电力系统中的特种变压器

单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第五章 电力系统中的特种变压器,主要内容：,1.了解三绕组变压器的基本方程并掌握,其等效电路,2.自耦变压器电压、电流和容量的关系及,等效电路、互感器,第一节 三绕组变压器,一、结构特点,每个铁心柱上套有三个不同电压级别的绕组，通常高压绕组放在最外层，低压绕组或中压绕组放在内层。,通常以最大的绕组容量命名三绕组变压器的额定容量S,N,。,一般工作情况下，三绕组的任意一个（或两个）绕组都可以作为原绕组，而其它的两个（或一个）则为副绕组。,二、用途及绕组容量问题,高压绕组 中压绕组 低压绕组,100 100 100,100 50 100,100 100 50,三绕组变压器可以直接连接三个不同电压等级的电网。,N1,N2,N3,三、基本分析方法和思路,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：,还有两两绕组之间的互漏磁通，比如某绕组电流,产生的和另一个绕组交链的互漏磁通会在这个绕,组中感应电动势，也可用负的漏电抗压降表示：,二次绕组电流 产,生的与一次绕组交链,的互漏磁 在一次,绕组中感应电动势,互漏磁通感应电动势说明：,可得各次绕组的电压方程为：,变比：主磁通在三个绕组感应主磁电势之比等 于变比，总共三个变比。,参数归算,（,归算到一次侧,）,：,归算后的四个基本方程：,最后可简写为：,式减去 式，再用 式中 ，可得：,式减去 式，再用 式中 ，可得：,称为等效电抗,其中：称为等效阻抗,三绕组变压器等效电路,称为等效电抗。,其中：称为等效阻抗,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。,第二节 自耦变压器,一、结构特点与用途,自耦变压器实质上是一个单绕组变压器，原、副边之间不仅有磁的联系，而且还有电的直接联系。,自耦变压器每一个铁心柱上套着两个绕组，两绕组串联，绕向一致。,N1,N2,实例分析：从双绕组变压器到自耦变压器(1),仅仅绕组改接法，双绕组变压器可以变为自耦变压器，功率可以增大数倍甚至十倍！,实例：假设图示双绕组变压器,实例分析：从双绕组变压器到自耦变压器(2),分析从双绕组变压器到自耦变压器哪些量改变了，哪些量没有变化?,(主要分析原副边电压与电流的变化情况),原副边电流符号相,反：当原边电流在,原绕组中从同名端流向非同名端，则副边电流在副绕组中从非同名端流向同名端！,实例分析：从双绕组变压器到自耦变压器(3),首先分析双绕组,变压器电流方向。,忽略励磁电流则：,实例分析：从双绕组变压器到自耦变压器(4),忽略励磁电流,当原边电流从同名端流向非同名，则副绕组电流从非同名端流向同名端！,原副绕组电流,原副边电流实际方向示意图,副边实际电流则等于,原副绕组电流之和。,实例分析：从双绕组变压器到自耦变压器(5),联结成自,耦变压器，,空载时:,如果原边施加 ，,则绕组电势仍为 与,。副边输出电压 。,实例分析：从双绕组变压器到自耦变压器(6),原副边电流实际方向示意图,与双绕组变压器类似，原绕组 ，,时，副绕组,，。于是负,载电流 。,原边输入容量,副边输出容量,二、自耦变压器基本方程,(要求：参考下图与上述物理概念学习自行推导),1.电压、电流和容量关系,1）原、副边的方程式,自耦变压器变比：（若忽略漏阻抗压降）,根据全电流定律，励磁磁动势 为串联绕组磁动势 与公共绕组磁动势 之和，即：,若忽略励磁电流（），则：,2）磁动势平衡及电流关系,结论：自耦变压器负载运行时，原、副边,电压之比近似等于副、原边电流之,比，这点与双绕组变压器一样。,2）磁动势平衡及电流关系,3）容量关系,双绕组变压器原边输入容量,原边输入容量,实例:,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,定义：,效益系数 =,绕组容量,额定容量,额定容量,额定容量 传导容量,绕组容量,实例:,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。,2.简化等值电路（,推导过程,不要求）,代入,得,3.短路试验及短路阻抗（,不要求,）,1）低压侧短路，高压侧进行短路试验：,在自耦变压器高压侧做短路试验测得的短路阻抗实际,值和把串联绕组作为一次绕组、公共绕组作为二次绕,组时短路测得的短路阻抗实际值相等。,由于自耦变压器的阻抗基,准值和相应的双绕组变压,器阻抗基准值之比为,因此，他们短路阻抗标么值之比为：,2）高压侧短路，低压侧进行短路试验,把公共绕组作为一次绕组、串联绕组作为二次绕组时,短路测得的短路阻抗为：,它们短路阻抗标么值之比还为：,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.,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。,第三节 互感器,扩大常规仪表的量程；,使测量回路与被测系统隔离，以保障工作人员和测试设备安全；,由互感器直接带动继电器线圈，为各类继电保护提供控制信号，也可以经过整流变换成直流电压，为控制系统或微机控制系统提供控制信号。,测量系统使用的电压互感器，其次级侧额定电压都统一设计成100V；电流互感器次级侧额定电流都统一设计成5A或1A。,互感器主要性能指标是,测量精度,，要求转换值与被测量值之间有良好的线性关系。,电压互感器规定了0.2、0.5、l、3等四个标准等级,电流互感器分为0.2、0.5、l.0、3.0和10.0 五个标准等级,一 电压互感器,高压绕组接到被测量系统的电压线路上，低压绕组接到测量仪表的电压线圈。,如仪表的个数不止一个、则各仪表的电压线圈都应并联。,大连理工大学电气工程系,U,1,U,2,=,N,1,N,2,=,k,u,国产互感器：,U,2N,=100 V,使用注意：,二次绕组禁止短路。,二次绕组与铁心必须接地。,空载运行的降压变压器。,u,1,V,u,1,u,2,电压互感器,电压互感器的误差来源,变比误差：指U,2,与U,1,的代数差值。负载的大小与所接仪表的数量有关，电压互感器本身有激磁电流和漏阻抗压降存在。这时，U,2,U,1,，出现变比误差。,相角误差：U,2,与U,1,不同相，相角误差表示为-U,2,与U,1,的相位差。,减小误差的措施,使用要求测试仪表有高阻抗，次级侧电流较小，接近于空载状态。电压互感器所能连接的仪表数量要受额定容量的限制。,制造减小互感器的激磁电流和漏阻抗。,铁芯通常采用铁耗小的高级硅钢片；,磁路应处于不饱和状态，工作磁密一般为0.60.8T；,使磁路有较小的间隙；,采用较粗导线以减小电阻，使有较小的漏阻抗。,特别注意,：（电压互感器）,次级侧绝对不允许短路,，因短路电流将引起绕组发热，有可能破坏绕组绝缘电阻，导致高电压侵入低压回路，危及人身和设备安全。,互感器铁芯和次级绕组的一端必须可靠接地,。,二 电流互感器,初级绕组匝数较少，一般只有一匝或几匝，而次级绕组的匝数较多。,初级绕组串联在被测线路中，次级绕组接至电流表，或功率表的电流线圈，或电度表的电流线圈。,各测量仪表的电流线圈应串联连接。由于电流线圈的电阻值很小，,电流互感器可视为处于短路运行状态的变压器。,大连理工大学电气工程系,E,2,电流互感器,N,1,很小。,短路运行的升压变压器。,I,1,I,2,=,N,2,N,1,=,k,i,国产互感器：,I,2N,=5 A,使用注意：,二次绕组禁止开路。,开路时：,I,2,=0,，,I,1,不变,一次绕组工作电压较高时，,二次绕组与铁心必须接地。,A,i,2,i,1,特别注意,不允许电流互感器的次级侧开路,次级侧开路，初级侧电流将全部为激磁电流，使铁芯过饱和，铁耗将急剧增大，引起互感器严重发热。,次级绕组匝数较多，次级绕组突然开路，将感应较高的电压，对操作人员有极大危险。,电流互感器次级绕组的一端以及铁芯均应可靠接地,。,