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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。,
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