第4章-三绕组变压器和自耦变压器课件

第四章三绕组变压器和自耦变压器基本要求：1.了解三绕组变压器和自耦变压器的用途及结构特点；2.掌握三绕组变压器的基本电磁关系、简化等效电路及其参数的物理意义和测定方法；3.掌握自耦变压器的基本电磁关系、方程式和等效电路，4.掌握自耦变压器的容量关系和计算方法。第四章三绕组变压器和自耦变压器基本要求：14-1概述变压器按绕组数目分为：双绕组变压器、三绕组变压器、自耦变压器。1.三绕组变压器定义：每相铁心柱上有高压、中压、低压三个绕组的变压器。用途：在电力系统中，当需要把三个不同电压等级的电网联系起来时，常采用三绕组变压器。4-1概述变压器按绕组数目分为：双绕组变压器、三绕22.自耦变压器定义：一次绕组和二次绕组具有公共绕组的变压器。QZB自耦变压器

220kV三相三绕组无励磁调压自耦降压变压器用途：在高压大容量电力系统中，当需要把两个电压等级相近的电力网联系起来时，经常采用自耦变压器作为联络变压器。2.自耦变压器QZB自耦变压器220kV三相三绕组无励34-2三绕组变压器三绕组变压器的结构特点三绕组变压器的铁心一般采用心式结构。每相有高压、中压、低压三个绕组，同心地套在同一铁心柱上。通常高压绕组放在最外层，低压绕组或中压绕组放在最里层。三绕组变压器绕组布置示意图(a)升压变压器(b)降压变压器低压绕组高压绕组中压绕组中压绕组低压绕组高压绕组4-2三绕组变压器三绕组变压器的结构特点三绕组变压器41.工作原理1）变比三个绕组之间的变比(4-1)1.工作原理1）变比三个绕组之间的变比(4-1)5三绕组变压器的磁通分为：主磁通：同时与三个绕组交链的磁通称为主磁通。自漏磁通：只交链一个绕组的磁通称为自漏磁通。互漏磁通：只交链两个绕组的磁通称为互漏磁通。三绕组变压器的磁通示意图三绕组变压器的磁通分为：自漏磁通：只交链一个绕组的磁通称为自62）基本方程式当外施电压为正弦波且稳定运行时，电压方程式为：式中，R1、R2、R3为各绕组的电阻；L1、L2、L3为各绕组的自感；M12＝M21为绕组1与绕组2之间的互感；M13=M31为绕组1与绕组3之间的互感；M23=M32为绕组2与绕组3之间的互感。(4-2)(4-3)(4-4)2）基本方程式当外施电压为正弦波且稳定运行时，电压方程式为：7把二次侧折算到一次侧，即把二次侧折算到一次侧，即8折算到一次侧的电压方程式为：磁动势平衡方程式为：把二次侧折算到一次侧，折算到一次侧的电压方程式为：磁动势平衡方程式为：把二次侧折算9磁动势平衡方程式可写为：忽略励磁电流，有式中，式(4-2)

+式(4-3)，并将代入，整理得磁动势平衡方程式可写为：忽略励磁电流，有式中，式(4-2)10式(4-2)

+式(4-4)，并将代入，整理得式中，Z1、Z2、Z3分别是绕组1、2、3的等效电抗。

X1、X2、X3分别是绕组1、2、3的等效电抗，并非各绕组本身漏磁通所对应的电抗，而是各绕组的自感漏电抗以及该绕组与另两个绕组之间的互感漏电抗的合成。式(4-2)+式(4-4)，并将113）等效电路由折算到一次侧的基本方程式：可画出三绕组变压器的简化等效电路：3）等效电路由折算到一次侧的基本方程式：可画出三绕组变压器的12三绕组变压器的电压调整率为三绕组变压器的效率为式中，pCu1、pCu2

、pCu3是绕组1、2、3的铜耗；

pFe是铁耗；

P2、P3是绕组2、3输出的有功功率。三绕组变压器的电压调整率为三绕组变压器的效率为式中，pCu1134）相量图由基本方程式可画出三绕组变压器的相量图。三绕组变压器带感性负载时的相量图4）相量图由基本方程式可画出三绕组变压器的相量图。三绕组变压142.短路试验测参数短路试验1等效阻抗可通过三次短路实验测定。每次测出两个绕组间的短路阻抗。短路试验2(a)123132(b)2.短路试验测参数短路试验1等效阻抗15短路试验3三绕组变压器的参数为：(c)132三绕组变压器短路实验短路试验3三绕组变压器的参数163.三绕组变压器的额定容量及联结组标号1）额定容量绕组的额定容量反映绕组传递功率的能力。单相三绕组变压器三相三绕组变压器3.三绕组变压器的额定容量及联结组标号1）额定容量三相三绕17三绕组变压器的额定容量SN：指三个绕组中容量最大的绕组容量。2）容量配合高压绕组中压绕组低压绕组1001001001005010010010050三绕组变压器的额定容量SN：指三个绕组中容量最大的绕组容量。183）标准联结组三相三绕组变压器的标准联结组：YNyn0d11、YNyn0y0单相三绕组变压器的标准联结组：II0I0SFSZ9-240000/220三绕组自然循环风冷有载调压电力变压器。3）标准联结组SFSZ9-240000/220194-3自耦变压器1.自耦变压器的结构特点(a)接线图特点：自耦变压器的一、二次绕组之间不仅有磁的耦合，还有电的直接联系。(b)原理图自耦变压器4-3自耦变压器1.自耦变压器的结构特点(a)接线图特20公共绕组：一、二次绕组共用的部分绕组。(绕组ax)串联绕组：非公共部分的绕组。(绕组Aa)2.基本方程式、等效电路、相量图和容量关系1）基本方程式k为双绕组变压器的变比自耦变压器的变比为公共绕组：一、二次绕组共用的部分绕组。(绕组ax)2.基本21低压侧回路电压方程式：高压侧回路电压方程式：低压侧回路电压方程式：高压侧回路电压方程式：22磁动势平衡方程式：又忽略励磁电流，则有磁动势平衡方程式：又忽略励磁电流，则有23自耦变压器的电流关系：自耦变压器的电流关系：242）简化等效电路3）相量图自耦变压器带感性负载时的相量图自耦变压器的简化等效电路2）简化等效电路3）相量图自耦变压器带感性自耦变压器的简化等254）容量关系普通双绕组变压器：4）容量关系普通双绕组变压器：26自耦变压器的输出容量自耦变压器：自耦变压器的输出容量自耦变压器：27自耦变压器的视在功率由两部分组成：电磁功率SM，是通过串联绕组和公共绕组的电磁感应关系由一次侧传递到二次侧的功率。传导功率SC

，是由电源通过串联绕组直接传导作用到二次侧的功率。公共绕组的电磁容量为自耦变压器的视在功率由两部分组成：传导功率SC，是由电源28串联绕组的电磁容量为结论：自耦变压器的传导容量占额定容量的1/kA，电磁容量占额定容量的(11/kA)。式中，称为自耦变压器的效益因数。串联绕组的电磁容量为结论：自耦变压器的传导容量占额定容量的293.短路试验、短路阻抗、短路电流和电压调整率1）短路阻抗自耦变压器短路阻抗ZkA的测定：在高压侧做短路试验求得。(a)高压侧测短路阻抗线路短路阻抗：(b)简化等效电路由简化等效电路可知3.短路试验、短路阻抗、短路电流和电压调整率1）短路阻抗(30由于ax绕组短接，电压Uk实际上加在串联绕组Aa上。因此由高压侧测得的ZkA等于把绕组Aa作为一次绕组、ax作为二次绕组的双绕组变压器的短路阻抗。(a)高压侧测短路阻抗线路(c)双绕组变压器在低压侧短路线路这两个短路阻抗的阻抗基值之比为由于ax绕组短接，电压Uk实际上加在串联绕组Aa上。因此由高31它们的标幺值之比为自耦变压器短路阻抗ZkA的测定：在低压侧做短路试验求得。(a)低压侧测短路阻抗线路(b)简化等效电路由简化等效电路可知即它们的标幺值之比为自耦变压器短路阻抗ZkA的测定：在低压侧做32改成双绕组变压器进行短路试验，求得的短路阻抗为(c)双绕组变压器在高压侧短路线路这两个短路阻抗的比值为它们的阻抗基值之比为改成双绕组变压器进行短路试验，求得的短路阻抗为(c)双绕组变33它们的标幺值之比为2）短路电流它们的标幺值之比为2）短路电流343）电压调整率4）效率3）电压调整率4）效率35结论：（1）自耦变压器短路阻抗的绝对值与同电磁容量的双绕组变压器相等，短路阻抗的标幺值是同电磁容量双绕组变压器的kxy倍。（2）和双绕组变压器一样，自耦变压器的短路阻抗标幺值从高压侧或低压侧看都是一样的。（4）因为电压调整率近似与成正比，所以自耦变压器负载时的电压调整率约为同电磁容量双绕组变压器的kxy倍。（3）因为短路电流与成反比，所以自耦变压器的短路电流大约为同电磁容量双绕组变压器的倍，这点对自耦变压器安全运行是不利的。结论：（1）自耦变压器短路阻抗的绝对值与同电磁容量的双绕组364.自耦变压器的运行问题（1）为了防止由于高压侧单相接地故障而引起低压侧过电压，用在电网中的三相自耦变压器的中性点必须可靠接地。（2）由于高、低压侧有电路上的联系，高压侧遭受雷击过电压时，也会传到低压侧。为了避免发生危险，高、低压侧均需要装设避雷器。（3）由于自耦变压器的短路电流较大，为此必须采取限制短路电流的措施。自耦变压器中性点接地4.自耦变压器的运行问题（1）为了防止由于高压侧单相接地故37第四章三绕组变压器和自耦变压器基本要求：1.了解三绕组变压器和自耦变压器的用途及结构特点；2.掌握三绕组变压器的基本电磁关系、简化等效电路及其参数的物理意义和测定方法；3.掌握自耦变压器的基本电磁关系、方程式和等效电路，4.掌握自耦变压器的容量关系和计算方法。第四章三绕组变压器和自耦变压器基本要求：384-1概述变压器按绕组数目分为：双绕组变压器、三绕组变压器、自耦变压器。1.三绕组变压器定义：每相铁心柱上有高压、中压、低压三个绕组的变压器。用途：在电力系统中，当需要把三个不同电压等级的电网联系起来时，常采用三绕组变压器。4-1概述变压器按绕组数目分为：双绕组变压器、三绕392.自耦变压器定义：一次绕组和二次绕组具有公共绕组的变压器。QZB自耦变压器

220kV三相三绕组无励磁调压自耦降压变压器用途：在高压大容量电力系统中，当需要把两个电压等级相近的电力网联系起来时，经常采用自耦变压器作为联络变压器。2.自耦变压器QZB自耦变压器220kV三相三绕组无励404-2三绕组变压器三绕组变压器的结构特点三绕组变压器的铁心一般采用心式结构。每相有高压、中压、低压三个绕组，同心地套在同一铁心柱上。通常高压绕组放在最外层，低压绕组或中压绕组放在最里层。三绕组变压器绕组布置示意图(a)升压变压器(b)降压变压器低压绕组高压绕组中压绕组中压绕组低压绕组高压绕组4-2三绕组变压器三绕组变压器的结构特点三绕组变压器411.工作原理1）变比三个绕组之间的变比(4-1)1.工作原理1）变比三个绕组之间的变比(4-1)42三绕组变压器的磁通分为：主磁通：同时与三个绕组交链的磁通称为主磁通。自漏磁通：只交链一个绕组的磁通称为自漏磁通。互漏磁通：只交链两个绕组的磁通称为互漏磁通。三绕组变压器的磁通示意图三绕组变压器的磁通分为：自漏磁通：只交链一个绕组的磁通称为自432）基本方程式当外施电压为正弦波且稳定运行时，电压方程式为：式中，R1、R2、R3为各绕组的电阻；L1、L2、L3为各绕组的自感；M12＝M21为绕组1与绕组2之间的互感；M13=M31为绕组1与绕组3之间的互感；M23=M32为绕组2与绕组3之间的互感。(4-2)(4-3)(4-4)2）基本方程式当外施电压为正弦波且稳定运行时，电压方程式为：44把二次侧折算到一次侧，即把二次侧折算到一次侧，即45折算到一次侧的电压方程式为：磁动势平衡方程式为：把二次侧折算到一次侧，折算到一次侧的电压方程式为：磁动势平衡方程式为：把二次侧折算46磁动势平衡方程式可写为：忽略励磁电流，有式中，式(4-2)

+式(4-3)，并将代入，整理得磁动势平衡方程式可写为：忽略励磁电流，有式中，式(4-2)47式(4-2)

+式(4-4)，并将代入，整理得式中，Z1、Z2、Z3分别是绕组1、2、3的等效电抗。

X1、X2、X3分别是绕组1、2、3的等效电抗，并非各绕组本身漏磁通所对应的电抗，而是各绕组的自感漏电抗以及该绕组与另两个绕组之间的互感漏电抗的合成。式(4-2)+式(4-4)，并将483）等效电路由折算到一次侧的基本方程式：可画出三绕组变压器的简化等效电路：3）等效电路由折算到一次侧的基本方程式：可画出三绕组变压器的49三绕组变压器的电压调整率为三绕组变压器的效率为式中，pCu1、pCu2

、pCu3是绕组1、2、3的铜耗；

pFe是铁耗；

P2、P3是绕组2、3输出的有功功率。三绕组变压器的电压调整率为三绕组变压器的效率为式中，pCu1504）相量图由基本方程式可画出三绕组变压器的相量图。三绕组变压器带感性负载时的相量图4）相量图由基本方程式可画出三绕组变压器的相量图。三绕组变压512.短路试验测参数短路试验1等效阻抗可通过三次短路实验测定。每次测出两个绕组间的短路阻抗。短路试验2(a)123132(b)2.短路试验测参数短路试验1等效阻抗52短路试验3三绕组变压器的参数为：(c)132三绕组变压器短路实验短路试验3三绕组变压器的参数533.三绕组变压器的额定容量及联结组标号1）额定容量绕组的额定容量反映绕组传递功率的能力。单相三绕组变压器三相三绕组变压器3.三绕组变压器的额定容量及联结组标号1）额定容量三相三绕54三绕组变压器的额定容量SN：指三个绕组中容量最大的绕组容量。2）容量配合高压绕组中压绕组低压绕组1001001001005010010010050三绕组变压器的额定容量SN：指三个绕组中容量最大的绕组容量。553）标准联结组三相三绕组变压器的标准联结组：YNyn0d11、YNyn0y0单相三绕组变压器的标准联结组：II0I0SFSZ9-240000/220三绕组自然循环风冷有载调压电力变压器。3）标准联结组SFSZ9-240000/220564-3自耦变压器1.自耦变压器的结构特点(a)接线图特点：自耦变压器的一、二次绕组之间不仅有磁的耦合，还有电的直接联系。(b)原理图自耦变压器4-3自耦变压器1.自耦变压器的结构特点(a)接线图特57公共绕组：一、二次绕组共用的部分绕组。(绕组ax)串联绕组：非公共部分的绕组。(绕组Aa)2.基本方程式、等效电路、相量图和容量关系1）基本方程式k为双绕组变压器的变比自耦变压器的变比为公共绕组：一、二次绕组共用的部分绕组。(绕组ax)2.基本58低压侧回路电压方程式：高压侧回路电压方程式：低压侧回路电压方程式：高压侧回路电压方程式：59磁动势平衡方程式：又忽略励磁电流，则有磁动势平衡方程式：又忽略励磁电流，则有60自耦变压器的电流关系：自耦变压器的电流关系：612）简化等效电路3）相量图自耦变压器带感性负载时的相量图自耦变压器的简化等效电路2）简化等效电路3）相量图自耦变压器带感性自耦变压器的简化等624）容量关系普通双绕组变压器：4）容量关系普通双绕组变压器：63自耦变压器的输出容量自耦变压器：自耦变压器的输出容量自耦变压器：64自耦变压器的视在功率由两部分组成：电磁功率SM，是通过串联绕组和公共绕组的电磁感应关系由一次侧传递到二次侧的功率。传导功率SC

，是由电源通过串联绕组直接传导作用到二次侧的功率。公共绕组的电磁容量为自耦变压器的视在功率由两部分组成：传导功率SC，是由电源65串联绕组的电磁容量为结论：自耦变压器的传导容量占额定容量的1/kA，电磁容量占额定容量的(11/kA)。式中，称为自耦变压器的效益因数。串联绕组的电磁容量为结论：自耦变压器的传导容量占额定容量的663.短路试验、短路阻抗、短路电流和电压调整率1）短路阻抗自耦变压器短路阻抗ZkA的测定：在高压侧做短路试验求得。(a)高压侧测短路阻抗线路短路阻抗：(b)简化等效电路由简化等效电路可知3.短路试验、短路阻抗、短路电流和电压调整率1）短路阻抗(67由于ax绕组短接，电压Uk实际上加在串联绕组Aa上。因此由高压侧测得的ZkA等于把绕组Aa作为一次绕组、ax作为二次绕组的双绕