电机学－三绕组变压器和自耦变压器

1、内容回顾三相变压器的不对称运行 分析方法：对称分量法 正序、负序、零序分量方法 三相变压器正、负序等效电路形式相同、参数相同。内容回顾三相变压器的不对称运行三相变压器零序等效电路与正序等效电路形式 基本 相同、原、副绕组漏阻抗Z1、 Z2与正序参数相同。零序激磁阻抗可能与正序不同，故用 Zm0 表示 。三相变压器组：三相磁路互相独立，零序电流激励的主磁通，其磁路与正序电流激励的主磁通的磁路相同，因此零序激磁阻抗与正序激磁阻抗相等，即 ： Zm0 = Zm 。 三相心式变压器：零序电流所激励的三相零序主磁通同大小、同相位，不能在铁心内形成闭合磁路，只能通过非铁磁材料闭合，因此零序激磁阻抗 Zm0

2、远小于正序激磁阻抗即： Zm0 Zm Xm 的参数表达式 。星形联结：零序电流不能流通，此时等效电路在这一边应断开。三角形联结：零序电流仅能在三角形内部形成环流，而不能流到外电路。即在零序等效电路中，变压器内部短接，但从外部看进去则是断开的。内容回顾三相变压器的不对称运行YN,d联结时，从YN方面看，零序阻抗从d方面看，零序电流为零，零序阻抗内容回顾三相变压器的不对称运行 Y,yn联结的单相负载运行对于三相变压器组，Zm0 = Zm，因此负载电流主要受 Zm0 的限制， 即使负载阻抗 ZL 很小，负载电流也并不大。 Y,yn联结由于原边没有零序电流，因此副边的零序电流全部成为激磁性质的，从而在

3、铁心内产生零序主磁通 ，感应零序电动势 ，迭加到正序电动势上，使负载相端电压下降。在三相变压器组中，零序主磁通可在主磁路内通过，零序电动势较大，故负载相端电压 急剧下降，另外两相电压则将升高，以保持线间电压不变，于是产生严重的中性点位移现象。Y,yn联结的三相变压器组不能带单相到中线的不对称负载。三绕组变压器、自耦变压器和互感器4-1 三绕组变压器什么是三绕组变压器 在同一铁心柱上绕上一个原绕组、两个副绕组或两个原绕组一个副绕组。具有U1/U2/U3三种电压的变压器叫三绕组变压器。(同心式绕组，铁心为心式结构)4-1 三绕组变压器4-1 三绕组变压器 为了绝缘方便，高压绕组部放在最外边。 对于

4、降压变压器，中压绕组放在中间，低压绕组靠近铁心柱，如图4-1(a)所示。 对于升压变压器，为了使磁场分布均匀，把中压绕组放在靠近铁心柱，低压绕组放在中间，如图4-1(b)所示。4-1 三绕组变压器 对于升压变压器，如果采用图4-l(a)所示的方法布置，则低压和高压绕组之间的漏磁通较大，同时附加损耗也显著增加，使变压器可能发生局部过热和降低效率。 4-1 三绕组变压器三绕组变压器的分类和用途分类：单相三绕组变压器三相三绕组变压器4-1 三绕组变压器用途：1）变电站中利用三绕组变压器由两个系统向一个负载 供电，如图4-2(a)所示。 2）发电厂利用三绕组变压器把发出的电压用两种电压 输送到不同的电

5、网。如图4-2(b)所示。 4-1 三绕组变压器三绕组变压器的容量和标准联结组容量：三绕组变压器的额定容量是指三个绕组中容量最大的一个 绕组的容量。为了使产品标准化起见，一般三个绕组的容 量配合有下列三种。 注意：用标么值计算时，各绕组必须采用相同的容量基值。 高压绕组中压绕组低压绕组标准联结组： （GB1094-85 ） 三相三绕组电力变压器的标准联结组： YN,yn0,d11 和 YN,yn0,y0 。 单相三绕组变压器的标准联结组： 为 I, I0, I0 。三绕组变压器的容量和标准联结组4-1 三绕组变压器4-1 三绕组变压器三绕组的基本方程式、等效电路、运行性能1三绕组变压器的变比2

6、三绕组变压器的磁动势方程式3三绕组变压器的电动势平衡方程式 3三绕组变压器的电动势平衡方程式4三绕组变压器的等效电路和相量图 三、三绕组变压器的电压调整率和效率 同理可得 四、三绕组变压器的参数测定三绕组变压器简化等效电路中的参数可通过三个稳定短路试验测定 、稳态短路试验测出的短路电抗三者的大小与三绕组的安排位置有关。如图4-l(a)的安排1、3绕组之间漏磁最大，其次是1、2绕组间漏磁，最小的的是2、3绕组之间的 4-2 自耦变压器自耦变压器的结构特点普通变压器的特点：原、副绕组之间只有磁的联系而没有电路上 的联系。自耦变压器的特点：原、副绕组之间不仅有磁的联系而且还有电 路上的直接联系。 自

7、耦变压器可以由一台双绕组变压器演变过来。设有一台双绕组变压器，原、副绕组匝数分别为N1和N2 ，额定电压为U1N和U2N ，额定电流为I1N和I2N ,其变比为自耦变压器的结构特点 如果保持两个绕组的额定电压和额定电流不变，把原绕组和副绕组顺极性串联起来作为新的原边。而副绕组还同时作为副边，它的两个端点接到负载阻抗ZL，便演变成了一台降压自耦变压器。 4-2 自耦变压器自耦变压器的结构特点公共绕组：从绕组的作用看，绕组ax供高、低压两侧共用，叫做公共绕组，串联绕组：绕组Aa则与公共绕组串联后供高压侧使用，叫做串联绕组。自耦变压器的变比为： 式中： 为双绕组变压器的变比。 4-2 自耦变压器自耦

8、变压器的基本方程式和等效电路基本方程式1）电流关系：按照全电流定律，自耦变压器的激磁磁动势 应等于串联绕组的磁动势 与公共绕组的磁动势 之和。考虑到激磁电流是由电源供给的，它流经的匝数为（ ），所以 由节点 a 可列出电流方程 把上式代入磁动势方程式 4-2 自耦变压器自耦变压器的基本方程式和等效电路基本方程式1）电流关系：两边都除以( )，得 式中 为自耦变压器副边电流的归算值。 若忽略 ，则因此三绕组变压器、自耦变压器和互感器4-2 自耦变压器自耦变压器的基本方程式和等效电路基本方程式2）电压关系：副边回路电压方程式为 式中 为未经归算的ax部分绕组漏阻抗。 若变压器副边接负载阻抗 ZL

9、,则 若归算到原边，则 式中： 原边回路电压方程式为 4-2 自耦变压器自耦变压器的基本方程式和等效电路基本方程式2）电压关系：因为代入 得 式中 称为自耦变压器副边电压的归算值； 称为自耦变压器从高压边看的短路阻抗。自耦变压器的基本方程式和等效电路基本方程式自耦变压器的基本方程式和等效电路4-2 自耦变压器自耦变压器的容量关系自耦变压器的额定容量(又叫通过容量) 和 绕组容量(又叫电磁容量)二者是不相等的，通过容量用 SaN 表示，指的是自耦变压器总的输入或输出容量。即 4-2 自耦变压器自耦变压器的容量关系式中： 称为自耦变压器的效益系数4-2 自耦变压器自耦变压器的容量关系结论：由电源通

10、过变压器传到负载的输出容量可分为两部分：一部分是绕组的电磁容量，它是通过Aa段绕组和ax段绕组之间电磁感应传过去的；另一部分为传导容量，可以看做电流 通过传导直接达到负载。后一部分容量不需要增加绕组容量，也是双绕组变压器所没有的，自耦变压器之所以有一系列优点，就在于它的副边可以直接向电源吸收传导功率。 4-2 自耦变压器自耦变压器与双绕组变压器的比较1）在变压器额定容量(通过容量)相同时，自耦变压器的绕组容量(电磁容量)比双绕组变压器的小。2）变压器硅钢片和铜线的用量与绕组的额定感应电动势和通过的额定电流有关，也就是和绕组的容量有关，现在自耦变压器的绕组容量减小了，当然所用的材料也少了，从而可

11、以降低成本。3）由于铜线和硅钢片用量减少，在同样的电流密度和磁通密度下，自耦变压器的铜耗和铁耗以及激磁电流都比较小，从而提高了效率。4-2 自耦变压器自耦变压器与双绕组变压器的比较4）由于铜线和硅钢片用量减少，自耦变压器的重量及外形尺寸都较双绕组变压器小，即减小了变电所的厂房面积和减少了运输和安装的困难；反过来说，在运输条件有一定限制的条件下，即变压器的外形尺寸有一定限制的条件下，自耦变压器的容量可以比双绕组变压器的大，即提高了变压器的极限容量。5）效益系数 越小。上述优点就越显著，为此，自耦变压器的变比越接近1就越好，一般以不超过2为宜。此外，如果变比太大，高、低压相差悬殊，由于自耦变压器原

12、、副边有电路上的连接，会给低压边的绝缘及安全用电带来一定的困难，所以，自耦变压器适用于原、副边电压变比不大的场合。 自耦变压器的短路阻抗自耦变压器的短路阻抗Zka的测定：在高压边做稳态短路试验求得。 图表示在高压边测Zka的接法，副边a和x端短接。原边AX间加电压。由于a点与x点已短接，所以实际上就等于将电压Uk加在绕组Aa段上。因此，由高压边测得的Zka等于把绕组Aa段作为原边，ax作为副边的双绕组变压器时所测得的阻抗。4-2 自耦变压器自耦变压器的短路阻抗根据等值电路关系，可得这两个阻抗的欧姆值虽然相等，但由于阻抗的基值不同，它们的标么值是不相等的。 4-2 自耦变压器自耦变压器的短路阻抗比较上两式，可以看出 讨论：一台短路阻抗标么值为