自耦变压器三绕组变压器及互感器.ppt

第七章 自耦变压器、三绕组变压器和互感器,第7章 自耦变压器、三绕组变压器和互感器,7.1 自耦变压器,一次侧和二次侧共用一部分绕组的变压器称为自耦变压器。,一、结构特点与用途 自耦变压器实质上是一个单绕组变压器，原、副边之间不仅有磁的联系，而且还有电的直接联系。 自耦变压器每一个铁心柱上套着两个绕组，两绕组串联，绕向一致。,自耦变压器,绕组ax是一、二次侧共用的，称为公共绕组，其匝数为N2 。 与公共绕组串联的绕组Aa，称为串联绕组，其匝数为N1 。 绕组Aa与ax的绕向相同。,单相自耦变压器,N1,N2,实例分析：从双绕组变压器到自耦变压器(1),仅仅绕组改接法，双绕组变压器可以变为自耦变压器，功率可以增大数倍甚至十倍！,实例：假设图示双绕组变压器,实例分析：从双绕组变压器到自耦变压器(2),分析从双绕组变压器到自耦变压器哪些量改变了，哪些量没有变化? (主要分析原副边电压与电流的变化情况),原副边电流符号相 反：当原边电流在 原绕组中从同名端流向非同名端，则副边电流在副绕组中从非同名端流向同名端！,实例分析：从双绕组变压器到自耦变压器(3),首先分析双绕组 变压器电流方向。,忽略励磁电流则：,实例分析：从双绕组变压器到自耦变压器(4),忽略励磁电流,当原边电流从同名端流向非同名，则副绕组电流从非同名端流向同名端！,原副绕组电流,原副边电流实际方向示意图,副边实际电流则等于 原副绕组电流之和。,实例分析：从双绕组变压器到自耦变压器(5),联结成自耦变压器， 空载时:,如果原边施加 ， 则绕组电势仍为 与 。副边输出电压 。,实例分析：从双绕组变压器到自耦变压器(6),原副边电流实际方向示意图,与双绕组变压器类似，原绕组 ， 时，副绕组 ， 。于是负 载电流 。,原边输入容量 副边输出容量,二、自耦变压器基本方程 (要求：参考下图与上述物理概念学习自行推导),1.电压、电流和容量关系,1）原、副边的方程式,自耦变压器变比：（若忽略漏阻抗压降）,根据全电流定律，励磁磁动势 为串联绕组磁动势 与公共绕组磁动势 之和，即：,若忽略励磁电流（ ），则：,2）磁动势平衡及电流关系,结论：自耦变压器负载运行时，原、副边 电压之比近似等于副、原边电流之 比，这点与双绕组变压器一样。,2）磁动势平衡及电流关系,3）容量关系,双绕组变压器原边输入容量,1）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,2）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,3）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,4）自耦变压器的电磁容量与额定容量的比值称为效益系数,定义：,效益系数 = = ,绕组容量,额定容量,额定容量,额定容量 传导容量,绕组容量,越接近1, 越小, 电磁容量(绕组容量)越小, 传导容量越大,节材效果越明显。,2.简化等值电路（推导过程不要求）,代入,得,3.短路试验及短路阻抗（不要求）,1）低压侧短路，高压侧进行短路试验：,在自耦变压器高压侧做短路试验测得的短路阻抗实际 值和把串联绕组作为一次绕组、公共绕组作为二次绕 组时短路测得的短路阻抗实际值相等。,由于自耦变压器的阻抗基 准值和相应的双绕组变压 器阻抗基准值之比为,因此，他们短路阻抗标么值之比为：,2）高压侧短路，低压侧进行短路试验,把公共绕组作为一次绕组、串联绕组作为二次绕组时 短路测得的短路阻抗为：,它们短路阻抗标么值之比还为：,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室中的调压设备。,总 结,用途：,缺点：,1）短路阻抗标幺值比双绕组小，短路电流较大。 2）由于自耦变压器原副边有电的直接联系，高压边过电压时，低压边也产生严重的过电压，两边均需要装设避雷器。,7.2 三绕组变压器,一、结构特点 每个铁心柱上套有三个不同电压级别的绕组，通常高压绕组放在最外层，低压绕组或中压绕组放在内层。,通常以最大的绕组容量命名三绕组变压器的额定容量SN。,一般工作情况下，三绕组的任意一个（或两个）绕组都可以作为原绕组，而其它的两个（或一个）则为副绕组。,二、用途及绕组容量问题,三绕组变压器可以直接连接三个不同电压等级的电网。,N1,N2,N3,三、基本分析方法和思路,磁动势平衡：,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：,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 组中感应电动势，也可用负的漏电抗压降表示：,二次绕组电流 产 生的与一次绕组交链 的互漏磁 在一次 绕组中感应电动势,互漏磁通感应电动势说明：,可得各次绕组的电压方程为：,变比：主磁通在三个绕组感应主磁电势之比等 于变比，总共三个变比。,参数归算（归算到一次侧）：,归算后的四个基本方程：,最后可简写为：,称为等效电抗,其中： 称为等效阻抗,称为等效电抗。,其中： 称为等效阻抗,注意：等效电路的电抗是等效电抗，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。磁路主要经空气闭合，等效电抗为常数。,7.3电压互感器和电流互感器,扩大常规仪表的量程； 使测量回路与被测系统隔离，以保障工作人员和测试设备安全； 由互感器直接带动继电器线圈，为各类继电保护提供控制信号，也可以经过整流变换成直流电压，为控制系统或微机控制系统提供控制信号。,测量系统使用的电压互感器，其次级侧额定电压都统一设计成100V；电流互感器次级侧额定电流都统一设计成5A或1A。 互感器主要性能指标是测量精度，要求转换值与被测量值之间有良好的线性关系。 电压互感器规定了0.2、0.5、l、3等四个标准等级 电流互感器分为0.2、0.5、l.0、3.0和10.0 五个标准等级,7.3电压互感器和电流互感器,电压互感器,高压绕组接到被测量系统的电压线路上，低压绕组接到测量仪表的电压线圈。 如仪表的个数不止一个、则各仪表的电压线圈都应并联。,电压互感器的误差来源,变比误差：指U2与U1的代数差值。负载的大小与所接仪表的数量有关，电压互感器本身有激磁电流和漏阻抗压降存在。这时，U2U1，出现变比误差。 相角误差：U2与U1不同相，相角误差表示为-U2与U1的相位差。,从双绕组变压器的相量图分析,减小误差的措施,使用要求测试仪表有高阻抗，次级侧电流较小，接近于空载状态。电压互感器所能连接的仪表数量要受额定容量的限制。 制造减小互感器的激磁电流和漏阻抗。 铁芯通常采用铁耗小的高级硅钢片； 磁路应处于不饱和状态，工作磁密一般为0.60.8T； 使磁路有较小的间隙；采用较粗导线以减小电阻，使有较小的漏阻抗。,特别注意：（电压互感器）,次级侧绝对不允许短路，因短路电流将引起绕组发热，有可能破坏绕组绝缘电阻，导致高电压侵入低压回路，危及人身和设备安全。 互感器铁芯和次级绕组的一端必须可靠接地。,电流互感器,初级绕组匝数较少，一般只有一匝或几匝，而次级绕组的匝数较多。 初级绕组串联在被测线路中，次级绕组接至电流表，或功率表的电流线圈，或电度表的电流线圈。 各测量仪表的电流线圈应串联连接。由于电流线圈的电阻值很小， 电流互感器可视为处于短路运行状态的变压器。,特别注意,不允许电流互感器的次级侧开路 次级侧开路，初级侧电流将全部为激磁电流，使铁芯过饱和，铁耗将急剧增大，引起互感器严重发热。 次级绕组匝数较多，次级绕组突然开路，将感应较高的电压，对操作人员有极大危险。 电流互感器次级绕组的一端以及铁芯均应可靠接地。,三绕组变压器采用具有自感和互感的电路来进行分析，得到变压器的基本方程式、等效电路和相量图 与双绕组变压器不同：等效电路中的x1、x2、x3是组合电抗，不代表各绕组的漏抗。在用标么值表示时，一律以变压器的额定容量作为基值容量。 自耦变压器初级、次级绕组间不仅有磁的联系，还有电的联系。其功率的传递包括：通过电磁感应关系传递的电磁功率为(1-1/kA)SN，直接传导的功率为(1/kA)SN。,小结,通过电磁作用传递的功率(又称计算功率)越小，其尺寸和损耗亦越小，自耦变压器的优点越突出。但由于短路阻抗标么值较小，短路电流较大。 电压互感器和电流互感器的工作原理同变压器。在使用时应将次级侧的一端及铁芯接地。在初级侧接电源时，电压互感器的次级侧不允许短路，而电流互感器的次级侧则绝对不允许开路。,小结,