第3章 三相变压器

第三章第三章 三相变压器三相变压器1.了解三相变压器磁路系统的特点；了解三相变压器磁路系统的特点；主要内容：主要内容：2.掌握三相变压器联接组的判别方法；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与联接方式及磁路系电流以及电动势的波形与联接方式及磁路系统的关系。统的关系。第二节第二节 三相变压器的磁路系统三相变压器的磁路系统1.三相变压器组（组式变压器）三相变压器组（组式变压器）由三个单相变压器的铁心组成。由三个单相变压器的铁心组成。特点：特点：仅在电路上互相联接，三相磁路互相完全仅在电路上互相联接，三相磁路互相完全独立，三相磁路彼此无关。独立，三相磁路彼此无关。特点：特点：磁路有关系，一相磁路以另外两相磁路作磁路有关系，一相磁路以另外两相磁路作为闭合磁路。中间铁心柱的磁通等于三相磁通的为闭合磁路。中间铁心柱的磁通等于三相磁通的总和，且总和，且 （加三相对称电压）。（加三相对称电压）。2.三铁心柱变压器（心式变压器）三铁心柱变压器（心式变压器）心式三铁心柱铁心结构，心式三铁心柱铁心结构，从三个单相变压器演变而从三个单相变压器演变而来。三相的电路有联接，来。三相的电路有联接，三相磁路也有联接。三相磁路也有联接。第三节第三节 变压器的联接组标号变压器的联接组标号目的：目的：解决一、二次电压的相位改变问题，掌握解决一、二次电压的相位改变问题，掌握判定变压器绕组的联接组标号的方法。判定变压器绕组的联接组标号的方法。在本教材中，是利用电势在本教材中，是利用电势 来比较相位。来比较相位。单相单相:比较一、二次绕组相电势的相位；比较一、二次绕组相电势的相位；三相三相:比较一、二次绕组对应的线电势的相位。比较一、二次绕组对应的线电势的相位。同名端（同极性端）同名端（同极性端）：一、二次绕组被同一主磁通一、二次绕组被同一主磁通交链，感应电动势在交链，感应电动势在任一瞬间原边绕组一端点为高电位，副边绕组也任一瞬间原边绕组一端点为高电位，副边绕组也有一端点为高电位。有一端点为高电位。这两个端点称为这两个端点称为同名端同名端。三相三相:高压绕组高压绕组:首端首端 A,B,C 与与尾端尾端 X,Y,Z 低压绕组低压绕组:首端首端 a,b,c 与与尾端尾端 x,y,z 中线引出用中线引出用 N 或或 n 表示表示一、变压器绕组标志方式一、变压器绕组标志方式单相单相:高压绕组：首端高压绕组：首端 A,尾端尾端 X 低压绕组：首端低压绕组：首端 a,尾端尾端 x 可把每相同名端（或异名端）标记为首端。可把每相同名端（或异名端）标记为首端。2.当当A,a为异名端为异名端 （简化（简化 ）与）与 （简化（简化 ）为反相位。）为反相位。3.用时钟表示法用时钟表示法规定规定 矢量始终指向矢量始终指向12点位置，时钟有点位置，时钟有12个数字，个数字，每个数字表示相位差每个数字表示相位差30。若若 在在12位置则同相位，表示为位置则同相位，表示为I I0若若 在在6位置则反相位，表示为位置则反相位，表示为I I6二、单相变压器的联结组别二、单相变压器的联结组别1.当当A,a为同名端为同名端 （简化（简化 ）与）与 （简化（简化 ）为同相位。）为同相位。三、三相变压器的绕组标志方式三、三相变压器的绕组标志方式 三相三铁心柱变压器，除了一、二次绕三相三铁心柱变压器，除了一、二次绕组间有同性（异性）问题，三相绕组间也有组间有同性（异性）问题，三相绕组间也有极性问题，即三相电流由同极性端流入，应极性问题，即三相电流由同极性端流入，应有有 。如如三相变压器三相变压器三相变压器三相变压器.exe所示。所示。三相变压器可把每相同名端（或异名端）标三相变压器可把每相同名端（或异名端）标记为首端，但同一铁心柱上的一、二次绕组也记为首端，但同一铁心柱上的一、二次绕组也可属于不同相。可属于不同相。2、三角形接法、三角形接法(D)A、X；B、Y；C、Z首尾首尾联接，相量图联接，相量图(位形图位形图)构成一构成一个三角形。个三角形。ABC是等边三角形，因为是等边三角形，因为电压正相序，所以电动势也为电压正相序，所以电动势也为正相序。正相序。1、星形接法、星形接法 Y 以高压为例：以高压为例：X,Y,Z联联接在一起，绕组按相序自左向接在一起，绕组按相序自左向右排列。右排列。ABCXYZABCXZYABCXYZ四、三相变压器的绕组接法四、三相变压器的绕组接法星形接法星形接法 Y(Y/y)Y(Y/y)三角形接法三角形接法 (D/d)(D/d)顺序顺序 三角形接法三角形接法 (D/d)(D/d)逆序逆序 五、三相变压器的联接组别五、三相变压器的联接组别1、国际时钟法：、国际时钟法：规定高压绕组线电动势规定高压绕组线电动势 为长针，为长针，永远指向钟面上的永远指向钟面上的“12”，低压绕组线电动势，低压绕组线电动势 为短为短针，它指向的数字，表示为三相变压器的联接组别号。针，它指向的数字，表示为三相变压器的联接组别号。2 2、画图法判定三相变压器的联接组别、画图法判定三相变压器的联接组别三相变压器的联接组是用三相变压器的联接组是用副边线电势副边线电势与与原边线电势原边线电势的相位差来决定的相位差来决定；与原、边三相绕组的联接方法、绕组与原、边三相绕组的联接方法、绕组的绕向和绕组的首末端的标法有关；的绕向和绕组的首末端的标法有关；2121116345109872 以以Y/y联接的三相变压器为例说明联接组的判别：联接的三相变压器为例说明联接组的判别：（1）在接线图上标出各相电势相量；在接线图上标出各相电势相量；（2）画出原绕组电势相量位形图；）画出原绕组电势相量位形图；（3）根据同一铁心柱上原、副绕组）根据同一铁心柱上原、副绕组 感应电动势的相位关系，感应电动势的相位关系，画出副边画出副边绕组电动势位形图。将绕组电动势位形图。将“a”点与点与“A”点重合，使相位关系更直观。点重合，使相位关系更直观。ABC可以判定该联接组为可以判定该联接组为Y/y-0ABCXYZabcxyz（4）比较原、副绕组线电势）比较原、副绕组线电势 与与 的相位关系。的相位关系。根据钟点法确定根据钟点法确定 联接组别。联接组别。ABCXYZabcxyzABCY/y6ABCXYZabcxyzABCY/y4改变绕组相序改变绕组相序cab改变同名端改变同名端三相变压器绕组的联接组号的判定三相变压器绕组的联接组号的判定三相变压器绕组的联接组号的判定三相变压器绕组的联接组号的判定ABCXYZabcxyzABCY/d11(副边逆序副边逆序)ABCXYZabcxyzABCY/d1(副边顺序副边顺序)(1)当变压器的绕组标志（同名端或首末端）改变时，当变压器的绕组标志（同名端或首末端）改变时，变压器的联接组号也随着改变。变压器的联接组号也随着改变。(2)Yy联结方式，只能得到偶数的联结组别。联结方式，只能得到偶数的联结组别。即即:Yy0、Yy2、Yy4、Yy6、Yy10(3)Yd或或Dy联结方式，只能得到奇数的联结组别。即联结方式，只能得到奇数的联结组别。即:Yd或或Dy(1、3、5、7、9、11)(4)电力变压器常用的联接组别为电力变压器常用的联接组别为Y/y12 和和 Y/d11。(5)画图的注意事项：画图的注意事项：画在一个纵方向的两个高低绕组是指一个铁心柱上画在一个纵方向的两个高低绕组是指一个铁心柱上的一、二次绕组。的一、二次绕组。把把a和和A重合，是为使高、低压绕组线电动势有公共重合，是为使高、低压绕组线电动势有公共的起点。的起点。3、结论：、结论：4、思考：、思考：Yy0变为变为Yy4 Yy0变为变为Yy6第四节第四节 三相变压器空载运行电动势波形三相变压器空载运行电动势波形三相变压器：三相变压器：与磁路系统和绕组接法（电路与磁路系统和绕组接法（电路系统）有关系统）有关单相变压器：单相变压器：在饱和情况下，在饱和情况下，为尖顶波为尖顶波 为正弦波为正弦波一、不同磁路系统对磁通的影响一、不同磁路系统对磁通的影响1、三相变压器组、三相变压器组 三相变压器组各相磁路独立，分析磁路时可单独考三相变压器组各相磁路独立，分析磁路时可单独考虑。对于三相组式，基波磁通和三次谐波磁通均可以沿虑。对于三相组式，基波磁通和三次谐波磁通均可以沿铁心闭合。铁心闭合。若磁通为非正弦，则可分为基波磁通和三次及三倍若磁通为非正弦，则可分为基波磁通和三次及三倍次谐波磁通（高次谐波分量小，暂不考虑），其中三次次谐波磁通（高次谐波分量小，暂不考虑），其中三次谐波为零相序（幅值相等，相位相同）。谐波为零相序（幅值相等，相位相同）。心式变压器各相磁路相互联系，且铁心柱磁通心式变压器各相磁路相互联系，且铁心柱磁通为三相磁通总和。为三相磁通总和。三相基波磁通之和为零，因此可沿各相铁心闭三相基波磁通之和为零，因此可沿各相铁心闭合；而三次谐波磁通为零相序，不能沿中间铁心柱合；而三次谐波磁通为零相序，不能沿中间铁心柱回到每相铁芯闭合，故只好经油箱壁及其它非铁磁回到每相铁芯闭合，故只好经油箱壁及其它非铁磁材料回到每相铁心形成回路，所遇到的磁阻很大，材料回到每相铁心形成回路，所遇到的磁阻很大，即其三次谐波磁通是不大的。即其三次谐波磁通是不大的。因此三次谐波磁通不能在心式变压器铁心中流因此三次谐波磁通不能在心式变压器铁心中流通，即磁通接近正弦。通，即磁通接近正弦。2、三相心式变压器、三相心式变压器二、不同电路系统二、不同电路系统(绕组接法绕组接法)对磁通的影响对磁通的影响 之前讲过希望变压器的感应电动势是正弦的，之前讲过希望变压器的感应电动势是正弦的，（即主磁通正弦），由于铁芯饱和的影响，空载电流（即主磁通正弦），由于铁芯饱和的影响，空载电流（励磁电流）应该为尖顶波，其中含有较大的三次谐（励磁电流）应该为尖顶波，其中含有较大的三次谐波和一系列高次谐波。波和一系列高次谐波。尖顶波尖顶波 i0 正弦正弦m 正弦正弦E1、E2正弦波正弦波 i0 平顶平顶m 畸变畸变E1、E2 尖顶波电流和平顶波磁通中均含有三次谐波分量。尖顶波电流和平顶波磁通中均含有三次谐波分量。注意：注意：m平顶波中的三次谐波是不希望有的，而平顶波中的三次谐波是不希望有的，而i0尖顶波中的三次谐波是希望存在的。尖顶波中的三次谐波是希望存在的。在三相变压器中，各相的三次谐波电流构在三相变压器中，各相的三次谐波电流构成零序对称组成零序对称组(幅值相等，相位相同幅值相等，相位相同)，在，在Y接接法中无法流通，导致相电势波形畸变，这时，法中无法流通，导致相电势波形畸变，这时，需从磁路上去消除需从磁路上去消除(采用心式磁路采用心式磁路)。而各相三。而各相三次谐波在次谐波在接法中可以流通。接法中可以流通。尖顶相电动势对变压器相绕组绝缘不利，故组式尖顶相电动势对变压器相绕组绝缘不利，故组式变压器不能用此接法。变压器不能用此接法。(1)心式变压器：心式变压器：1800KVA及以下用此接法及以下用此接法由于由于 很弱，很弱，也很小也很小 接近正弦接近正弦(2)组式变压器：组式变压器：对于对于Y接，由于接，由于 中不包括三次谐波，中不包括三次谐波，其波形接近正弦波，其波形接近正弦波，为正弦波为正弦波 为平顶波为平顶波1.Y,y接：接：2.Y,d接：接：e23在闭合的副边绕组中产生三次谐波电流在闭合的副边绕组中产生三次谐波电流 i23 副副边产生三次谐波磁通，此磁通边产生三次谐波磁通，此磁通(副边副边)对原边三次谐对原边三次谐波磁通起去磁作用，使三次谐波合成磁通减弱，从波磁通起去磁作用，使三次谐波合成磁通减弱，从而三次谐波电动势减弱而三次谐波电动势减弱 相电动势接近正弦波。相电动势接近正弦波。原原边励磁电流为正弦边励磁电流为正弦磁通为磁通为 平顶波平顶波 原边空载电流中三次谐波电流可以流通，原边空载电流中三次谐波电流可以流通，与与单相变压器的情况相同，即单相变压器的情况相同，即电流为尖顶波，磁通电流为尖顶波，磁通和感应电势为正弦，心式磁路和组式磁路均可用。和感应电势为正弦，心式磁路和组式磁路均可用。3.D,y接：接：结论：结论：如果有一边的绕组接成三角形对运行有利如果有一边的绕组接成三角形对运行有利。4.Y N,y接：接：原边绕组中有中线，可流通三次谐波电流，励磁电原边绕组中有中线，可流通三次谐波电流，励磁电流为尖顶波，磁通为正弦流为尖顶波，磁通为正弦。5.Y,y n接接：要求负载端有中线。要求负载端有中线。副边副边 y n 有中线，负载时可允许三次谐波电流流通，有中线，负载时可允许三次谐波电流流通，使相电动势的波形有所改善。使相电动势的波形有所改善。这种接法在空载时，副边开路，相电动势波形仍得不这种接法在空载时，副边开路，相电动势波形仍得不到改善。因此基本上与到改善。因此基本上与Y,y 连接一样，仅在三相心连接一样，仅在三相心式中采用，不能在三相组式中采用。式中采用，不能在三相组式中采用。结论：结论：1.电路系统：电路系统：(1)D接法：可流通三次谐波电流，即尖顶波接法：可流通三次谐波电流，即尖顶波i0，磁通，磁通和感应电势为正弦。和感应电势为正弦。(2)Y接法：不可流通三次谐波电流，即接法：不可流通三次谐波电流，即i0正弦，磁通正弦，磁通为平顶波，感应电势发生畸变，可从磁路系统改善。为平顶波，感应电势发生畸变，可从磁路系统改善。2.磁路系统：磁路系统：(1)组式磁路：可流通三次谐波磁通，不能改善磁通和组式磁路：可流通三次谐波磁通，不能改善磁通和感应电势波形，故绕组不能用感应电势波形，故绕组不能用Yy接法。接法。(2)心式磁路：不可流通三次谐波磁通，即可削去磁通心式磁路：不可流通三次谐波磁通，即可削去磁通中的三次谐波，使磁通和感应电势接近正弦。中的三次谐波，使磁通和感应电势接近正弦。心式磁路磁阻大，损耗大，发热严重，故大型变压心式磁路磁阻大，损耗大，发热严重，故大型变压器常将一方接成器常将一方接成D(一方接成一方接成D形对运行有利形对运行有利)。励磁电流励磁电流三次谐波三次谐波主磁通主磁通三次谐波三次谐波相电动势相电动势应用应用Y,y心式心式无无弱弱(走漏磁路走漏磁路)正弦正弦1800KVA以上不用以上不用Y,y组式组式无无 强强(走主磁路走主磁路)畸变畸变不用不用Y N,y有有(经中线经中线)无无正弦正弦可用可用Y,y n有有(经中线经中线)无无正弦正弦可用可用Y,d(D,y)有有(中有中有)可略去可略去接近正弦接近正弦可用可用不同磁路、联结组别对相电动势波形影响不同磁路、联结组别对相电动势波形影响第五节第五节 变压器的并联运行变压器的并联运行一、并联运行的优点一、并联运行的优点二二、并联运行的理想条件、并联运行的理想条件三三、变比不等时的并联运行、变比不等时的并联运行六六、各变压器的短路阻抗角相等、各变压器的短路阻抗角相等五五、短路阻抗不等时变压器的并联运行、短路阻抗不等时变压器的并联运行四四、组号不同的变压器并联、组号不同的变压器并联 一、并联运行的优点一、并联运行的优点1、提高供电的可靠性、提高供电的可靠性 当某台变压器发生故障，可以立即从电网切当某台变压器发生故障，可以立即从电网切除，并进行检修，保证对用户不中断供电；可以除，并进行检修，保证对用户不中断供电；可以有计划地轮流进行变压器检修。有计划地轮流进行变压器检修。一、并联运行的优点一、并联运行的优点2、提高系统的运行效率、提高系统的运行效率 根据负载的大小，随时调整投入并联的根据负载的大小，随时调整投入并联的变压器的台数，当负载随着昼夜或季节而有变压器的台数，当负载随着昼夜或季节而有所变化时，采用并联运行也是经济的。所变化时，采用并联运行也是经济的。负载小时，可适当地切断一部分变压器，负载小时，可适当地切断一部分变压器，可以减少一些变压器的空载损耗，提高系统可以减少一些变压器的空载损耗，提高系统的运行效率，改善系统的功率因数。的运行效率，改善系统的功率因数。3、随着用电量的增加分批安装新的变压器、随着用电量的增加分批安装新的变压器 当然，并联变压器的台数也不宜过多，而使当然，并联变压器的台数也不宜过多，而使每台变压器的容量过小，效率低，这样会增加设每台变压器的容量过小，效率低，这样会增加设备的制造费用，消耗较多的材料，占用较多的安备的制造费用，消耗较多的材料，占用较多的安装面积，提高变电所的造价。装面积，提高变电所的造价。一、并联运行的优点一、并联运行的优点二、并联运行的理想条件二、并联运行的理想条件理想并联运行的条件理想并联运行的条件:1、变比相等（变比相等（k）2、联接组号相同（必须严格保证）、联接组号相同（必须严格保证）3、短路阻抗标么值相等短路阻抗标么值相等 第第1和第和第3条件允许稍有变动，条件允许稍有变动，第第2条件条件要严格保证。要严格保证。三、变比不等时的并联运行三、变比不等时的并联运行当当E1E2，电路电路中出现环流。中出现环流。E1E2电电网网变压器变压器1变压器变压器2 2U U1 1/K/K1 1U U1 1/K/K2 21、空载运行的环流、空载运行的环流 Ic三、变比不等时的并联运行三、变比不等时的并联运行2、负载运行时的变压器电流（分流公式）、负载运行时的变压器电流（分流公式）三、变比不等时的并联运行三、变比不等时的并联运行 当变比不等的两台当变比不等的两台变压器并联运行时，各变压器并联运行时，各变压器副边电流均包含变压器副边电流均包含两个分量，其中一个分两个分量，其中一个分量是由变比不等引起的量是由变比不等引起的环流分量。环流分量。环流的危害环流的危害铜耗增加铜耗增加容易烧坏变压器容易烧坏变压器四、组号不同的变压器并联四、组号不同的变压器并联k k 相同相同U例如：例如：Y/y-12,Y/-11Y/y-12,Y/-11 空载环流达额定电流的空载环流达额定电流的5 5倍，所以绝对不允许不倍，所以绝对不允许不同连接组号的变压器并联。同连接组号的变压器并联。ZK1I1=ZK2I2=ZK3I3=ZKI五、短路阻抗不等时变压器的并联运行五、短路阻抗不等时变压器的并联运行根据：并联电路端电压相等根据：并联电路端电压相等 若并联变压器均衡分担负载，各并联变压器容量若并联变压器均衡分担负载，各并联变压器容量不同，大容量变压器多分担些，小容量变压器少分担不同，大容量变压器多分担些，小容量变压器少分担些，各台并联变压器不超载。些，各台并联变压器不超载。S1是并联变压器是并联变压器1分担的负载，若分担的负载，若S1N小，说明小，说明是小容量变压器，则是小容量变压器，则S1也相应要小。也相应要小。S2是并联变压器是并联变压器2分担的负载，若分担的负载，若S2N大，说明大，说明是大容量变压器，则是大容量变压器，则S2也相应要大。也相应要大。五、短路阻抗不等时变压器的并联运行五、短路阻抗不等时变压器的并联运行若要使各台并联变压器合理分担负载，要求：若要使各台并联变压器合理分担负载，要求：短路阻抗不等时变压器的并联运行，不能短路阻抗不等时变压器的并联运行，不能合理分担负载。合理分担负载。五、短路阻抗不等时变压器的并联运行五、短路阻抗不等时变压器的并联运行 六、各变压器的短路阻抗角相等六、各变压器的短路阻抗角相等 各并联变压器共同承担的总电流最大，各变压各并联变压器共同承担的总电流最大，各变压器的短路阻抗角应该相等。器的短路阻抗角应该相等。这样总输出电流是各变这样总输出电流是各变压器电流代数和，达最大。压器电流代数和，达最大。当各变压器的短路阻抗角相等当各变压器的短路阻抗角相等当各变压器的短路阻抗角不相等当各变压器的短路阻抗角不相等 六、各变压器的短路阻抗角相等六、各变压器的短路阻抗角相等小结小结变压器并联运行要求：变压器并联运行要求：1、空载时并联的各变压器副边之间不产生环流、空载时并联的各变压器副边之间不产生环流以免增加铜耗，烧坏变压器。以免增加铜耗，烧坏变压器。各变压器原、副边的额定电压相等，各变压器原、副边的额定电压相等，即变比即变比 k 相等。相等。各变压器的连接组号相同。各变压器的连接组号相同。2、各变压器所承担的负载电流按其容量大小成、各变压器所承担的负载电流按其容量大小成比例分配。比例分配。各变压器的短路阻抗标么值相等，其阻抗角各变压器的短路阻抗标么值相等，其阻抗角也应相等。也应相等。X3-1（1）（）（3）X3-2（2）（）（4）本章习题本章习题