电机与拖动基础13

教案教学题目：（章、节）第三章变压器7.三相变压器&特种变压器学时数2第7周第2次课教学目标：掌握掌握三相变压器的联接组别特点和应用。熟悉其他常用变压器的特点与应用。教学重点与难点：三相变压器的联接组别的应用，三相变压器的联接组别的判定，自耦变压器、仪用互感器的特点与应用。教学方式、方法：讲授法、讨论法教学过程：2、课前复习：检测学生对上节课的掌握情况情况，并对较难的变压器参数的计算做相应的复习，检测学生对本节课的预习情况，并对较难的变压器参数的计算做出相应的提问，让学生带着问题听课，达到有的放矢，提高听课的效率。讲授新课：1、 三相变压器的磁路系统根据磁路结构不同，可把三相变压器磁路系统分为两类，一类是三相磁路彼此独立的二相变压器组，另一类是二相磁路彼此相关的二相心式变压器。三相变压器组是由三个完全相同的单相变压器组成的三相变压器组，其每相主磁通各有自己的磁路，彼此相互独立。这种三相变压器组由于结构松散、使用不方便，只有大容量的巨型变压器，为便于运输和减少备用容量才使用。一般情况下，不采用组式变压方器。三相心式变压器相当于三个单相心式铁心合在一起。由于三相绕组接对称电源，三相电流对称，三相主磁通也是对称，故满足①A+①B+①C=0。这样中间心柱无磁通通过，ABC便可省去，为减少体积和便于制造，常将铁心柱做在同一平面内，常用的三相心式变压器都是这种结构。心式变压器三相磁路长度不等，中间磁路略短，所以中间相励磁流较小，故励磁电流稍不对称。但由于励磁电流较小，励磁电流的稍不对称变压器的负载运行影响非常小，可以忽略不计。与三相变压器组相比，三相心式变压器耗材少、价格低、占地面积小、维护方便，因而应用最为广泛。我国电力系统中使用最多的是三相心式变压器。2、 三相变压器的连接组别三相心式变压器的每个心柱上均套制一个高压绕组线圈和一个低压绕组线圈，低压绕组在内，高压绕组在外同心放置。三个心柱共六个线圈。电路系统是指变压器的一、二次绕组的联结方式及联结组别。1、三相变压器绕组的联结方式通常三相变压器高压绕组首端用A、B、C（或U］、V］、W］）表示，末端用X、Y、Z（或U2、V2、W2）表示；低压绕组首端用a、b、c（或U］、V］、W］），末端用x、y、z（或u2、v2、w2）表示。变压器的三相绕组，不论一次侧还是二次侧，常有星形和三角形两种联结方法。星形接法是三个首端引出，三个末端连在一起作为中点，用Y（或y）表示；三角形接法是把一相绕组的尾端和另一相绕组首端顺次相连，构成闭合回路，引出线从首端A、B、C引出，用D或A（或d）表示。如图2—7所示。（a）Y联结；（b）D联结1； （c）D联结2如果星形联结的中性点向外引出的，高压方用YN表示，低压方用yn表示。如YN,d表示高压绕组星形联结，并中性点向外引出，低压侧绕组三角形联结。变压器的绕组联结，对其工作特性有较大的影响，例如Y，yn联结组可在低压侧实现三相四线制供电；YN，d联结组可以实现高压侧中性点接地；Y，d联结组其二次侧角形联结，可以削弱三次谐波，对运行有利等等。2、变压器的联结组别变压器一、二次侧的三相绕组，可以采用各自的联结法，组合后的高、低压侧对应线电压间（如u与u）可能产生相位差。也就是说变压器在改变电压、电流大小的同时，AB ab还可能改变电压的相位。变压器一、二次侧相位关系是通过其联结组别来实现和表示的。另外，两台以上电力变压器的并联运行，其联结组别必须相同。联结组别在变压器铭牌上有标注。1•变压器一、二次绕组电动势的相位关系放置同一铁心柱上的一、二次两个绕组，其感应电动势的相位关系，可通过同名端来体现。通常在端点旁边打“•”做标记，打“•”的两个端为同名端。另两个不打“•”的也是同名端。三相变压器联结组的时钟表示法变压器的连结组采用时钟表示法。所谓时钟表示法，就是把高压侧的电压相量看作时钟的长针（分针），并固定地指向0点（12点）；将低压侧电压相量看作时钟的短针（时针），短针所指的钟点数，称为变压器的标号（组别）。三相变压器各相的高、低压绕组的电压相位可能同相或反相，并且三相绕组又可能接成星形或三角形。这样，三相变压器高、低压侧对应线电压的相位差总是30°的整数倍。如某变压器联结组标号为Y，dll，表示该变压器的高压侧绕组为星形联结，低压侧绕组为三角形联结，低压侧线电压滞后高压侧对应线电压的相位差是11x30。=330。，用“时钟表示法”表示时，低压侧电压相量指向时钟的11点。按上述规定，三相变压器联结组有0、1、2、…、11共有12种标号，每相邻两标号间相量的相位差为30°，与时钟表盘上的钟点数相一致。新标准规定：将变压器高、低压侧的两个线电压三角形的中心点人为重合（对三角形接法，则采用三角形的虚拟中心），取高压侧某相线端（如A端）与中心点间的相电压相量作为时钟的长针（分针）并固定指向0点（12点），取低压侧对应相线端（如a端）与中心点间的相电压相量作为时钟的短针（时针），短针落后于长针的角度表示对应相电压间相位差，则短针（时针）所指的钟点数就是变压器绕组的联结组标号（组别）。三相变压器联结组标号依据上述规定和分析，画相量图可以判断三相变压器联结组标号，或者根据相量图将具体的三相变压器绕组联结成所需要的联结组标号。下面以Y，y0和Y，d11为例来分析变压器的联结组别。（1）Y，y0联结组图2—8（a）为Y，y0联结法的连接图，上下对着表示高、低压绕组放置于同一铁心柱上，图中表出了对应各相同名端、相电压，确定联结组别的步骤为：

图2—8Y,y0联结法连接图(a)接线图；⑹相量图第一步按相序A—B—C画出高压绕组电压U、U和U相量图，标出高压侧三相ABC中性点0,_由于高压侧星形接法，所以高压侧构成星形相量图，其相位差为120°，如图2—8(b)所示。第二步由于A相高压绕组和低压绕组在同一铁心柱，极性相同，故同一相的高压侧绕组电压U和低压绕组电压U同相位，即U7、U、U与U、U、U在相量图中分TOC\o"1-5"\h\zA a A B C a b c别位于同一直线上。按照规定，将低压中性点o与高压侧中性点o重合，标出低压侧中性点，如图2—8(b)所示。第三步依据中性点，画出低压侧电压向量U、匕和U，由于低压侧同为星形接a b c法，也构成星形相量图，如图2—8(b)所示。第四步根据图2—8(b)所示的相量图，高压绕组电压向量UA(分针)指向0点的位置，低压绕组电压向量U(时针)与UA指向相同，该变压器联结组别为Y，y0(或Y，a A “y12)o(2)Y，dll联结组当三相变压器高低压侧绕组联结方式不同时，如图2—9(a)给出的Y，d联结组。由于高、低压对应相绕组的同名端均标为首端，所以，其同相的高、低压绕组的相电压同相位。据此可作相量图来判断该变压器的联结组标号，步骤为：(a) (b) (c)图2—9Y,dll联结法联结图(a)接线图；(b)电压向量图；(c)低压侧电压向量图第一步按相序A—B—C画出高压绕组电压U、U和U相量图，标出高压侧三相ABC中性点0,_由于高压侧星形接法，所以高压侧构成星形相量图，其相位差为120°，如图2—9(b)所示。第二步由于A相高压绕组和低压绕组在同一铁心柱，极性相同，故各相的高压侧绕组电压U&、U"、Ur和低压绕组电压U、U」Uh同相位。根据二次侧三角形的实际TOC\o"1-5"\h\zABC ca ab bc联结顺序a(y)、b(z)、c(x)，做低压侧线电压三角形，如图2—9(c)所示。第三步将低压侧虚拟中性点O与高压侧中性点0重合，并注意到低压侧电压U7与O a线电压U相等，所以U与U相位相同，完成电压相量图，如图2—9(b)所示。ca ca A第四步高压侧相电压U,(线段0A)指向时钟12点，对于三角形接法的低压侧，其向量三角形中的虚拟中心点0到a点的线段oa指向时钟的11点，可确定联结组别为Y，dll。变压器联结组种类很多，为制造及并联运行方便，我国规定Y，ynO、Y，d11、YN,d11、YN，y0和Y，y0五种联结组别为标准联结组。Y，yn0主要用作配电变压器，其中有中线引出，可作为三相四线供电，既可用作照明，也可动力负载。这种变压器高压变不超过35kV，低压边电压为400V(单相230V)。Y，d11用在二次侧超过400V的线路中。YN，d11、用在110kV以上的高压输电线路中，其高压侧可以通过中点接地。YN，y0用于原边需要接地的场合。Y，y0供三相动力负载。其中前三种最为常用。3、自耦变压器图2—12为一双绕组变压器，其一、二次侧绕组匝数分别为N和N匝。如果将这台12变压器的两个绕组按同极性端串联起来，如图2—13所示。同样可以获得对电压、电流和阻

图2—图2—13降压自耦变压器抗的变换作用一一变压器。这种类型的变压器称为自耦变压器。图2—13所示就是一台降压自耦变压器。这台自耦变压器只是把一台常规的双绕组变压器按照特殊的方式连接罢了。但是，应该注意到，在图2—13中，绕组ax对一、二次侧是公共绕组，Aa称为串联绕组。自耦变压器电压、电流关系当自耦变压器一次侧接额定电压U，二次侧得到额定电压U（空载电压），忽略1N 2N阻抗降，则自耦变压器电压变比为2N(2—6)2N式中:K为原双绕组变压器变比；N,N为原双绕绕组变压器一、二次侧绕组匝数。12根据变压器原理，自耦变压器负载后的磁势方程为I(N+N)+IN二I(N+N)11222012负载运行时忽略励磁电流I有0(2—7)T Nr1r(2—7)I=— 2I=—I1 (N+N)2K21 2 AI=I+1=（1-丄）/12K2A对于降压自耦变压器K>1，从式（2—7）可见，一次侧电流I和二次侧电流I相A 1 2位相差180，在数值上I>I214、仪用互感器由于电力系统的电压范围高达几百千伏，电流可能为数十千安，这就需要将这些高电压、大电流用变压器变为较为安全的低压、低流等级形式，提供给测量仪器。测量高电压的专用变压器叫电压互感器（PT）,测量大电流的专用变压器叫电流互感器（CT）。电压互感器和电流互感器就是用于仪器测量用途，以使被测高电压或大电流满足仪表和其他仪器的量程。1、电压互感器电压互感器是一次侧接高压，二次侧接阻抗很大测量仪器，所以将电压互感器设计为正常运行时，相当于普通变压器的空载运行。电压互感器一次侧匝数N大，二次侧1匝数N小，一次侧电压是二次侧的K倍，K=N/N为电压互感器的电压变比。从而将2 u u1 2一次侧高压变为二次侧低压，为测量仪器提供被测信号或控制信号。如图2—14所示。图2—14电压互感器电压互感器的设计特点是：应具有较大的励磁阻抗，较小的绕组电阻和漏电抗，较低的铁心磁密，不能饱和，从而提高测量精度。同时，负载阻抗必须保持在某一最小值之上，以避免在所测量的电压大小和相位中引入过大的误差。由于电压互感器正常运行相当于空载运行，因此二次侧绝不允许短路，否则将引起电压互感器电流过高而烧坏。同时二次侧不能并联过多数量的仪器，否则导致电压互感器负载过大，引起测量误差的增加。2、电流互感器电流互感器的一次侧绕组直接串入被测电路，因此，被测电流I直接流过一次侧1绕组，一次侧绕组N仅有一匝或几匝，二次侧绕组匝数N较多。电流互感器的二次侧与12阻抗很小的仪表（如电流表、功率表）接成闭合回路，有电流I流通。如图2—15所示。2由于图2—15电流互感器原理图电流互感器二次侧阻抗很小，所以电流互感器正常运行时，其电磁原理相当于二次侧短路的变压器。为了提高电流互感器的测量精度，使二次侧电流准确反映一次侧电流。需要尽可能减小励磁电流，这样电流互感器尽量减少磁路中的气隙，选择导磁性能好的铁心材料。使电流互感器铁心的磁密值较低，不饱和。这时，可以认为励磁电流I忽略不计，即0NI=21=KI （2—8）1N2i21式中，K=厶=N称为电流互感器的电流变比。iIN21通常电流互感器二次侧电流额定值为1A或5A，而一次侧电流的测量范围较宽。不同的测量情况可以选取不同的电流互感器。由于式（2—8）忽略了励磁电流，因而实际应用中的电流互感器总是存在着误差，即电流误差和相位误差。其电流误差用相对误差表示为KI-1Ai= __ixlOO%I1根据相对误差的大小，国家标准规定电流互感器分下列五个等级，即0.2,0.5,1.0,3.0,10.0。如0.2级的电流互感器表示，在额定电流时误差最大不超过±0.2%，对各级的允许误差（电流误差和相位误差）见有关国家标准。使用电流互感器应注意如下事项：（1） 二次侧绝对不允许开路。因为二次侧开路时，一次侧的大电流I（由主电路1决定，与互感器状态无关）全部成为互感器的励磁电流，使铁心磁密急剧增高、铁耗剧增，铁心过热烧毁绕组绝缘，导致高压侧对地短路。更严重的是，使二次侧感应极高电压，危及设备和人身安全。（2） 二次绕组一端必须可靠接地，以防绝缘损坏后，二次绕组带高压引起伤害事故。