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1、11第四章第四章 三相变压器三相变压器第一节第一节 三相变压器的三相变压器的磁路系统磁路系统第二节第二节 三相变压器的三相变压器的电路系统电路系统绕组的绕组的 联结方式和联结组联结方式和联结组第三节第三节 三相变压器绕组三相变压器绕组联结方式及磁路系联结方式及磁路系 统对电动势波形的影响统对电动势波形的影响第四节第四节 变压器的变压器的并联运行并联运行 2概述概述 当三相变压器的原边和副边绕组均以一定的接法连接，当三相变压器的原边和副边绕组均以一定的接法连接， 带上三相对称负载，带上三相对称负载， 原边加上对称的三相电压时原边加上对称的三相电压时 ，因为三，因为三相对称电压本身大小相等、相位互
2、差相对称电压本身大小相等、相位互差1200，因此求得一相，因此求得一相的电压、电流，的电压、电流， 其它两相按对称关系求出。其它两相按对称关系求出。 33概述概述特殊问题：特殊问题：（1）三相变压器的磁路系统；）三相变压器的磁路系统；（2）三相绕组的联接，即电路问题；）三相绕组的联接，即电路问题；（3）不同磁路下的感应电势的波形；）不同磁路下的感应电势的波形；44第一节第一节 三相变压器的磁路系统三相变压器的磁路系统 三相变压器主要有两种结构形式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，称为一种是由三台单相变压器组合而成，称为三相组式变三相组式变压器或三相变压器组压器
3、或三相变压器组; ; 另一种形式是三柱式铁心变压器，称为另一种形式是三柱式铁心变压器，称为心式变压器心式变压器。两。两种形式的变压器磁路系统完全不同。种形式的变压器磁路系统完全不同。 5一一.三相组式变压器的磁路系统三相组式变压器的磁路系统 把三台独立的单相变压器的绕组按一定方式作把三台独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。三相联接，构成一台三相变压器。 A B CACBXYZacbxyz 三个相分别是三个相分别是三个单相变压器三个单相变压器， 仅仅在电路上互相联仅仅在电路上互相联接，接，三相磁路互相完全独立三相磁路互相完全独立。 各相主磁通有各自的铁心磁各相主磁通有
4、各自的铁心磁路，路， 互不影响。若对称电源，三相磁通对称互不影响。若对称电源，三相磁通对称 66二二. 三相心式变压器三相心式变压器 三相的电路有联接，三相的电路有联接， 三相磁路也有联接。心式三三相磁路也有联接。心式三铁心柱铁心结构，铁心柱铁心结构， 从三个单相变压器演变而来。从三个单相变压器演变而来。7788 如果把三台单相变压器的铁心拼成星形磁路，则如果把三台单相变压器的铁心拼成星形磁路，则当三相绕组外施三相对称电压时，由当三相绕组外施三相对称电压时，由 于三相主磁通于三相主磁通也对称，故三相磁通之和将等也对称，故三相磁通之和将等 于零。于零。cBA A C B 0 cBA9A C B
5、三相心式变压器的三相心式变压器的磁路特点：磁路特点：各相磁路彼此相关各相磁路彼此相关由磁通的路径可知：由磁通的路径可知：B B相磁阻小，相磁阻小，不对称不等各相磁通相等对称磁mNIFRFIFUm 优点优点：耗材少、价格便宜、占地少、维护简单：耗材少、价格便宜、占地少、维护简单磁路长短不一，磁路长短不一， 励磁电流占很小比例，励磁电流占很小比例， 影响不大。影响不大。 10第二节第二节 三相变压器的电路系统三相变压器的电路系统绕组的联结方式和联结组绕组的联结方式和联结组一一.绕组端点的标志与极性绕组端点的标志与极性 高压绕组的某一端头电位为正时，低压绕组高压绕组的某一端头电位为正时，低压绕组必有
6、一个端头电位也为正，这两个具有相同极性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的对应端头称为同极性端同极性端（或（或同名端同名端），用符号），用符号“ ” ”表示。表示。 绕组端点的标志绕组端点的标志: :高压首端高压首端A、B、C. 末端末端X、Y、Z低压首端低压首端a、b、c 末端末端x、y、z1111（a）高、低压绕组绕向相同）高、低压绕组绕向相同 （b）高、低压绕组绕向相反）高、低压绕组绕向相反 图图43 绕组的极性绕组的极性将恒定直流电流同时从原副绕组的两个端点通入，若他们再将恒定直流电流同时从原副绕组的两个端点通入，若他们再铁心中产生的铁心中产生的 同向同向，则为同
7、极性端，反之则为异性端。，则为同极性端，反之则为异性端。12二、单相变压器的联接组二、单相变压器的联接组AXaxAXaxAXaxaxAXaxAXAXax 显然单相绕组原副边有两种电势相位关系：显然单相绕组原副边有两种电势相位关系： EAX和和Eax同相位；同相位； EAX和和Eax相位相反。相位相反。 原副边有电势相位关系有：原副边有电势相位关系有：单相绕组原副边电势相位关系单相绕组原副边电势相位关系 EAX和和Eax的相位关系的相位关系1313二、单相变压器的联接组二、单相变压器的联接组 高、低压绕组间感应电动势的相位关系，通常用高、低压绕组间感应电动势的相位关系，通常用时钟表示法，且规定一
8、般规定电动势的正方向为首时钟表示法，且规定一般规定电动势的正方向为首端指向末端。端指向末端。 单相变压器中高、低压绕组感应电动势只有两种单相变压器中高、低压绕组感应电动势只有两种关系：关系： 高、低压绕组首端为同极性端，则二者相电动势高、低压绕组首端为同极性端，则二者相电动势同相位；同相位； 高、低压绕组首端为异极性端，则二者相电动势高、低压绕组首端为异极性端，则二者相电动势相位相反。相位相反。14141515AXaxAXaxAXax12/II连接组别为)I ,I(I/I66连接组别为axAXaxAXAXax单相变压器的标准联结组为单相变压器的标准联结组为II0（I/I-12）。）。 二、单相
9、变压器的联接组二、单相变压器的联接组1616三三.三相变压器的电路系统三相变压器的电路系统Y形形形形(分两种联接顺序分两种联接顺序) A B CX Y ZA B CX Y ZA B CX Y Z末端连在一起，末端连在一起， 首端引出，首端引出， 为星形连接为星形连接“Y”， 中点引出中点引出YN；一相绕组末端与另一相绕组首端相连，一相绕组末端与另一相绕组首端相连， 依次得到一闭合回依次得到一闭合回路，路， 为三角形连接为三角形连接“ ”， 有有顺、逆顺、逆之分。之分。 17U1AU1BU1CU2AU2BU2CU2AU2BU2CU2AU2BU2C四、三相变压器的联接组四、三相变压器的联接组三相变
10、压器的标志三相变压器的标志18四、三相变压器的联接组四、三相变压器的联接组301919A B CX Y ZA ZBC YXA B CX Y ZABX Y ZC三相变压器的电路连接与电势位型图三相变压器的电路连接与电势位型图2020找出原找出原,副边副边 与与 的相位关系的相位关系ABE abE Yy联接组联接组(1)A B CX Y Zc a bz x yA ax y zbBX Y ZCAB/abYy412002121ABE abE 2222联接组联接组YYA B CX Y Za b c x y ZA ax y zBX Y ZCAB/abYy6b18002323A B CX Y Za b c
11、x y Z2424A B CX Y Za b cx y zBX Y ZCA abc3300Yd112525A B CX Y Za b cx y zBX Y ZCA abc300Yd12626A B CX Y Za b cx y zBX Y ZCA abc3300Yd112727A B CX Y Za b cx y zA ZBC YXa yx cb zDd103000Dd2828对变压器绕组联接组别的几点认识：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，联接组号绕组标志（同名端或首末端）改变时，联接组号也改变；也改变； Y，y联接的变压器联接组号均为偶数，联接的变压器联接
12、组号均为偶数，Y，d联联接的变压器联接组号均为奇数；接的变压器联接组号均为奇数； D，d联接可得到与联接可得到与Y，y联接相同的组号，同样，联接相同的组号，同样，D，y联接也可得到与联接也可得到与Y，d联接相同的组号。联接相同的组号。五五.三相变压器的联接组三相变压器的联接组2929电力变压器有五种联接组，分别是：电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联接组：用于低压侧电压超过400V，高压侧电压在，高压侧电压在35kV以下，容量以下，容量5600kVA以下的场合。以下的场合。 YN，d11联接组：用在高压侧需要中性点接地，电压一般联接组：用在高压侧需要中性点接
13、地，电压一般在在35110kV以上的场合。以上的场合。 Y，yn0联接组：用在低压侧为联接组：用在低压侧为400V的配电变压器中，供给的配电变压器中，供给三相负载和单相照明负载，高压侧电压不超过三相负载和单相照明负载，高压侧电压不超过35kV，容量，容量不超过不超过1800kVA。 YN，y0联接组：用于高压侧中性点需要接地的场合。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。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最常用的联接方式是Y，y0和和Y，d11两种。两种。五五.三相变压器的联接组三相变压器的联接组3030第三节第三节 三相变压
14、器绕组联结方式及三相变压器绕组联结方式及磁路系统对电势波形的影响磁路系统对电势波形的影响tItIitItIitIimmCmmBmA3sin)120(3sin3sin)120(3sin3sin0303030303030303AI03 CI03 BI03 313132323333一一.Y，d联结的联结的组式组式变压器电势波形变压器电势波形1i 133111eem平定平定(原边原边) ti0 0 t1t 0 1 3 3434t 0 1 3 t e0 1 3 e11e13e1=e11+ e133535133 ff 33134.44Ef N A3 C3 B3 一一.Y，y联结的联结的组式组式变压器电势波
15、形变压器电势波形3636图图411 心式变压器心式变压器3次谐波磁通的路径次谐波磁通的路径 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，所频率的涡流损耗，使变压器局部发热和损耗增加，所以心式变压器以心式变压器容量大于容量大于1800kVA1800kVA的变压器不采用的变压器不采用Y Y，y y联结方式。联结方式。2.Y，y联结的心式变压器电势波形联结的心式变压器电势波形37373.Y，d联结和联结和D，y联结变压器的电势波形联结变压器的电势波形 对于对于Y，d联结的变压器（组式和心式），其联结的变压器（组式和心
16、式），其一次绕组中无三次谐波励磁电流流通，所以主磁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。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的三角形内形成三次谐波环流。次谐波电势在闭合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，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。所以二次绕组的三次谐波电流起着励磁作用。38383.Y，d联结和联结和D，y
17、联结变压器的电势波形联结变压器的电势波形 副边副边原边原边313 3 ABCabc3 I3 I3 I3939 33311ie 正弦正弦平顶平顶4040原边原边iL正弦，沿正弦，沿内部内部i3，所以，所以，i0尖顶尖顶，e呈正弦呈正弦abc3 I3 I3 IABC41414242abc3 I3 I3 IABC4343第四节第四节 变压器的并联运行变压器的并联运行4444（a） 三线图三线图 (b) 单线图单线图图图413 三相三相Y，y接法变压器的并联运行接法变压器的并联运行4545变压器并联运行有以下优点：变压器并联运行有以下优点：（1）提高供电的可靠性提高供电的可靠性。并联运行的变压器，如。
18、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。运行，供给一定的负载。（2）提高运行效率）提高运行效率。并联运行变压器可根据负载。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，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。提高运行效率。（3）减少备用容量）减少备用容量，并可随用电量的增加，分批，并可随用电量的增加，分批安装变压器，减少初次投资。安装变压器，减少初次投资。 第四节第四节 变压器的并联运行变压器的并联运行4646希望：希望：47471. 变压器理想的并联条件变压器理想
19、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）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；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；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）各变压器的阻抗电压标幺值相等，短路阻抗角也相等。也相等。第四节第四节 变压器的并联运行变压器的并联运行4848 AI4949（a）并联接线示意图）并联接线示意图 （b）简化等效电路图）简化等效电路图 图图414 变比不等时变压器的并联运行变比不等时变压器的并联运行KUU120KUU120KUK
20、UUUU112020202.变比不相等时变压器的并联运行变比不相等时变压器的并联运行第四节第四节 变压器的并联运行变压器的并联运行5050kkCZZUI202%5 . 0*K 并联变压器即使有很小的电位差并联变压器即使有很小的电位差存在，由于短存在，由于短路阻抗值很小，路阻抗值很小， 也会在并联变压器中产生很大的环也会在并联变压器中产生很大的环流。如变压器变比差流。如变压器变比差1时，环流可达额定值的时，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，它的存在将占用变压器的一部分容量，使经存在，它的存在将占用变压器的一部分容
21、量，使变压器空载损耗增加，带负载能力降低。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因此，变压器制造时，应对变比误差加以严格控制，一般要求控制，一般要求2.变比不相等时变压器的并联运行变比不相等时变压器的并联运行51513.联结组别不同时的并联运行联结组别不同时的并联运行202020UUU 此时的相位差等于二次侧线电压，这个相位差将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。许多倍，从而烧坏变压器。 图图4-15 连接组号相差连接组号相差2时的相量图
22、时的相量图52524.阻抗电压标幺值不等时的并联运行阻抗电压标幺值不等时的并联运行kkZZII1:1:*1:1:kkZZII图图4-16 变压器并联运行的简化等效电路变压器并联运行的简化等效电路5353 各变压器负载电流与它们的短路阻抗标幺值成反比。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
23、经过载；而阻抗电压标幺值小的变压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。运行。 如果并联运行各变压器阻抗电压标幺值相等，负载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。4.阻抗电压标幺值不等时的并联运行阻抗电压标幺值不等时的并联运行5454 在计算变压器并联运行时的负载分配问题时，在计算变
24、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：还经常采用下面的计算方法：（1）n台并联运行变压器中第台并联运行变压器中第i台变压器负载电流为台变压器负载电流为IZZInikikii111 （2） 第第i台变压器负载系数为台变压器负载系数为nikiNikiNiiiZIZIII1* 4.阻抗电压标幺值不等时的并联运行阻抗电压标幺值不等时的并联运行5555例例 两台变压器并联运行，两台变压器并联运行， SN =1800KVA，Y/-11，U1N/U2N=35/10KV，uK =8.25 ； S SN =1000KVA， Y/-11 U1N/U2N=35/10KV ， uK =6.75 总负载总负载S S=2600KVA。(1)每台变压器分得总负载是多少？每台变压器分得总负载是多少？(2)不使任一台过载，能供给最大负载为多少？不使任一台过载，能供给最大负载为多少？ 解：（解：（1） niKNKINIKiNiZSZSZS1*366330675. 010000825. 01800 86. 0366330825. 026001*1 niKiNiKiZSZS 565605. 11*22 niKiNiKZSZS KVASSNI154811 KVASSN105022 不使任一台过载，应该取不使任一台过载，应该取uK小的小的 2=1)(247321*22KVAZSZSiKiNiK