绕组变压器、自耦变压器、互感器

第 8 章 三 绕 组 变 压 器 、 自 耦 变 压 器 、 互 感 器 8-1 自 耦 变 压 器 （ Autoformer)一 、 定 义 原 、 副 方 绕 组 有 共 同 部 分 的 变 压 器 称 为自 耦 变 压 器 。 从双绕组变压器到自耦变压器 第 8 章 三 绕 组 变 压 器 、 自 耦 变 压 器 、 互 感 器 二 、 特 点 1、 变 比 ka= U1/U2=Nab/Nbc 2、 磁 势 平 衡 ： I1Nac+(I1+I2)Nbc=I0Nab I1(Nab-Nbc)+(I1+I2)Nbc=I0Nab I1Nac+IcbNbc=0 IacNac=-IcbNbc I1Nab+I2Nbc=0 I 1/I2= -Nab / Nac= -1 / ka 也 就 是 在 忽 略 激 磁 电 流 后 一 个 绕 组 本 身 的 两 段 存 在着 磁 势 平 衡 。 3、 易 制 成 调 压 器 第 8 章 三 绕 组 变 压 器 、 自 耦 变 压 器 、 互 感 器 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 xyk 定义 第 8 章 三 绕 组 变 压 器 、 自 耦 变 压 器 、 互 感 器 1 1 2 1 1 1 11xy AU I U Ik U I k 绕 组 容 量 1Aa N xy NAU I k S 额 定 容 量 传 导 容 量效 益 系 数 = = 绕 组 容 量额 定 容 量 额 定 容 量xyk 0.0909 2200 200VA 200 1 200 ax xy NAVU AI k S 20 10 200VA 实 例 : 1.1, 0.091A xyk k 1EAX ax2E1U 第 8 章 三 绕 组 变 压 器 、 自 耦 变 压 器 、 互 感 器 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 。 Ak xykNA xy NAS S Sk S S 电 磁 传 导传 导 第 8 章 三 绕 组 变 压 器 、 自 耦 变 压 器 、 互 感 器 三 、 传 导 容 量 和 电 磁 容 量电 磁 容 量 Sdc=S (1-1/ka)传 导 容 量 Scd=S 1/ka自耦变压器电流之关系 第 8 章 三 绕 组 变 压 器 、 自 耦 变 压 器 、 互 感 器 可 见 两 段 绕 组 的 容 量 均 只 有 变 压 器 容 量 (1-1/ka)倍 。自 耦 变 压 器 不 仅 可 以 省 去 一 个 绕 组 ， 而 且 其 绕 组 容 量要 比 相 应 的 双 绕 组 变 压 器 小 ， 这 样 就 减 少 铁 、 铜 等 材料 ， 缩 小 尺 寸 。(1-1/ka)越 小 则 省 材 越 多 ， 所 以 适 合 于 ka接 近 于 1的 情况 。I2=I1+Ibc 此 式 由 相 量 式 转 换 为 代 数 式 是 成 立 的S 2=U2I2=U2I1(传 导 容 量 ) + U2Ibc (电 磁 容 量 )各 占 百 分比 ： Scd/S2 = I1/I2 = 1/ka Sdc/S2=1-Scd/S2=1-1/ka 第 8 章 三 绕 组 变 压 器 、 自 耦 变 压 器 、 互 感 器 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 ：优 点 ： 比 双 绕 组 电 力 变 压 器 省 材 料 ， 成 本 低 ， 效 率高 。 越 接 近 1, 越 小 , 电 磁 容 量 (绕组 容 量 )越 小 , 节 材 效 果 越 明 显 . Ak xyk 第 8 章 三 绕 组 变 压 器 、 自 耦 变 压 器 、 互 感 器 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 。 第 8 章 三 绕 组 变 压 器 、 自 耦 变 压 器 、 互 感 器 8-2 三 绕 组 变 压 器 一 、 结 构 和 用 途 三 绕 组 变 压 器 的 每 相 有 3个 绕 组 ， 当 一 次 绕 组 接 到 交 流 电源 后 ， 另 外 2个 绕 组 就 感 应 出 不 同 的 电 势 ， 这 种 变 压 器 用于 需 要 2种 不 同 电 压 等 级 的 负 载 。 发 电 厂 和 变 电 所 通 常 出 现 三 种 不 同 等 级 的 电 压 ， 所 以 三 绕组 变 压 器 在 电 力 系 统 中 应 用 比 较 广 泛 。 每 相 的 高 中 低 压 绕 组 均 套 于 同 一 铁 心 柱 上 。 为 了 绝 缘 使 用合 理 ， 通 常 把 高 压 绕 组 放 在 最 外 层 ， 中 压 和 低 压 绕 组 放 在内 层 。 额 定 容 量 是 指 容 量 最 大 的 那 个 绕 组 的 容 量 ， 一 般 容 量 的 百分 比 按 高 中 低 压 绕 组 有 三 种 形 式 100/100/50、 100/50/100、100/100/100。 第 8 章 三 绕 组 变 压 器 、 自 耦 变 压 器 、 互 感 器 第 8 章 三 绕 组 变 压 器 、 自 耦 变 压 器 、 互 感 器 基 本 分 析 方 法 和 思 路1 1 2 2 3 3 0 0N I N I N I F 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 ： 1 1 11 2 2 22 3 3 33s s sE jI X E jI X E jI X 、 、 01 02 03E E E 、 、 第 8 章 三 绕 组 变 压 器 、 自 耦 变 压 器 、 互 感 器 21 2 21 31 3 31s sE jI X E jI X 、 12 1 12 32 3 32s sE jI X E jI X 、 13 1 13 23 2 23s sE jI X E jI X 、 第 8 章 三 绕 组 变 压 器 、 自 耦 变 压 器 、 互 感 器 21sE2I12s21 2 21sE jI X 21 21 ,sX M 1 2121 1 2 212ss sNM N Ni 12s 2I 1 1 2 23 321sE 第 8 章 三 绕 组 变 压 器 、 自 耦 变 压 器 、 互 感 器 二 、 特 性3个 变 比 ： k12= N1/N2 U1 / U20 k13= N1/N3 U1 / U1 k23= N2/N3 U20 / U30负 载 运 行 时 若 不 计 空 载 电 流 I0 ，则 变 压 器 的 磁 势 平 衡 方 程 为 I 1N1+I2N2+I3N3=0I1+I2/k12+I3/k13=0I1+I2+I3=0 第 8 章 三 绕 组 变 压 器 、 自 耦 变 压 器 、 互 感 器 简 化 等 效 电 路 中 的 Z1=R1+jX1 为 一 次 侧 的 阻 抗 ，Z2 =R2 +jX2 为 二 次 侧 折 算 到 一 次 侧 的 阻 抗 ；Z3 =R3 +jX3 为 三 次 侧 折 算 到 一 次 侧 的 阻 抗 ，六 个 参 数 可 以 根 据 稳 态 短 路 试 验 求 得 。 绕 组 1加 电 压 ， 绕 组 2短 路 ， 绕 组 3开 路 Zk12=Rk12+jXk12= (R1+R2) + j(X1+X2) 绕 组 1加 电 压 ， 绕 组 3短 路 ， 绕 组 2开 路 Z k13=Rk13+jXk13=(R1+R3)+j(X1+X3) 绕 组 2加 电 压 ， 绕 组 3短 路 ， 绕 组 1开 路 Zk23=Rk23+jXk23=(R2+R3)+j(X2+X3) 第 8 章 三 绕 组 变 压 器 、 自 耦 变 压 器 、 互 感 器 R1=1/2(Rk12+Rk13-Rk23) X1=1/2 (Xk12+Xk13-Xk23) R2=1/2(Rk12+Rk23-Rk13) X2=1/2 (Xk12+Xk23-Xk13) R3=1/2(Rk13+Rk23-Rk12) X3=1/2(Xk13+Xk23-Xk12)知 道 参 数 后 就 可 以 根 据 等 效 电 路 计 算 特 性 了 。 第 8 章 三 绕 组 变 压 器 、 自 耦 变 压 器 、 互 感 器 1 2 2 2 1 1U U I Z I Z + 1 3 3 3 1 1U U I Z I Z + 1U /2U /3U 1jX1R /2R /2jX/3jX/3R1I /2I/3I三绕组变压器等效电路 第 8 章 三 绕 组 变 压 器 、 自 耦 变 压 器 、 互 感 器 1 1 1 2 2 2 3 3 3Z R jXZ R jXZ R jX 1 11 23 12 31X X X X X + - - 2 22 31 23 12X X X X X + - - 3 33 12 23 31X X X X X + - -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 。 第 8 章 三 绕 组 变 压 器 、 自 耦 变 压 器 、 互 感 器 8-3 互 感 器 互 感 器 属 测 量 装 置 ， 按 变 压 器 原 理 工 作 。 电 力 系 统 中 的 大 电 流 、 高 电 压 有 时 无 法 直 接 用 普通 的 电 流 表 和 电 压 表 来 测 量 ， 必 须 通 过 互 感 器 将待 测 电 量 按 比 例 减 小 后 测 量 。 互 感 器 具 有 2种 作 用 ： 将 高 电 量 转 换 为 能 用 普 通 标准 仪 表 测 量 的 电 量 1A/5A/100V/500V;将 仪 表 与 高压 电 路 隔 离 ， 保 证 仪 表 及 人 身 安 全 。 第 8 章 三 绕 组 变 压 器 、 自 耦 变 压 器 、 互 感 器 一 、 电 流 互 感 器 一 次 侧 只 有 1到 几 匝 ， 导线 截 面 积 大 ， 串 入 被 测 电路 。 二 次 侧 匝 数 多 ， 导 线细 ， 与 阻 抗 较 小 的 仪 表（ 电 流 表 、 功 率 表 的 电 流线 圈 ） 构 成 闭 路 。 电 流 互 感 器 的 运 行 情 况 相当 于 二 次 侧 短 路 的 变 压 器 ，一 般 选 择 很 低 的 磁 密(0.08-0.1)T， 并 忽 略 励磁 电 流 ， 则I 1/I2=N2/N1=k 。 第 8 章 三 绕 组 变 压 器 、 自 耦 变 压 器 、 互 感 器 励 磁 电 流 是 误 差 的 主 要 根 源 。 0.2/0.5/1 / 3， 1表 示 变 比 误 差 不 超 过 1%。注 意 事 项 ： 副 边 绕 组 必 须 可 靠 接 地 ， 以 防 止 由 于 绝 缘 损 坏 后 ，原 边 高 电 压 传 入 危 及 人 身 安 全 。 副 边 绝 对 不 容 许 开 路 。 开 路 时 互 感 器 成 了 空 载 状态 ， 磁 通 高 出 额 定 时 许 多 (1.4-1.8T)， 除 了 产 生大 量 铁 耗 损 坏 互 感 器 外 ， 还 在 副 边 绕 组 感 应 出 危险 的 高 压 ， 危 及 人 身 安 全 。 第 8 章 三 绕 组 变 压 器 、 自 耦 变 压 器 、 互 感 器 二 、 电 压 互 感 器 电 压 互 感 器 的 运 行 情 况 相当 于 二 次 侧 开 路 的 变 压 器 ，其 负 载 为 阻 抗 较 大 的 测 量仪 表 。 副 边 电 流 产 生 的 压 降 和 励磁 电 流 的 存 在 是 电 压 互 感器 误 差 之 源 。 电 压 互 感 器 副 边 不 能 接 过多 的 负 载 ； 且 要 求 铁 心 不饱 和 (0.6-0.8T)。 注 意 事 项 ： 副 边 绕 组 连 同铁 心 必 须 可 靠 接 地 。副 边 绝 对 不 容 许 短 路 。 第 8 章 三 绕 组 变 压 器 、 自 耦 变 压 器 、 互 感 器 三 相 分 裂 绕 组 变 压 器 分 裂 变 压 器 是 多 绕 组 变 压 器 中 的 一 种 特 殊 形 式 ， 和 普通 多 绕 组 变 压 器 不 同 点 在 于 ： 它 的 低 压 绕 组 中 有 一 个 或 几个 绕 组 分 裂 成 额 定 容 量 相 等 的 几 个 支 路 ， 这 几 个 支 路 没 有电 气 上 的 联 系 ， 而 仅 有 较 弱 的 磁 的 联 系 。 在 电 力 系 统 中 ，用 得 比 较 多 的 是 双 绕 组 双 分 裂 变 压 器 ， 它 有 一 个 高 压 绕 组和 两 个 分 裂 的 低 压 绕 组 ， 分 裂 绕 组 的 额 定 电 压 和 额 定 容 量相 同 ， 它 们 的 总 容 量 等 于 变 压 器 的 总 容 量 。 低 压 线 圈 分 裂 后 ， 可 以 大 大 地 增 加 高 压 线 圈 与 低 压线 圈 各 分 裂 部 分 之 间 ， 以 及 低 压 线 圈 分 裂 后 的 各 部 分 之 间的 短 路 阻 抗 值 ， 这 对 限 制 网 络 的 短 路 电 流 ， 节 省 建 设 投 资与 占 地 面 积 有 着 一 定 的 实 际 经 济 意 义 ， 因 而 分 裂 变 压 器 正在 电 力 工 业 中 被 广 泛 采 用 。 分 裂 变 压 器 与 普 通 变 压 器 ， 按其 结 构 看 ， 几 乎 没 有 什 么 区 别 ,其 区 别 仅 仅 是 在 各 铁 芯 柱上 的 低 压 圈 线 本 身 ， 没 有 串 联 或 并 联 而 将 其 始 端 和 终 端 各自 引 出 ， 无 论 采 取 哪 种 结 构 方 式 ， 其 分 裂 的 二 次 绕 组 之 间 磁 的 耦 合 是 比 较 弱 的 ， 第 8 章 三 绕 组 变 压 器 、 自 耦 变 压 器 、 互 感 器 对 分 裂 变 压 器 的 基 本 要 求 是 ： 1) 低 压 绕 组 线 圈 分 裂 的 几 个 部 分 与 高 压 线 圈 的 绝 缘 结构 ， 要 求 有 足 够 的 电 气 强 度 ； 2) 低 压 线 圈 每 一 部 分 与 高 压 线 圈 之 间 的 阻 抗 值 要 相 等 ； 3) 使 用 时 ， 低 压 线 圈 的 每 一 部 分 可 分 别 接 到 发 电 机 或电 动 机 上 ， 且 可 同 时 运 行 ， 也 可 单 独 运 行 ， 具 有 相 同 额 定电 压 的 分 裂 线 圈 可 以 并 联 运 行 ； 4) 结 构 要 简 单 ， 尽 可 能 接 近 无 分 裂 线 圈 变 压 器 的 结 构 。 当 然 ， 分 裂 变 压 器 比 起 普 通 (无 分 裂 )变 压 器 (在 相 同 容量 、 电 压 等 级 、 调 压 范 围 及 级 数 ， 总 损 耗 和 短 路 电 压 等 情况 下 )相 比 ,材 料 消 耗 较 多 (包 括 硅 钢 片 、 线 圈 用 铜 铝 量 等 ),从 而 使 变 压 器 的 成 本 有 所 增 加 。 第 8 章 三 绕 组 变 压 器 、 自 耦 变 压 器 、 互 感 器 厂 用 变 压 器 采 用 分 裂 变 压 器 后 的 运 行 特 性 1) 降 低 厂 用 母 线 上 的 短 路 电 流 ， 减 少 对 电 气 设 备 的短 路 冲 击 。 2) 减 少 厂 用 母 线 电 压 的 波 动 3) 有 利 于 厂 用 电 动 机 成 组 自 起 动