05三相变压器

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第,5,章 三相变压器,5.,*,第,5,章 三相变压器,返回总目录,三相变压器的磁路系统,三相变压器的电路系统,连接组,变压器的并联运行,本章小结,习题与思考题,本章内容,5.1,三相变压器的磁路系统,一、三相组式变压器,三相组式变压器是由,3,个磁路相互独立的单相变压器所组成的，三相之间只有电的联系而无磁的联系。如图,5.1,所示。原边、副边绕组可根据要求接成星形,(Y),或三角形,(),。虽然各磁路相互独立，但当对原边绕组施加对称的三相电压时，便会对称，空载电流也是对称的。,图,5.1,三相组式变压器,5.1,三相变压器的磁路系统,二、三相心式变压器,与三相组式变压器不同，三相心式变压器的磁路相互关联。它是通过铁轭把,3,个铁心柱连在一起的。如图,5.2,所示。这种铁心结构是从单相变压器演变过来的，把,3,个单相变压器铁心柱的一边组合到一起，而将每相绕组缠绕在未组合的铁心柱上。由于在对称的情况下，组合在一起的铁心柱中不会有磁通存在，故可以省去。,和同容量的三相组式变压器相比，三相心式变压器所用的材料较少、质量轻。但它的缺点在于：,图,5.2,三相心式变压,器的铁心结构,(1),采用三相心式变压器供电时，任何一相发生故障，整个变压器都要进行更换，如果采用三相组式变压器，只要更换出现故障的一相即可。所以三相心式变压器的备用容量为组式变压器的,3,倍；,(2),对于大型变压器来说，如果采用心式结构，体积较大，运输不便。,基于以上考虑，为节省材料，多数三相变压器采用心式结构。但对于大型变压器而言，为减少备用容量以及确保运输方便，一般都是三相组式变压器。,5.2,三相变压器的电路系统,连接组,二、变压器原边、副边绕组首末端标记及连接方法,在第,4,章，单相变压器原边绕组的首、末端被标记为,U,、,X,；把副边绕组的首、末端标记为,u,、,x,。对三相变压器而言，为研究方便，也对其首、末端加以标记，如表,5-1,所示。,绕组名称,首端,末端,中点,原边绕组,U,、,V,、,W,X,、,Y,、,Z,O,副边绕组,u,、,v,、,w,x,、,y,、,z,O,表,5-1,三相变压器首末端标记,理论上来说，三相变压器的原、副边绕组都可以根据需要接成星形,(Y),或三角形,(),。一旦按规定的接法连接完成，其表示方法便随之确定。为方便起见，用,Y/y,表示原、副边的星形接法；用,D/d,来表示原、副边的三角形接法。原边绕组在接成星形,(Y),时，如果有中线引出，则用,YN,表示；副边绕组在接成星形,(Y),时，如果有中线引出，则用,yn,表示。例如：,YN/d,表示原边绕组为星形接法，并且有中线引出，副边绕组为三角形接法；,D/y,表示原边绕组为三角形接法，副边绕组为星形接法，无中线引出。,5.2,三相变压器的电路系统,连接组,连接组是变压器运行中的一个重要概念。下面，首先来研究单相变压器的连接组，在此基础上引入三相变压器的连接组。,二、单相变压器的连接组,单相变压器的原边、副边绕组缠绕在同一根铁心柱上，并被同一主磁通所交链，任何时刻两个绕组的感应电动势都会在某一端呈现高电位的同时，在另外一端呈现出低电位。借用电路理论的知识，把原边、副边绕组中同时呈现高电位,(,低电位,),的端点称为同名端，并在该端点旁加“,”,来表示。,按照惯例，统一规定原边、副边绕组感应电动势的方向均从首端指向末端。一旦两个绕组的首、末端定义完之后，同名端便唯一由绕组的绕向决定。当同名端同时为原边、副边绕组的首端,(,末端,),时，和 同相位，用连接组,I,/,I,-12,表示，如图,5.3,所示；否则，和 相位相差,180,，用连接组,I,/,I,-6,表示，如图,5.4,所示。,由此可见，单相变压器原边、副边感应电动势的方向存在两种可能：同为电动势升,(,降,),；一个为电动势升，另一个为电动势降。,5.2,三相变压器的电路系统,连接组,(a),接线图,(b),相量图,(a),接线图,(b),相量图,图,5.3,连接组,I,/,I,-12,图,5.4,连接组,I,/,I,-6,5.2,三相变压器的电路系统,连接组,三、三相变压器的连接组,三相变压器的连接组有两部分组成，一部分表示三相变压器的连接方法；一部分连接组的标号。如图,5.10,所示连接组,Y/y-10,。下面详细介绍确定连接组的方法。连接组标号是由原边、副边线电动势的相位差决定的。三相变压器的,3,个铁心柱上都有分别属于原边绕组和副边绕组的一相，它们的相位关系与单相变压器原边、副边绕组感应电动势的关系完全一样。根据电路理论可知，当三相绕组,Y,接时，线电动势的大小为相电动势的倍，相位则超前相应相电动势,30,；当三相绕组接时，线电动势与相电动势相等。所以在原边、副边相电动势的相位关系知道后，线电动势的关系也随之确定，便可根据线电动势的相位关系来确定连接组标号。连接组标号有两层含义：一方面原边、副边线电动势相位差都是,30,的倍数，该倍数即为连接组标号；另一方面代表着时钟的整点数，如果规定原边线电动势作为分针始终指向,12,点不动，副边绕组的线电动势作为时针，按顺时针转动，指向几点，则连接组标号就是几，这就是所谓的钟表法。,5.2,三相变压器的电路系统,连接组,1.,由三相变压器的接线图确定连接组,在已知三相变压器接线图的情况下，可以按如下步骤来确定其连接组：首先画出原边绕组相电动势的相量图，并根据其连接方式求出线电动势；然后把,U,点当作,u,点，根据同名端，确定副边绕组相电动势与原边相电动势的相位关系，画出副边相电动势的相量图，再由其连接方式求出副边的线电动势；最后根据相量图所示的原边、副边线电动势相位差，得到连接组标号。,下面就以,Y/y,、,Y/d,为例来说明如何确定三相变压器连接组标号，在以下分析中，如无特殊说明，都认为原边绕组所接电源的相序为：,UVW,。,1)Y/y,连接组,图,5.5,图,5.10,给出了所有,Y/y,连接组的接线图和相量图。,5.2,三相变压器的电路系统,连接组,(a),接线图,(b),相量图,(a),接线图,(b),相量图,图,5.5 Y/y-12,连接组,图,5.6 Y/y-2,连接组,5.2,三相变压器的电路系统,连接组,图,5.7 Y/y-4,连接组,(a),接线图,(b),相量图,(a),接线图,(b),相量图,图,5.8,连接组,Y/y-6,5.2,三相变压器的电路系统,连接组,图,5.9,连接组,Y/y-8,图,5.10,连接组,Y/y-10,(a),接线图,(b),相量图,(a),接线图,(b),相量图,5.2,三相变压器的电路系统,连接组,由此可见，当原边、副边绕组采用相同的连接方式时，连接组标号均为偶数，并且，原边、副边绕组感应电动势的相序一致，标号的改变并不会影响到相序。,2)Y/d,连接组,图,5.12,图,5.17,给出了所有,Y/d,连接组的接线图和相量图。,(a),接线图,(b),相量图,(a),接线图,(b),相量图,图,5.11 Y/d-1,连接组,图,5.12 Y/d-3,连接组,5.2,三相变压器的电路系统,连接组,(a),接线图,(b),相量图,(a),接线图,(b),相量图,(a),接线图,(b),相量图,图,5.13 Y/d-5,连接组,图,5.14 Y/d-7,连接组,图,5.15 Y/d-9,连接组,(a),接线图,(b),相量图,图,5.16 Y/d-11,连接组,5.2,三相变压器的电路系统,连接组,当原边、副边绕组采用不同的连接方式时，连接组标号均为奇数。,2.,由三相变压器的连接组确定接线图,这可以看成是上一过程的逆过程。其步骤如下：首先根据连接组所示的连接方法，初步画出原边、副边绕组的连线方式，并且按照常规，定义原边绕组的出线端标志及相电动势、线电动势，在此基础上，画出原边绕组相量图；然后把,U,点当作,u,点，根据连接组标号，再相量图中画出副边绕组的线电动势、相电动势；最后根据原边、副边线电动势的相位关系，确定副边绕组的出线端标志、同名端。,下面以,Y/y-2,及,Y/d-3,为例来说明如何根据三相变压器的连接组确定其接线图。,1)Y/y-2,(1),初步画出原边、副边绕组的连线方式，定义原边绕组的出现,U,标志及相电动势、线电动势，如图,5.17,所示。,(2),根据连接组标号，再相量图中画出副边绕组的线电动势、相电动势，如图,5.18,所示。,(3),根据原边、副边线电动势的相位关系，确定副边绕组的出线端标志、同名端。,5.2,三相变压器的电路系统,连接组,图,5.17,连接组,Y/y-2,及原边绕组相量图,图,5.18,连接组,Y/y-2,(a),接线图,(b),相量图,(a),接线图,(b),相量图,2)Y/y-3,(1),初步画出原边、副边绕组的连线方式，定义原边绕组的出线端标志及相电动势、线电动势，如图,5.19,所示。,(2),根据连接组标号，再相量图中画出副边绕组的线电动势、相电动势，如图,5.20,所示。,(3),根据原边、副边线电动势的相位关系，确定副边绕组的出线端标志、同名端。,5.2,三相变压器的电路系统,连接组,(a),接线图,(b),相量图,(a),接线图,(b),相量图,图,5.19,连接组,Y/d-3,及原边绕组相量图,图,5.20,连接组,Y/d-3,四、磁路结构及连接组对电动势波形的影响,5.2,三相变压器的电路系统,连接组,变压器的铁心是由铁磁材料构成的，铁磁材料的磁化曲线是一条呈饱和特性的曲线。在第,4,章单相变压器空载运行一节中曾提到：在铁心处于饱和状态时，如果磁通 为正弦波，则励磁电流 为尖顶波，除基波电流外，以三次谐波电流分量最大；如果励磁电流 为正弦波，则磁通 为平顶波，除基波磁通外，以三次谐波磁通分量最大。如果忽略影响不大的其他高次谐波，绕组中的电动势主要由基波磁通和三次谐波磁通感应产生。三相变压器的磁路结构与连接组会影响磁通的流通路径，因而也会对感应电动势的波形有直接影响。下面以为,YN/y,、,Y/y,以及,Y/d,、,D/y,例对其进行研究。,1.YN/y,、,Y/y,连接的三相变压器,如式,(5.1),所示，励磁电流 中的三次谐波分量的幅值、相位均相同，故可构成零序对称组。,(5.1),5.2,三相变压器的电路系统,连接组,在原边绕组有中线的情况,(YN/y),下，三次谐波电流会以中线作为自己的回路。由于三次谐波电流的存在，励磁电流呈尖顶波，所对应磁通及绕组感应电动势接近于正弦波。,但当原边绕组没有中线,(Y/y),时，三次谐波电流由于没有回路而无法存在，因此励磁电流呈正弦波，所对应磁通便是含有三次谐波分量的平顶波。磁通的三次谐波分量的流通路径与三相变压器的磁路结构有关。,1),三相组式变压器,构成三相组式变压器的,3,个单相变压器磁路彼此独立。所以在每个单相变压器的铁心中，三次谐波磁通分量都可以流过。每相绕组的电动势由基波磁通和三次谐波磁通共同感应产生，以原边绕组感应电动势 为例，是由基波磁通的感应电动势 和三次谐波磁通的感应电动势 组成，即 。式中，。虽然，三次谐波磁通 比基波磁通 要小，但三次谐波磁通的交变频率为基波磁通 的,3,倍，,故 。该比值有时可达到,45%60%,，甚至更大。相电动,5.2,三相变压器的电路系统,连接组,势的波形会发生畸变而 成尖顶波。这种现象会引起危险的过电压，严重时有可能击穿绕组绝缘。但在线电动势中，由于相电动势的三次谐波分量相互抵消，仍呈正弦波。,2),三相心式变压器,三相心式变压器的磁路彼此关联，励磁电流的三次谐波分量由于没有回路在铁心中无法流通。虽然它仍可以通过油路或空气形成闭合回路，但由于该磁路的磁导率小，磁阻大，其数量是不大的。因此可以忽略三次谐波磁通所产生的感应电动势。认为绕组中的电动势单独由磁通的基波分量所感应产生，呈正弦波。,但以三倍于基波频率交变的三次谐波磁通，会在油箱中产生涡流损耗，致使油箱局部过热，降低变压器的效率。,2.Y/d