电机学第6章特殊变压器

第,6,章 特殊变压器,6,.1,三绕组变压器,6,.2,自耦变压器,6,.3,分裂变压器,内容,6,.4,互感器,要求,掌握各种特殊变压器的特点、用途、应用场合。,6.1,三绕组变压器,一、结构与联结组别,1.,结构,三,个,绕,组,中压绕组：中间（降压）或内层（升压）,低压绕组：内层（降压）或中间（升压）,高压绕组：总放在外层,2.,标准联结组别,:,YN,yn0,d11 ;YN,yn0,y0,。,从绝缘考虑，高压绕组总是放在最外层。,从功率传递考虑，相互间传递功率较多的绕组应靠得近些。,用一台三绕组变压器代替两台双绕组变压器,来连接三个电压等级不同的电网。,三绕组变压器：,S,1,、,S,2,、,S,3,不等，,额定容量：,最大的绕组容量。,国家标准规定：三绕组额定容量配合关系有三种：,二、额定容量与容量配合,双绕组变压器：,S,N,=,S,1,=S,2,高压绕组,中压绕组,低压绕组,100,100,100,100,50,100,100,100,50,100,表示额定容量，,50,表示,50%,额定容量。,P,1,=P,2,+P,3,（一进二出）,P,1,+P,2,=P,3,（二进一出）,实际运行时,的功率关系,在实际应用中，选择哪种配合，要根据各绕组负载大小决定。,例如，当中压侧负载为额定容量的,80%,低压侧负载为额定容量的,40%,时,应选择第三种配合。,三、变比与磁通,三绕组变压器有三个变比：,主磁通：是指与三个绕组同时交链的磁通，由三个绕组磁动势共同建立。,漏磁通：是指只交链一个或两个绕组的磁通，前者叫自漏磁通，后者叫互漏磁通。,四、磁动势平衡方程式与等效电路,负载时的磁动势平衡方程式为,中压绕组,2,低压绕组,3,折算到高压绕组,1,很小，可忽略不计,三绕组变压器的等效电路,它与自漏磁通和互漏磁通相对应。,是等效漏电抗，,（,1,）一次电流为二、三次电流的相量和。由于二、三次电流不一定同相，且不会同时达到满载，所以一次绕组容量总是小于二、三次绕组容量的代数和。因此，用一台三绕组变压器来代替两台双绕组变压器，一次绕组的用铜量减少。,（,2,）由等效电路可知，一次侧漏阻抗压降会直接影响二、三次侧的主电动势，进而影响二、三次侧的端电压。故当二次侧负载发生变化时（使一次侧漏阻抗压降发生变化），不仅影响本侧端电压，而且还会影响三次侧的端电压。同理，三次侧负载发生变化时，也会影响二次侧端电压。,三绕组变压器的两个特点：,五、参数测定,短路参数可通过短路试验测取。由于有三个绕组，短路试验必须分三次进行。,绕组,1,加电压，,2,短路，,3,开路,2.,绕组,1,加电压，,3,短路，,2,开路,3.,绕组,2,加电压，,3,短路，,1,开路,折算到,绕组,1,的参数,折算到,绕组,1,的参数,折算到,绕组,2,的参数,折算到绕组,1:,对以上三式联立求解，可得,中压绕组在中间，高、低压绕组距离最大，漏磁通最多，,最大，,最小。,对于降压变压器：,低压绕组在中间，高、中压绕组距离最大，漏磁通最多，,最大，,最小。,对于升压变压器：,就是说，位于中间层的绕组等效漏电抗最小。,6.2,自耦变压器,、结构特点与用途,低压绕组是高压绕组的一部分，一、二次绕组之间既有磁耦合，又有电联系。,结构特点,:,U1U2,为一次绕组，匝数为,N,1,；,u1u2,为二次绕组，匝数为,N,2,，又称为公共绕组；,U1u1,称为串联绕组，匝数为,N,1,-,N,2,。,用途：,用来连接两个电压等级相近的电力网，作为两电网的联络变压器；,在实验室中常采用二次侧有滑动触头的自耦变压器作为调压器；,异步电动机的降压起动设备。,二、基本电磁关系,1,电压关系,2,电流关系,变比,=1.52,大小关系为：,I,:,通过电磁感应在低压侧产生的，称感应电流；,I,1,:,从高压侧直接流入低压侧的，称传导电流。,3,容量关系,自耦变压器额定容量,串联绕组,U1u1,的容量,公共绕组,u1u2,的容量,变压器的额定容量,(,铭牌容量,),是由绕组容量（又称电磁容量或设计容量）决定的。,双绕组变压器：一、二次绕组只有磁联系，没有电联系，功率传递只靠电磁感应，,额定容量等于一次绕组容量或二次绕组容量。,自 耦 变 压 器：一、二次绕组既有磁联系又有电联系。功率传递一部分是靠电磁,感应，一部分是直接传导，二者之和是额定容量。,可见，自耦变压器的绕组容量（电磁容量）是额定容量的 倍，,故自耦变压器的绕组容量小于额定容量。,因为,自耦变压器输出容量可表示为,为电磁容量，是通过电磁感应从一次传给二次的,;,为传导容量，是由电源经串联绕组直接传给二次的。,三、自耦变压器的优、缺点,1,优点,（,1,）节省材料,变压器重量和尺寸是由绕组容量决定，,因为绕组容量是额定容量的 倍，,愈接近,1,，,愈小，绕组容量愈小，这一优点愈突出。,（,2,）效率较高,与同容量双绕组变压器相比，由于自耦变压器所用有效材料（硅钢片和铜材）,较少，所以自耦变压器的铜损耗和铁损耗相应较少，因此效率较高。,2.,缺点,（,1,）由于一、二次有电连接，当一次侧发生过电压时，导致二次侧过电压；,（,2,）自耦变压器短路阻抗标么值比同容量双绕组变压器小，其短路电流较大。,6.3,分裂变压器,、结构特点与用途,两个分裂绕组可以单独运行，也可以同时运行，,当电压相等时还可以并联运行。,低压绕组是,电路上彼此分离,磁路上松散耦合,两个分裂绕组。,1,结构特点,（以单相双分裂绕组变压器为例）,高压绕组由两条支路并联组成（并非分裂绕组）。,低压两个分裂绕组的特点,:,结构相同、容量相等，两个绕组容量之和等于,高压绕组的额定容量，即分裂变压器的额定容量。,两个分裂绕组的额定电压可以相等，或近似相等。,两个分裂绕组分别套在两个铁心柱上，使其具有较大的短路阻抗；,高压两个并联绕组分别与两个分裂绕组套在同一铁心柱上，使其短路阻抗较小且相等。,两个分裂绕组之间要有较大的短路阻抗（漏阻抗）；,分裂绕组与不分裂绕组之间要有较小的短路阻抗，且相等。,因此把,2,用途,二是作为输电变压器，即两台发电机共用一台分裂变压器向电网输送电能。,主要应用在大型发电厂中。,一是作为厂用变压器，向两段独立的厂用电母线供电。,分裂变压器要求绕组之间应具有以下特点：,因为分裂变压器各绕组之间具有较大的短路阻抗，所以,（,1,）当发生短路故障时，它可以有效地限制短路电流。,（,2,）当一个分裂绕组出线端发生短路时，另一个分裂绕组出线端仍能维持较高的电压，从而可以保证供电的可靠性。,采用分裂变压器的好处：,1,穿越运行及穿越阻抗,当低压的两个分裂绕组并联成一个绕组对高压绕组运行时，称为,穿越运行，,此时的高、低压绕组之间的短路阻抗称为,穿越阻抗,。,2,半穿越运行及半穿越阻抗,二、运行方式与特殊参数,低压的一个分裂绕组对高压绕组运行（另一个分裂绕组开路）称为,半穿越运行,，,此时高、低压绕组之间的短路阻抗称为,半穿越阻抗,。,3,分裂运行及分裂阻抗,高压绕组开路，低压的一个分裂绕组对另一个分裂绕组运行时，称为,分裂运行,，此时两个分裂绕组之间的短路阻抗（折算到高压侧）称为,分裂阻抗,。,4,分裂系数,是分裂变压器的基本参数，既用来定性分析分裂变压器的特性，又作为设计指标。,三、等效电路,双分裂绕组变压器实质上是三绕组变压器，二者等效电路及参数公式相同。,为绕组,3,开路，绕组,1,对,2,的短路阻抗；,为绕组,2,开路，绕组,1,对,3,的短路阻抗；,为绕组,1,开路，绕组,2,对,3,的短路阻抗折算到绕组,1,的值。,由结构特点可知：,由阻抗定义可知：,故,穿越阻抗为：,故,即,等效电路参数可由,穿越阻抗,分裂系数,求得。,可用短路试验测取，,为设计值，在,14,之间。,大小反映了两个分裂绕组的磁耦合程度,:,若,则,表明两个分裂绕组磁耦合最紧密（没有漏磁通）。,如果分裂变压器的任何一个二次侧发生短路，则另一个二次侧端电压也将降为零，这就违背了采用分裂变压器的目的，因此是不可取的。,此时,若,则,（最大）,表明两个分裂绕组磁耦合最弱（漏磁通最多）。,这时分裂变压器的运行特性最为理想，,犹如两台互不影响的独立变压器在运行。,一个分裂绕组负载变化只会引起本身端电压变化，而对另一个分裂绕组端电压没有影响。,而且限制短路电流的效果也是理想的。,制造上是不能实现的，因此设计时取,但,四、主要优点,为例说明分裂变压器的优点,以,因此分裂变压器具有以下优点：,分裂阻抗,半穿越阻抗,均比一般变压器短路阻抗 大,1,可以降低短路电流,半穿越运行短路电流受 限制,分裂运行短路电流受 限制,故短路电流将大大减小。,一般变压器短路电流受 限制,，短路电流较大。,2,可以提高供电可靠性,一个分裂绕组发生短路时，另一分裂绕组仍能保持有较高的电压（又称残余电压），可继续供电，从而提高了厂用电的供电可靠性。,如绕组,3,发生短路,忽略,残余电压,通常发电厂要求残余电压不低于,65,额定电压，,因此，分裂变压器可以大大提高厂用电的可靠性。,即使分裂系数取较小值,6.4,互感器,电流互感器：实现用小量程电流表测量大电流,电压互感器：实现用小量程电压表测量高电压,分,一、电压互感器,1,工作原理,一次匝数多，接电网；二次匝数少，接电压表。,电压表阻抗很大，相当于降压变压器空载运行。,电压变比：,被测电压：,若电压表盘按,来刻度，可直接读出被测电压,电压互感器二次侧额定电压都统一设计成,100V,。,2,电压互感器的误差,电压互感器的准确度级别有四级：,0.2,、,0.5,、,1.0,、,3.0,。,3,使用电压互感器应注意的问题,（,1,）电压互感器,二次侧严禁短路,，否则将产生很大的短路电流。为防止二次侧短路，电压互感器一、二次回路中应串接熔断器。,误差是由 之间的变比误差和相角误差引起的。,（,2,）电压互感器,二次绕组连同铁心一起必须可靠接地,，以防止绕组绝缘损坏时，高电压侵入低压回路，危及人身和设备的安全。,二、电流互感器,1,工作原理,一次绕组匝数只有一匝或几匝，串联在被测电路中；,二次绕组匝数很多，接电流表。,电流表阻抗很小，互感器相当于变压器短路运行。,电流变比：,被测电流：,将电流表表盘按,来刻度，可直接读出被测电流。,电流互感器二次侧额定电流通常设计成,5A,或,1A,。,2,电流互感器的误差,电流互感器的准确度级别有五级：,0.2,、,0.5,、,1,、,3,、,10,。,3,使用电流互感器应注意的问题,误差是由 之间的变比误差和相角误差引起的。,（,2,）,二次绕组及铁心必须可靠接地,，以防止绝缘击穿后，一次侧高电压危机二次侧回路的设备及操作人员的安全。,（,1,）,二次侧绝对不允许开路,。否则为空载状态，一次侧大电流成为励磁电流，使铁心磁密剧增。一方面使铁心严重饱和，铁耗剧增引起过热。另一方面将在匝数很多的二次绕组中感应出很高电压，使绝缘击穿，危及安全。,因此，严禁在二次回路安装保险丝；运行中需要更换测量仪表时，应先把二次绕组短路后才能更换仪表。,本章结束,