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1、第五章三相绕组变压器及其他变压器一、三绕组变压器三绕组变压器有高、中、低三个绕组，大多用于二次需要两种不同电压的电力系统。三绕组变压器第三绕组常常接成三角形联结，供电给附近较低电压的配电线路，有时仅接同步补偿机和电容器（补偿功率因数），也有第三绕组并不引出，专供三次谐波激磁电流形成通路，以改善电势波形和减少不对称运行时负载中点位移。1绕组的布置和额定容量三绕组变压器的铁芯一般为芯式结构，每一个铁芯柱上面套有3个绕组，即高压绕组1,中压绕组2和低压绕组3。其中一个为原绕组，另外两个为副绕组。为了绝缘方便，三绕组变压器总是将高压绕组放在最外层。对于升压变压器，将低压绕组放在中层，中压绕组放在内层，
2、这样可使漏磁场分布均匀，已获得良好的运行性能。对于降压变压器，低压绕组放在内层绝缘较方便。三绕组变压器每个心柱上套有三个绕组，三个绕组的容量可相等，也可不相等，将额定容量作为100%，则三个绕组的容量配合如表所示：变压器类别绕组备注咼压中压低压三绕组变压器10010050以变压器额定容量为百分数10050100100100100三绕组自耦变压器100100100表中3个绕组的容量关系代表每个绕组传递功率的能力，并不是3个绕组按比例传递功率。三相三绕组表变压器标准联结组有Yn，yno，dn和YN,yno,y。，单相变压器的标准联接组为1,10,10。2、电压基本方程式和等值电路设一、二、三绕组匝
3、数分别为N1,N2,N3K12=旦U-（一、二绕组电压变比）N2U20K企（一、三绕组电压变比）N3U30心23二血二區（二、三绕组电压变比）N3U30图2T2三豊附变圧蛰的磁通示意图分（1）主磁通：门与三个绕组同时铰链（2）漏磁通：只铰链一个或两个绕组的磁通，前者称自漏，后者为互漏门11J22J33匚为自漏磁通叮12,门2331匚为互漏磁通。门由三个绕组的合成磁动势建立。经铁心磁路闭合，激磁阻抗随铁心饱和程度而变化。自漏磁通由一个绕组的磁动势所产生，互漏磁通由两个绕组的磁动势产生，它们主要通过空气和油闭合，相应的漏抗为常数。设一相三绕组的自感为：L1L2L3;互感为：M12M23M31（互感
4、对称）电压方程：6=Rh+jcoM1212+jM1313U2=R2I2*jL2I2*M21I1+M23I3*U3=R3I3+j灼L3I3+jM31l1+怡皿32丨J折算得到初级，并考虑电流（磁势）方程N1I1N2I2N3I3二N1I0或：I1I2T3=I0I2和I3为电流归算值，电压方程式为:jI3X13E（1）-j4X23二U2（2）-jI2X32匚U3（3）E3二I3（R3jX33;）jI1X31U1汀侃jg）jI2X12匚E2“2（R2jX22;）jI1X2式中R1,R2,R各绕组的电阻Xll；一.X22；_,X33；_各绕组的自漏抗X；2；X23；_,X31；_各绕组的互漏抗X12；-
5、=X21；_.X23；-=X32；_,X3i；-=Xi3；_Ei,E2,E3-主磁通在各自绕组内感应的电动势。归算到一次侧后El二E2二E3=mZm若忽略激磁电流，则I1I2I0将（1）-（2）并以13=-l2）代入得Ui（-U21R1jl1（X11；-Xi2；_-Xi3、：-）LI2R2jI2（X22；-Xi2；_-X23-x1.）=Ii（RijX1）2（R2jX2）再将（1）-（3）并以l-（liI3）代入得Ui-(-U3Ii(RijXi)3(R3JX3)上两式中，各绕组等效组合阻抗（自感与互组组合）分别为Xi、X2、X3:X1=X11；_-X12；_-X13；_-X23；一-tttItX
6、2二X22；_-Xi2；_-X23；_-Xi3；_-X3=X33-X13-X23；二Xi2；二=捏：一M12一M13M23-IIII-L2一M12一M23M13-L-Mi-M23M12将上两式进一步写成:Ui-(-U2)=(RijXi)li-rjX2)l2=Z1I1-Z2l2Ui-(-U3H(RijXi)li-(R3jXs)*=Z1I1-Zsg乙=Rjxi_一次绕阻等效漏阻抗乙二R2JX2二次绕组等效漏阻抗Z3=R3jx3三次绕组等效漏阻抗由IiI2丨3=0Ui-(七2)=li(RijXi)-|2(R2jX2)Ui-（-U3）=li（RijXi）|3（R3jX3）可画出三绕组变压器简化等效电路
7、如图z;0T.Uo-Ziz:uil用SMh2做短郵试验b）用烧阳1、書作短辭试验国2-44二绕阻变圧器的短站试验M川饶出、：】耐训试騎图2-盟三绕蛆变乐器的简化辱效电路Zk12二ZiZ2-(R1R2)j(XiX2)=Rk12jxk12联立求得2、参数测定等效漏阻抗乙,Z2和Z3可用短路实验测定，由于三绕组变压器中每两个绕组相当于一个两相变压器，因此需做三次短路实验。分别测出每两个绕组间的短路阻抗。ZkiZiZ3(Ri-R3)j(X1X3)=&12jxk13ZK23=Z2，Z3(R2R3)j(X2X3Rk23jXk23_2_2,2k23Zk23=k23珥23k23Xk23乙(ZK122ZK13_
8、ZK23)Z2(Zk232ZK12-ZK13)Z31=2(Zk13ZK23-ZK12)Ri(RK122Rk13-RK23)R2=_(Rk122Rk23Rk13)R3(RK132RK23-RK12)Xi(XK12XK13_XK23)2X2(XK122XK23-XK13)X3-(XK13XK23-XK12)2如用标幺值来计算，可不必进行归算，但若三个绕组容量不等，通常用容量最大的作为基值。在三绕组变压器中，排列在中间位置的绕组，其组合的等效电抗最小，相应的阻抗压降和端电压变化率也最小。负电抗时电容性质的，但这不是指变压器绕组真具有电容性。另等效电抗是各种不同电抗的组合，并不表示漏抗。二、自耦变压器
9、普通的变压器的一、二次线圈只有磁的联系而没有电的联系，自耦变压器的特点在于一、二次线圈之间不仅有磁的联系而且有电的直接联系，如果把一台普通的变压器的一次绕组和二次绕组串联起来。使成为一台自耦变压器，这时普通变压器的一个绕组变成为自耦变压器的一二次侧的共同部分。所以自耦变压器是一个从双绕组变压器演变过来的设有一双绕组的变压器如图所示：韵搂綫图b）疑阻布置1电压关系和电流关系次侧：Uin,Iin,Ni，二次侧:U2N2N,N2一次侧每匝感应电势：巳显m二次侧每匝感应电势E2E2=4.44fGN2.Eu-E且ax与ax的匝数相等EaX二Eax将a与a相连，省去二次绕组，这样成为一台自耦变压器。实质上
10、自耦变压器就是利用一个绕组抽头办法来实现改变电压的一种变压器。当忽略自耦变压器的漏磁通和绕组电阻时，原边的感应电动势Ei与外加电压Ui平衡，畐他的感应电动势等于副边的端电压U2，他们的关系是：U2NEi百式中，kA为自耦变压器的变比；N1、N2分别为高、低压侧绕组的匝数。负载时磁动势平衡关系为：1：（弘-N2）N2=1：n1忽略励磁电流0，则有:|1（叫-N2）In2=0（1）a点的电流关系为：1丨2=1（2）将（2）式代入（1）式中得：I：M-I：N2I：n2I；n2=0即:(3)|1N112no或N2|2|1=-|2二-|2N1kAI2式中，I2一为低压侧电流折算到高压侧的数值。kA将（3
11、）式代入（2）式中，得:I=I1I212|2(1-1)|2kAkA上式说明公共部分的电流和副边电流it相位相同。|1、I2和I的大小关系为:丨2=hI2、容量关系下面分析，把普通两绕组变压器改接成自耦变压器时，电压比和额定容量将有何变化。额定运行时的容量用SN表示：SN-U1N11N2N2N双绕组变压器的容量就是它的绕组容量，等于绕组上的电压和电流的乘积。绕组容量又称电磁容量，它通过电磁感应从原边传递给副边。它的大小决定了变压器的主要尺寸和材料消耗，是变压器设计的依据。自耦变压器的容量不等于它的绕组容量。绕组Aa段的容量为：SAaUAa|1NU1NNN2,1-（1-）SnKaN1l1N绕组ax
12、段的容量为：1）|2N1（1-）SNSax二6x15仆KaKa上两式说明，绕组Aa和绕组ax的容量相等，但都比自耦变压器的额定容量小。这多出的部分为：SN_SASN=U2N12NKA成为自耦变压器的传导容量，它由原方直接传给负载，不需要增加绕组容量。因此,若自耦变压器与双绕组变压器额定容量相同，则自耦变压器的绕组容量比双绕组变压器的绕组容量小。由于：=（1丄）J1,SnKKa-1SaNSn（计算容量SN小于额定容量SAnKx越接近于1,传导功率所占的比例越大，经济效果越显著。自耦变压器常用于高、低压比较接近的场合，在工厂和实验室中自耦变压器常用来做调压器。3、主要优缺点当额定容量相同时，自耦变
13、压器与双绕组变压器相比，其单位容量消耗的材料少、变压器的体积小、造价低，而且铜耗和铁耗也小，因而效率高。当KA越接近1时，自耦变压器的绕组容量越小，其优点越突出。同样，由于原、畐9绕组之间有直接的电的联系，当高压边遭受过电压时，会引起低压边严重过电压。因此，需要在原、副边装设避雷器。三、电压互感器和电流互感器电压互感器和电流互感器又称仪用互感器，是电力系统中使用的测量设备，其工作原理与变压器基本相同。使用变压器的目的是：与小量程的标准化电压表和电流表配合测量高电压、大电流；使测量回路和被测回路隔离，以保障工作人员和测量设备的安全；为各类继电保护和控制系统提供控制信号。1、电压互感器电压互感器的
14、接线如下图。高压绕组接到被测量的电压线路上，低压绕组接测量表。若测量仪表不止一个，则各仪表的电压线圈应并联。电压互感器副边的额定电压都统一设计成100V。1S图2-47屯压互感機的接絃图电压互感器的工作原理和普通降压变压器相同。当忽略漏阻抗时:UiU2EiE2一N2当测量出U2后，被测电压U=kuU2。由于电压互感器副边所接的测量仪表，例如电压表、功率表的电压线圈等，其阻抗很大，故电压互感器运行时相当于一台降压互感器的空载运行。电压互感器的两种误差：变比误差和相位误差，因存在励磁互感器和漏阻抗。变比误差的定义为：kuU2-UiUi100%相位误差是U：和-U：之间的相位差。所以存在测量误差，电压互感器按准确度高低分为0.2、0.5、1.0和3.0四个等级。数字越小准确度越高在使用电压互感器时应注意：（1）、二次侧不允许短路，否则会产生很大的短路电流，烧毁互感器的绕组；（2）、为安全起见，二次绕组连同铁心一起，必须可靠接地；（3）副边接入的阻抗不得小于规定值，以减小误差。2、电流互感器电流互感器接线如图。原绕组串入被测的线路中，副绕组接电流表或功率表的电流线圈等。电流互感器副边的额定电流一般统一设计成5A或1A。iiW12-48若将励磁电流忽略，根据磁动势平衡
