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1、第第 8 8 章章三绕组变压器、自耦变压器、互感三绕组变压器、自耦变压器、互感器器 8-1 8-1 自耦变压器自耦变压器 （Autoformer)一、定义一、定义 原、副方绕组有共同部分的变压器称为原、副方绕组有共同部分的变压器称为自耦变压器。自耦变压器。 从双绕组变压器到自耦变压器第第 8 8 章章三绕组变压器、自耦变压器、互感三绕组变压器、自耦变压器、互感器器 二、特点二、特点 1 1、变比、变比 k ka a= U= U1 1/U/U2 2=N=Nabab/ /N Nbcbc 2 2、磁势平衡：、磁势平衡： I I1 1N Nacac+(I+(I1 1+I+I2 2)N)Nbcbc=I=
2、I0 0N Nabab I I1 1(N(Nabab-N-Nbcbc)+(I)+(I1 1+I+I2 2)N)Nbcbc=I=I0 0N Nabab I I1 1N Nacac+I+IcbcbN Nbcbc=0=0 I IacacN Nacac=-=-I IcbcbN Nbcbc I I1 1N Nabab+I+I2 2N Nbcbc=0=0 I I1 1/I/I2 2= -N= -Nabab / / N Nacac= -1 / k= -1 / ka a也就是在忽略激磁电流后一个绕组本身的两段存在也就是在忽略激磁电流后一个绕组本身的两段存在着磁势平衡。着磁势平衡。3 3、易制成调压器、易制成调
3、压器第第 8 8 章章三绕组变压器、自耦变压器、互感三绕组变压器、自耦变压器、互感器器 1 1）由原边直接传到副边的容量称为传导容量，它）由原边直接传到副边的容量称为传导容量，它既不消耗材料，也不产生损耗既不消耗材料，也不产生损耗2 2）绕组通过电磁作用得到的容量称为电磁容量，）绕组通过电磁作用得到的容量称为电磁容量，也叫绕组容量也叫绕组容量3 3）自耦变压器额定运行时的额定容量为传导容量）自耦变压器额定运行时的额定容量为传导容量和电磁容量之和和电磁容量之和4 4）自耦变压器的电磁容量与额定容量的比值称）自耦变压器的电磁容量与额定容量的比值称为效益系数为效益系数定义定义：第第 8 8 章章三绕
4、组变压器、自耦变压器、互感三绕组变压器、自耦变压器、互感器器 绕组容量绕组容量额定容量额定容量 传导容量传导容量效益系数效益系数 = = = = 绕组容量绕组容量额定容量额定容量额定容量额定容量实例实例: : 第第 8 8 章章三绕组变压器、自耦变压器、互感三绕组变压器、自耦变压器、互感器器 越接近越接近1, 1, 越小越小, , 电磁容量电磁容量( (绕组容量绕组容量) )越小越小, , 传导容量越大传导容量越大, ,节材效果越明显。节材效果越明显。第第 8 8 章章三绕组变压器、自耦变压器、互感三绕组变压器、自耦变压器、互感器器 三、传导容量和电磁容量三、传导容量和电磁容量电磁容量电磁容量
5、S Sdcdc=S=S(1-1/k(1-1/ka a) )传导容量传导容量S Scdcd=S=S1/k1/ka a自耦变压器电流之关系第第 8 8 章章三绕组变压器、自耦变压器、互感三绕组变压器、自耦变压器、互感器器 可见两段绕组的容量均只有变压器容量可见两段绕组的容量均只有变压器容量(1-1/k(1-1/ka a) )倍。倍。自耦变压器不仅可以省去一个绕组，而且其绕组容量自耦变压器不仅可以省去一个绕组，而且其绕组容量要比相应的双绕组变压器小，这样就减少铁、铜等材要比相应的双绕组变压器小，这样就减少铁、铜等材料，缩小尺寸。料，缩小尺寸。(1-1/k(1-1/ka a) )越小则省材越多，所以适
6、合于越小则省材越多，所以适合于k ka a接近于接近于1 1的情的情况。况。I I2 2=I=I1 1+I+Ibcbc 此式由相量式转换为代数式是成立此式由相量式转换为代数式是成立的的S S2 2=U=U2 2I I2 2=U=U2 2I I1 1( (传导容量传导容量) + U) + U2 2I Ibcbc ( (电磁容量电磁容量) )各占百分各占百分比：比： S Scdcd/S/S2 2 = I= I1 1/I/I2 2 = 1/k = 1/ka aSSdcdc/S/S2 2=1-S=1-Scdcd/S/S2 2=1-1/k=1-1/ka a 第第 8 8 章章三绕组变压器、自耦变压器、互
7、感三绕组变压器、自耦变压器、互感器器 主要用在高压电力系统中两个电压相差不大主要用在高压电力系统中两个电压相差不大的电网上，小容量自耦变压器也被用作实验的电网上，小容量自耦变压器也被用作实验室中的调压设备。室中的调压设备。总总 结结用途：用途：优点：优点：比双绕组电力变压器省材料，成本低，效率比双绕组电力变压器省材料，成本低，效率高。高。 越接近越接近1, 1, 越小越小, , 电磁容量电磁容量( (绕绕组容量组容量) )越小越小, , 节材效果越明显节材效果越明显. . 第第 8 8 章章三绕组变压器、自耦变压器、互感三绕组变压器、自耦变压器、互感器器 缺点：缺点：1 1）短路阻抗标幺值比双
8、绕组小，短）短路阻抗标幺值比双绕组小，短路电流较大路电流较大。2 2）由于自耦变压器原副边有电的直）由于自耦变压器原副边有电的直接联系，高压边过电压时，低压边也接联系，高压边过电压时，低压边也产生严重的过电压，两边均需要装设产生严重的过电压，两边均需要装设避雷器。避雷器。第第 8 8 章章三绕组变压器、自耦变压器、互感三绕组变压器、自耦变压器、互感器器 8-2 8-2 三绕组变压三绕组变压器器 一、结构和用途一、结构和用途三绕组变压器的每相有三绕组变压器的每相有3 3个绕组，当一次绕组接到交流电个绕组，当一次绕组接到交流电源后，另外源后，另外2 2个绕组就感应出不同的电势，这种变压器用个绕组就
9、感应出不同的电势，这种变压器用于需要于需要2 2种不同电压等级的负载。种不同电压等级的负载。发电厂和变电所通常出现三种不同等级的电压，所以三绕发电厂和变电所通常出现三种不同等级的电压，所以三绕组变压器在电力系统中应用比较广泛。组变压器在电力系统中应用比较广泛。每相的高中低压绕组均套于同一铁心柱上。为了绝缘使用每相的高中低压绕组均套于同一铁心柱上。为了绝缘使用合理，通常把高压绕组放在最外层，中压和低压绕组放在合理，通常把高压绕组放在最外层，中压和低压绕组放在内层。内层。额定容量是指容量最大的那个绕组的容量，一般容量的百额定容量是指容量最大的那个绕组的容量，一般容量的百分比按高中低压绕组有三种形式
10、分比按高中低压绕组有三种形式100/100/50100/100/50、100/50/100100/50/100、100/100/100100/100/100。 第第 8 8 章章三绕组变压器、自耦变压器、互感三绕组变压器、自耦变压器、互感器器 第第 8 8 章章三绕组变压器、自耦变压器、互感三绕组变压器、自耦变压器、互感器器 基本分析方法和思路基本分析方法和思路磁动势平衡：磁动势平衡：主磁通感应电动势可表示为：主磁通感应电动势可表示为：自漏磁通感应的电动势可表示为：自漏磁通感应的电动势可表示为：第第 8 8 章章三绕组变压器、自耦变压器、互感三绕组变压器、自耦变压器、互感器器 还有两两绕组之间
11、的互漏磁通，比如某绕组电流还有两两绕组之间的互漏磁通，比如某绕组电流还有两两绕组之间的互漏磁通，比如某绕组电流还有两两绕组之间的互漏磁通，比如某绕组电流产生的和另一个绕组交链的互漏磁通会在这个绕产生的和另一个绕组交链的互漏磁通会在这个绕产生的和另一个绕组交链的互漏磁通会在这个绕产生的和另一个绕组交链的互漏磁通会在这个绕组中感应电动势，也可用负的漏电抗压降表示：组中感应电动势，也可用负的漏电抗压降表示：组中感应电动势，也可用负的漏电抗压降表示：组中感应电动势，也可用负的漏电抗压降表示：第第 8 8 章章三绕组变压器、自耦变压器、互感三绕组变压器、自耦变压器、互感器器 二次绕组电流二次绕组电流二次
12、绕组电流二次绕组电流 产产产产生的与一次绕组交链生的与一次绕组交链生的与一次绕组交链生的与一次绕组交链的互漏磁的互漏磁的互漏磁的互漏磁 在一次在一次在一次在一次绕组中感应电动势绕组中感应电动势绕组中感应电动势绕组中感应电动势互漏磁通感应电动势说明：互漏磁通感应电动势说明：互漏磁通感应电动势说明：互漏磁通感应电动势说明：第第 8 8 章章三绕组变压器、自耦变压器、互感三绕组变压器、自耦变压器、互感器器 二、特性二、特性3 3个变比：个变比： k k1212= N= N1 1/N/N2 2 U U1 1 / U/ U2020 k k1313= N= N1 1/N/N3 3 U U1 1 / U /
13、 U1 1kk2323= N= N2 2/N/N3 3 U U2020 / U / U3030负载运行时若不计空载电流负载运行时若不计空载电流 I I0 0 ，则变压器的则变压器的磁势平衡方程磁势平衡方程为为 I I1 1N N1 1+I+I2 2N N2 2+I+I3 3N N3 3=0=0I I1 1+I+I2 2/k/k1212+I+I3 3/k/k1313=0=0I I1 1+I+I2 2+I+I3 3=0=0第第 8 8 章章三绕组变压器、自耦变压器、互感三绕组变压器、自耦变压器、互感器器 简化等效电路中的简化等效电路中的 Z Z1 1=R=R1 1+jX+jX1 1 为一次侧的阻抗
14、，为一次侧的阻抗，Z Z2 2=R=R2 2+jX+jX2 2为二次侧折算到一次侧的阻抗；为二次侧折算到一次侧的阻抗；Z Z3 3=R=R3 3+jX+jX3 3为三次侧折算到一次侧的阻抗，为三次侧折算到一次侧的阻抗，六个参数可以根据稳态短路试验求得。六个参数可以根据稳态短路试验求得。 绕组绕组1 1加电压，绕组加电压，绕组2 2短路，绕组短路，绕组3 3开路开路 Z Zk12k12=R=Rk12k12+jX+jXk12k12= (R= (R1 1+R+R2 2) + j(X) + j(X1 1+X+X2 2)绕组绕组1 1加电压，绕组加电压，绕组3 3短路，绕组短路，绕组2 2开路开路 Z
15、Zk13k13=R=Rk13k13+jX+jXk13k13=(R=(R1 1+R+R3 3)+j(X)+j(X1 1+X+X3 3)绕组绕组2 2加电压，绕组加电压，绕组3 3短路，绕组短路，绕组1 1开路开路 Z Zk23k23=R=Rk23k23+jX+jXk23k23=(R=(R2 2+R+R3 3)+j(X)+j(X2 2+X+X3 3)第第 8 8 章章三绕组变压器、自耦变压器、互感三绕组变压器、自耦变压器、互感器器 R R1 1=1/2(R=1/2(Rk12k12+R+Rk13k13-R-Rk23k23) X X1 1=1/2 (X=1/2 (Xk12k12+X+Xk13k13-X
16、-Xk23k23)R R2 2=1/2(R=1/2(Rk12k12+R+Rk23k23-R-Rk13k13) X X2 2=1/2 (X=1/2 (Xk12k12+X+Xk23k23-X-Xk13k13) )RR3 3=1/2(R=1/2(Rk13k13+R+Rk23k23-R-Rk12k12) X X3 3=1/2(X=1/2(Xk13k13+X+Xk23k23-X-Xk12k12) )知道参数后就可以根据等效电路计算特性了知道参数后就可以根据等效电路计算特性了。第第 8 8 章章三绕组变压器、自耦变压器、互感三绕组变压器、自耦变压器、互感器器 三绕组变压器等效电路三绕组变压器等效电路第第
17、8 8 章章三绕组变压器、自耦变压器、互感三绕组变压器、自耦变压器、互感器器 称为等效电抗。称为等效电抗。称为等效电抗。称为等效电抗。其中其中其中其中： 称为等效阻抗称为等效阻抗称为等效阻抗称为等效阻抗注意注意：等效电路的电抗是等效电路的电抗是等效电抗等效电抗，不是各绕组本身，不是各绕组本身的漏抗，它们综合反映自漏抗与互漏抗的影响。磁路的漏抗，它们综合反映自漏抗与互漏抗的影响。磁路主要经空气闭合，等效电抗为常数。主要经空气闭合，等效电抗为常数。第第 8 8 章章三绕组变压器、自耦变压器、互感三绕组变压器、自耦变压器、互感器器 8-3 8-3 互感器互感器互感器属测量装置，按变压器原理工作。互感
18、器属测量装置，按变压器原理工作。电力系统中的大电流、高电压有时无法直接用普电力系统中的大电流、高电压有时无法直接用普通的电流表和电压表来测量，必须通过互感器将通的电流表和电压表来测量，必须通过互感器将待测电量按比例减小后测量。待测电量按比例减小后测量。互感器具有互感器具有2 2种作用：将高电量转换为能用普通标种作用：将高电量转换为能用普通标准仪表测量的电量准仪表测量的电量1A/5A/100V/500V;1A/5A/100V/500V;将仪表与高将仪表与高压电路隔离，保证仪表及人身安全。压电路隔离，保证仪表及人身安全。 第第 8 8 章章三绕组变压器、自耦变压器、互感三绕组变压器、自耦变压器、互
19、感器器 一、电流互感器一、电流互感器一次侧只有一次侧只有1 1到几匝，导到几匝，导线截面积大，串入被测电线截面积大，串入被测电路。二次侧匝数多，导线路。二次侧匝数多，导线细，与阻抗较小的仪表细，与阻抗较小的仪表（电流表、功率表的电流（电流表、功率表的电流线圈）构成闭路。线圈）构成闭路。电流互感器的运行情况相电流互感器的运行情况相当于二次侧短路的变压器，当于二次侧短路的变压器，一般选择很低的磁密一般选择很低的磁密(0.08-0.1)T(0.08-0.1)T，并忽略励，并忽略励磁电流，则磁电流，则I I1 1/I/I2 2=N=N2 2/N/N1 1=k=k 。第第 8 8 章章三绕组变压器、自耦
20、变压器、互感三绕组变压器、自耦变压器、互感器器 励磁电流是误差的主要根源。励磁电流是误差的主要根源。0.2/0.5/1 / 30.2/0.5/1 / 3，1 1表示变比误差不超过表示变比误差不超过1%1%。注意事项注意事项：副边绕组必须可靠接地，以防止由于绝缘损坏后，副边绕组必须可靠接地，以防止由于绝缘损坏后，原边高电压传入危及人身安全。原边高电压传入危及人身安全。副边绝对不容许开路。开路时互感器成了空载状副边绝对不容许开路。开路时互感器成了空载状态，磁通高出额定时许多态，磁通高出额定时许多(1.4-1.8T)(1.4-1.8T)，除了产生，除了产生大量铁耗损坏互感器外，还在副边绕组感应出危大
21、量铁耗损坏互感器外，还在副边绕组感应出危险的高压，危及人身安全。险的高压，危及人身安全。第第 8 8 章章三绕组变压器、自耦变压器、互感三绕组变压器、自耦变压器、互感器器 二、电压互感器二、电压互感器电压互感器的运行情况相电压互感器的运行情况相当于二次侧开路的变压器，当于二次侧开路的变压器，其负载为阻抗较大的测量其负载为阻抗较大的测量仪表。仪表。副边电流产生的压降和励副边电流产生的压降和励磁电流的存在是电压互感磁电流的存在是电压互感器误差之源。器误差之源。电压互感器副边不能接过电压互感器副边不能接过多的负载；且要求铁心不多的负载；且要求铁心不饱和饱和(0.6-0.8T)(0.6-0.8T)。注
22、意事项：注意事项： 副边绕组连同副边绕组连同铁心必须可靠接地。铁心必须可靠接地。副边绝对不容许短路。副边绝对不容许短路。第第 8 8 章章三绕组变压器、自耦变压器、互感三绕组变压器、自耦变压器、互感器器 三相分裂绕组变压器 分裂变压器是多绕组变压器中的一种特殊形式，和普分裂变压器是多绕组变压器中的一种特殊形式，和普通多绕组变压器不同点在于：它的低压绕组中有一个或几通多绕组变压器不同点在于：它的低压绕组中有一个或几个绕组分裂成额定容量相等的几个支路，这几个支路没有个绕组分裂成额定容量相等的几个支路，这几个支路没有电气上的联系，而仅有较弱的磁的联系。在电力系统中，电气上的联系，而仅有较弱的磁的联系
23、。在电力系统中，用得比较多的是双绕组双分裂变压器，它有一个高压绕组用得比较多的是双绕组双分裂变压器，它有一个高压绕组和两个分裂的低压绕组，分裂绕组的额定电压和额定容量和两个分裂的低压绕组，分裂绕组的额定电压和额定容量相同，它们的总容量等于变压器的总容量。相同，它们的总容量等于变压器的总容量。 低压线圈分裂后，可以大大地增加高压线圈与低低压线圈分裂后，可以大大地增加高压线圈与低压线圈各分裂部分之间，以及低压线圈分裂后的各部分之压线圈各分裂部分之间，以及低压线圈分裂后的各部分之间的短路阻抗值，这对限制网络的短路电流，节省建设投间的短路阻抗值，这对限制网络的短路电流，节省建设投资与占地面积有着一定的
24、实际经济意义，因而分裂变压器资与占地面积有着一定的实际经济意义，因而分裂变压器正在电力工业中被广泛采用。分裂变压器与普通变压器，正在电力工业中被广泛采用。分裂变压器与普通变压器，按其结构看，几乎没有什么区别按其结构看，几乎没有什么区别, ,其区别仅仅是在各铁芯其区别仅仅是在各铁芯柱上的低压圈线本身，没有串联或并联而将其始端和终端柱上的低压圈线本身，没有串联或并联而将其始端和终端各自引出，无论采取哪种结构方式，其分裂的二次绕组之各自引出，无论采取哪种结构方式，其分裂的二次绕组之间磁的耦合是比较弱的，间磁的耦合是比较弱的， 第第 8 8 章章三绕组变压器、自耦变压器、互感三绕组变压器、自耦变压器、
25、互感器器 对分裂变压器的基本要求是对分裂变压器的基本要求是： 1) 1) 低压绕组线圈分裂的几个部分与高压线圈的绝缘低压绕组线圈分裂的几个部分与高压线圈的绝缘结构，要求有足够的电气强度；结构，要求有足够的电气强度； 2) 2) 低压线圈每一部分与高压线圈之间的阻抗值要相低压线圈每一部分与高压线圈之间的阻抗值要相等；等； 3) 3) 使用时，低压线圈的每一部分可分别接到发电机使用时，低压线圈的每一部分可分别接到发电机或电动机上，且可同时运行，也可单独运行，具有相同额或电动机上，且可同时运行，也可单独运行，具有相同额定电压的分裂线圈可以并联运行；定电压的分裂线圈可以并联运行； 4) 4) 结构要简
26、单，尽可能接近无分裂线圈变压器的结结构要简单，尽可能接近无分裂线圈变压器的结构。构。 当然，分裂变压器比起普通当然，分裂变压器比起普通( (无分裂无分裂) )变压器变压器( (在相同在相同容量、电压等级、调压范围及级数，总损耗和短路电压等容量、电压等级、调压范围及级数，总损耗和短路电压等情况下情况下) )相比相比, ,材料消耗较多材料消耗较多( (包括硅钢片、线圈用铜包括硅钢片、线圈用铜铝铝量等量等),),从而使变压器的成本有所增加。从而使变压器的成本有所增加。第第 8 8 章章三绕组变压器、自耦变压器、互感三绕组变压器、自耦变压器、互感器器 厂用变压器采用分裂变压器后的运行特性厂用变压器采用分裂变压器后的运行特性 1) 1) 降低厂用母线上的短路电流，减少对电气设备的降低厂用母线上的短路电流，减少对电气设备的短路冲击。短路冲击。 2) 2) 减少厂用母线电压的波动减少厂用母线电压的波动 3) 3) 有利于厂用电动机成组自起动有利于厂用电动机成组自起动
