器绕组联接组别的几点认识： 绕组标志（同名端或首末端）改变时，联接组号也改变； Y，y联接的变压器联接组号均为偶数，Y，d联接的变压器联接组号均为奇数； D，d联接可得到与Y，y联接相同的组号，同样，D，y联接也可得到与Y，d联接相同的组号。,电
8、力变压器有五种联接组，分别是： Y，d11联接组：用于低压侧电压超过400V，高压侧电压在35kV以下，容量5600kVA以下的场合。 YN，d11联接组：用在高压侧需要中性点接地，电压一般在35110kV以上的场合。 Y，yn0联接组：用在低压侧为400V的配电变压器中，供给三相负载和单相照明负载，高压侧电压不超过35kV，容量不超过1800kVA。 YN，y0联接组：用于高压侧中性点需要接地的场合。 Y，y0联接组：用在只供三相动力负载的场合。 最常用的联接方式是Y，y0和Y，d11两种。,第三节 三相变压器绕组联结方式及磁路系统对电势波形的影响,三相系统中，三相的三次谐波电流幅值相等，相
9、位相同 ，即有：,磁通中的三次谐波磁通也是大小相等，相位相同。变压器的空载电流波形与三相绕组的联接法（星形或三角形联接）有关，而铁心中磁通的波形又与磁路的结构形式（组式或心式变压器）有关。,1.Y，y联结的组式变压器电势波形,对于Y，y联接的组式变压器，一次绕组励磁电流中三次谐波电流无法流通，所以，励磁电流近似为正弦波。磁路饱和时，其所产生的主磁通必然是平顶波，平顶波磁通波形中除了基波磁通外，还含有三次谐波磁通，这里将其它高次谐波忽略。,三相组式变压器中，各相磁路相互独立，三次谐波磁通和基波磁通一样，沿主磁路闭合，磁路对三次谐波的磁阻小，三次谐波磁通较大，所以主磁通为平顶波。,图49 正弦波电
10、流产生的主磁通波形,三次谐波磁通与基波磁通一样，将在变压器一、二次绕组感应三次谐波电势，由于谐波频率为基波频率的三倍 ，所以由它感应的三次谐波电势较大，有时可达到基波电势的45-60。 基波电势和三次谐波电势叠加，得到变压器空载时的相电势波形为尖顶波，如图410所示。 从图中可以看出，相电势波形严重畸变，其所产生的尖峰电压可能危害绕组的绝缘。,图410正弦波电流产生的主磁通及电动势波形,2.Y，y联结的心式变压器电势波形,对于Y，y联结的心式变压器，其一次励磁电流也近似为正弦波，但由于心式变压器三相磁路彼此相关，各相的三次谐波磁通大小相等、相位相同，不能沿主磁路闭合，只能借助油、油箱壁等形成闭
11、合回路，该磁路磁阻大，使三次谐波磁通大大削弱，三相心式变压器中主磁通波形接近正弦波，从而相电势波形也接近正弦波。 所以，三相心式变压器可以采用Y，y联结方式。,图411 心式变压器3次谐波磁通的路径,三次谐波磁通在变压器油箱壁等构件中引起三倍频率的涡流损耗，使变压器局部发热和损耗增加，所以容量大于1800kVA的变压器不采用Y，y联结方式。,3.Y，d联结和D，y联结变压器的电势波形,对于Y，d联结的变压器（组式和心式），其一次绕组中无三次谐波励磁电流流通，所以主磁通中将有三次谐波磁通，谐波磁通在一、二次绕组的相电势中感应三次谐波电势。 由于二次绕组为三角形联结，二次侧三相的三次谐波电势在闭合
12、的三角形内形成三次谐波环流。 由于一次绕组中无三次谐波电流与之平衡，所以二次绕组的三次谐波电流起着励磁作用。,这样可以认为铁心中的主磁通是由一次侧的正弦波空载电流和二次侧三次谐波电流共同建立，二次侧的三次谐波电流产生的三次谐波磁通对一次绕组的三次谐波磁通起去磁作用，所以三次谐波磁通被削弱，相电势中的三次谐波分量很小，因此相电势波形近似为正弦波。 D，y联结的变压器，一次绕组的三角形接法使空载电流中的三次谐波分量可以在闭合的三角形回路中流通，所以各相绕组空载电流为尖顶波，在铁心中建立的主磁通波形为正弦波，绕组中感应的相电势波形也为正弦波。,综上所述，三相变压器的一、二次绕组中只要有一侧接成三角形
13、，就能保证感应电势波形接近正弦波。大容量电力变压器若需接成Y，y联结，可以在铁心柱上另加一套第三绕组，并接成三角形，此绕组不接电源也不接负载，用以为三次谐波电流提供通路，防止相电势波形发生畸变。,图412 Y，d联结的三相变压器中的二次侧三次谐波电流,第四节 变压器的并联运行,（a） 三线图 (b) 单线图 图413 三相Y，y接法变压器的并联运行,变压器并联运行有以下优点： （1）提高供电的可靠性。并联运行的变压器，如果其中一台发生故障或检修，另外的变压器仍照常运行，供给一定的负载。 （2）提高运行效率。并联运行变压器可根据负载的大小调整投入并联的台数，从而减小能量损耗，提高运行效率。 （3
14、）减少备用容量，并可随用电量的增加，分批安装变压器，减少初次投资。,1. 变压器理想的并联条件,（1）各变压器的一次和二次额定电压相等，即各变压器变比相等； （2）各变压器一次和二次线电压的相位差相同，即各变压器连接组别相同； （3）各变压器的阻抗电压标幺值相等，短路阻抗角也相等。,（a）并联接线示意图 （b）简化等效电路图 图414 变比不等时变压器的并联运行,2.变比不相等时变压器的并联运行,并联变压器即使有很小的电位差存在，由于短路阻抗值很小， 也会在并联变压器中产生很大的环流。如变压器变比差1时，环流可达额定值的10。环流不同于负载电流，在变压器空载时，环流就已经存在，它的存在将占用变
15、压器的一部分容量，使变压器空载损耗增加，带负载能力降低。 因此，变压器制造时，应对变比误差加以严格控制，一般要求,3.联结组别不同时的并联运行,此时的相位差等于二次侧线电压，这个相位差将在变压器中引起很大的环流，可能超过额定电流的许多倍，从而烧坏变压器。,图4-15 连接组号相差2时的相量图,4.阻抗电压标幺值不等时的并联运行,图4-16 变压器并联运行的简化等效电路,各变压器负载电流与它们的短路阻抗标幺值成反比。当各并联变压器阻抗电压标幺值相等时，各变压器负载率相同。否则，阻抗电压标幺值不等的变压器并联运行时，阻抗电压标幺值大的变压器满载运行，阻抗电压标幺值小的变压器已经过载；而阻抗电压标幺值小的变压器满载运行时，阻抗电压标幺值大的变压器又处于欠载运行。 如果并联运行各变压器阻抗电压标幺值相等，负载率相同，则负载分配最为合理。由于容量相近的变压器阻抗值相近，所以一般并联运行变压器的容量比不超过3：1。,在计算变压器并联运行时的负载分配问题时，还经常采用下面的计算方法： （1）n台并联运行变压器中第i台变压器负载电流为,（2） 第i台变压器负载系数为,
