chapter3 三相变压器

第三章 三相变压器(3 phase transformer),主要内容：,2. 掌握三相变压器联接组的判别方法,3. 掌握三相变压器空载运行时主磁通、空载电流以及电动势的波形,1. 了解三相变压器磁路系统的特点,4. 掌握变压器并联运行的条件及原因,5. 自学三相移相变压器原理及方法,第一节 三相变压器的磁路系统 (Magnetic Circuit),1.三相变压器组：由三个单相变压器的铁心组成。,特点：三相磁路彼此无关,2.三铁心柱变压器,特点：磁路相互关联，一相磁路以另外两相磁路作为闭合磁路。,变压器的磁通中除基波磁通外，还含有谐波磁通，其中三的倍数次谐波在三铁心柱和三相变压器组中走过的路径不同。,以三相变压器组为例，由于外加三相电压对称，三相磁通也应对称，所以流过中间铁心柱的磁通总和为零。即：,第二节 绕组的标志方式,目的：解决一二次绕组侧匝间相位的改变问题。 在本教材中，是利用电势 来比较相位,同名端：即同极性端，在绕组中产生感应电动 势的瞬时实际方向相同，同极性端与 绕组绕向有关，用“ ”表示。,1. 单相变压器绕组标志（I，I）,把高压绕组电动势相量看作为时钟的分 针，指向数字12，把低压绕组电动势相 量看作为时针，指向的数字即为钟点数。,高压绕组：首端标记为A，尾端标记 为X 低压绕组：首端标记为a， 尾端标记 为x,采用时钟法后，不必考虑绕组绕向，只要看变压器连接组标号即可知高低压绕组电动势的相位关系。,时钟法：,连接组标号,2 单相变压器连接组标号,A,X,a,x,连接组标号,2 单相变压器连接组标号,A,X,a,x,(3)用时钟表示法 规定 矢量始终指向12点位置。 若 也在0位置则同相位，表示为I I0 若 也在6位置则反相位，表示为I I6,2.单相变压器的联结组别,(1)当A, a为同名端 （简化 ）与 （简化 ）为同相位。,(2)当A, a为异名端 与 为反相位。,从三个相绕组首端A、B、C通入电流，产生的各相磁通的方向指向同一个磁路节点，此时A、B、C三端点就是同极性端。三相绕组加三相对称电压时，其磁通总和必为零，即,对于三铁心柱三相变压器，不仅每相的原、副边绕组间存在极性端问题，而且三相绕组间存在相间极性问题。,高压绕组:首端 A、B、 C，尾端 X、Y、 Z，中线 N 低压绕组:首端 a、b、c，尾端 x、y、z，中线 n,3. 三相变压器绕组标志,三相绕组的标志方法：,1、星形接法 Y(Y或y),相、线电动势关系：,一、三相绕组接法,第三节 三相变压器的连接组别,2、三角形接法 (D或 d),二、三相变压器的联接组别,1、Y,y 连接,2、Y,d 连接,4、结论： 1）Y y联结方式，只能得到偶数的联结组别。 2）Yd或D y联结方式，只能得到奇数的联结组别。 3）三相双绕组电力变压器的标准连接组： Yyn0, Yd11, YNd11, YNy0 和 Yy0 4）单相电力变压器只有 一种,1)平行（方向相同或相反）或重合的两个矢量是指一个铁心柱上的高低压绕组所表示的矢量。 2)把A和a重合，是为了使高、低压绕组线电动势有公共的起点。,3、画图的注意事项：,第四节 三相变压器空载运行电动势波形,为了充分利用铁心，设计变压器时，额定运行点的磁通最大值 往往设计在铁心饱和段，由于磁路饱和， 与 的关系是非线性的，它们的波形不可能同时为正弦波。,单相变压器：在饱和情况下， 为尖顶波， 为正弦波。,三相变压器与联结方式有关,一、 Y, y 接,对于Y接，由于 中不包括三次谐波，其波形接近正弦波， 为正弦波 为平顶波,1、三相变压器组,思考：线电动势的波形如何？,由于 很弱， 也很小 接近正弦。,2、三铁心柱式变压器,所以1800KVA及以下容量的变压器可采用此接法。,二、 Y, d 接法,不同磁路、联结组别对相电动势波形影响,第5节 变压器的并联运行 (Parallel operation of transformer),2.重点：并联运行的变压器负载分配问题。,1.主要内容：变压器并联运行的条件；逐一 分析不满足条件时出现的问题。,1、 变压器并联运行,第5节 变压器的并联运行(Parallel operation of transformer),一、并联的必要性 1. 经济性 2. 可靠性,负载,二、并联运行变压器的理想运行情况,1. 空载运行时，各台变压器间无环流；,2. 负载运行时，各台变压器分担的负载电流与它 们的额定容量成正比关系。,2、 变压器并联运行的理想条件( Condition of parallel operation ),变压器原边接在同一母线上，需要副边也并联，以下通过与直流电源并联的对比进行分析,从直流电源（电池）并联条件分析变压器并联的必要条件（1）,r1,r2,E1,E2,R,I,2,2,1,1,右图中 一个电池所能提供的电流太小，需要两个并联！,r1,r2,E1,E2,2,1,2,1,从直流电源（电池）并联条件分析变压器并联的必要条件（1）,分析两个电池什么条件下才能并联？,直流电源（电池）并联时，为了避免环流，要求电源电压相等；为了使两个电源分担的功率合理，需要电源内阻相同。,r1,r2,E1,E2,2,1,2,1,变压器副边并联后，绕组本身构成闭合回路。为了避免环流，有何要求？,为避免环流，不但要求电压相等，而且要求相位相同！联接组问题就是研究线电压相位的问题,变压器并联运行的理想条件,1) 原副边的额定电压要相同(k相等)；,2) 副边电压对原边电压的相位移相同(属于同一个联接组别)； ( 必要条件 ),3) 短路阻抗标幺值 相等。,第(2)个条件必须满足，不满足则不能并联运行； (1) (3)中要求变比 k 相差小于0.5%， 相差小于10%，额定容量SN的比值不超过1.5：1。,3 变比不等的变压器并联运行,两台单相变压器并联为例:,1)、 和 都断开：,注：,2)、刀闸 闭合，产生环流,3）、刀闸 闭合，副边端电压变化不大，循环电流和空载运行时差不多一样大。,负载时副边电流分别为 和 ，则副边总电流各为：,因为 ，该变压器负荷加重，可输出容量减小。,结论：要求变比 k 相差小于0.5%,4 变压器联接组标号对并联运行的影响,例：假设Yy0与Yd11的两台变压器并联运行,假定：,5 负载分配与短路阻抗标幺值的关系,各变压器电流与总电流的关系,采用标幺值形式：,当总电流 一定时，只有各短路阻抗角 相等时有,负载分配与变压器额定容量的关系,例题：两台变压器并联运行，有关数据为：,当负载为 时，,求: （1）每台变压器的电流、输出容量及负载系数。 （2）若不使任何一台变压器过载，能担负的最 大负载是多少？设备总容量利用率是多少？,第五章 变压器的过渡过程(Transient process of transformer),当变压器突然改变负载、空载合闸到电源、二次绕组突发短路或受到过电压冲击等，变压器各电磁量就要发生骤烈的变化，其持续过程称为过渡过程。,分析变压器的过渡过程，主要是由于此过程会出现过电压或过电流，在极短的时间内也会对变压器造成破坏。,概 述,第一节 过电流现象 (Over current),一、变压器空载合闸到电源,变压器副边开路空载，原边合闸接到电源称为空载合闸,当时间t=0时空载合闸， 电源电压为：,合闸时电压 的初相角,瞬变过程中励磁电流 与电感 的关系：,合闸后微分方程式为：,(设稳态空载运行时不考虑铁心饱和问题),解上式常系数非齐次微分方程得：,设合闸时（t=0），铁心中没有剩磁 ,确定积分常数 C ：,得到，空载合闸时磁通随时间的关系式为：,1.当电源电压初相位角 时合闸,合闸后就进入稳定状态，不发生瞬态过程,自由分量是直流指数衰减量，当 时，稳态分量与暂态分量相加可达最大值，接近 。,2.当电源电压初相位角 时合闸,当已知变压器空载接通电源其磁通随时间变化关系后，可根据磁化特性曲线找出相应的励磁电流。,变压器正常运行时，磁路设计得已经有点饱和，若在最不利的空载接通电源，磁通可能超过两倍的 ，铁心非常饱和，励磁电流 很大，可达额定电流的3-5倍。,在变压器空载接通电源的过程中，随着自由分量磁通的衰减，励磁电流也要衰减，衰减的时间常数为：,结 论：,空载合闸电流对变压器本身没有多大危害，但若衰减较慢时，可能引起过电流保护装置动作而跳闸。为了避免这种情况，在变压器原边串一个附加电阻，这样可减少冲击量，也可使冲击迅速衰减，合闸完毕，再将该电阻切除。,由于三相变压器三相互差1200，相位总会在合闸时有一相初相位接近于零，总会有一相电流较大。,二、突然短路,变压器稳态短路电流已经是额定电流的十几倍到二十几倍左右，突然短路电流比稳态电流还要大，同时产生的冲击电流会使机械力增大。,三相变压器故障短路各种各样：一相接地、两相短路、两相接地、三相短路等。,为了简单，此图仅分析单相变压器突然短路的情况。,当变压器一次绕组接额定电压 ，二次绕组发生突然短路，原 “ T ” 形等效电路 可简化为 “一” 形等效电路。,由于 使磁路不饱和，电感可为常数，所以可用一次电流表示微分方程：,虽然突然短路前可能已带上负载，但负载电流比起短路电流很小，可忽略不计。,设 时，,根据t=0时的电流，可知,大型变压器,其中：,180,360,当 时突然短路：,分析出现最大电流的条件,对于小容量变压器：,对于大容量变压器：,若采用短路阻抗标幺值表示，则为：,例：若,则：,第二节 过电压现象 (Over Voltage),变压器运行时，由于某种原因使得变压器承受的电压超过它的最大允许工作电压时，称为过电压。 过电压对变压器的影响却很大，它可能导致绝缘击穿，因此必须采取有效措施，防止过电压的产生或进行有效的保护。,为了保证变压器的安全可靠运行，必须采取过电压保护措施。常用的方法有： 1）安装避雷器； 2）加强绕组的绝缘； 3）增大绕组的匝间电容； 4）采用中性点接地系统。,