三相绕组变压器及其他变压器三绕组变压器三绕组变压器

第五章三相绕组变压器及其他变压器 一、三绕组变压器 三绕组变压器有高、中、低三个绕组，大多用于二次需要两种不同电压的电力系统。 三绕组变压器第三绕组常常接成三角形联结，供电给附近较低电压的配电线路，有 时仅接同步补偿机和电容器（补偿功率因数），也有第三绕组并不引出，专供三次谐波 激磁电流形成通路，以改善电势波形和减少不对称运行时负载中点位移。 1 1 绕组的布置和额定容量 三绕组变压器的铁芯一般为芯式结构，每一个铁芯柱上面套有 3 3 个绕组，即高压绕 组 1 1,中压绕组 2 2 和低压绕组 3 3。其中一个为原绕组，另外两个为副绕组。为了绝缘方 便，三绕组变压器总是将高压绕组放在最外层。 对于升压变压器，将低压绕组放在中层， 中压绕组放在内层，这样可使漏磁场分布均匀，已获得良好的运行性能。对于降压变压 器，低压绕组放在内层绝缘较方便。 三绕组变压器每个心柱上套有三个绕组，三个绕组的容量可相等，也可不相等，将 额定容量作为 100100%，则三个绕组的容量配合如表所示： 变压器类别 绕组 备注 咼压 中压 低压 三绕组变压器 100100 100100 5050 以变压器额定容量为百分数 100100 5050 100100 100100 100100 100100 三绕组自耦变压器 100100 100100 100100 表中 3 3 个绕组的容量关系代表每个绕组传递功率的能力， 并不是 3 3 个绕组按比例传 递功率。 三相三绕组表变压器标准联结组有 YN ，yno，dn 和 YN,yno,y。，单相变压器的标 准联接组为1,10,101,10,10 。 2 2、电压基本方程式和等值电路 设一、二、三绕组匝数分别为 K12 = -N U- （一、二绕组电压变比） N 2 U 20 N, U 4 心3二一（一、三绕组电压变比） N 3 U 30 心23二也二 S （二、三绕组电压变比） N 3 U 30 图 2 2T2T2 三豊附变圧蛰的磁通示意图 分（1 1）主磁通：门与三个绕组同时铰链 （2 2）漏磁通：只铰链一个或两个绕组的磁通，前者称自漏，后者为互漏 人11匚 22匚，33；为自漏磁通订122331 ；为互漏磁通。 门由三个绕组的合成磁动势建立。经铁心磁路闭合，激磁阻抗随铁心饱和程度而变 化。 自漏磁通由一个绕组的磁动势所产生，互漏磁通由两个绕组的磁动势产生，它们主 要通过空气和油闭合，相应的漏抗为常数。 设一相三绕组的自感为： L1 L2 L3 ；互感为： M12 M23 M31 （互感对称） 电压方程: U 1 = R1I1 *j 灼L1I1 +j M2 *jM13l3 U2 = R2I2 + jL2l2 + j灼“2 + jBM23l3 U 3 = R313 * j 常 L313 + j M 3111 * j 特 M 321 折算得到初级，并考虑电流（磁势）方程 N N1I I1 N N2I I2 N N3I I3 或: l l1 I2 I3 =l0 12和 13为电流归算值，电压方程式为: jljl3X X13E E （1 1） - -j4Xj4X23 二 U U2 （2 2） - -jljl2X X32 匚 U U3 （3 3） E E3 二 I I3（R R3 jXjX33;）jljl1X X31 5 汀侃 jgjg） jljl2X X12 二 E E2 “2（R R2 jXjX22;） jljl1X X2 二 NJNJ 式中 R1,R2,R3 各绕组的电阻 XII；_.X22；_,X33；_ 各绕组的自漏抗 EI,E2,E3-主磁通在各自绕组内感应的电动势 归算到一次侧后 Ei =E2 =E3 =-l mZm 若忽略激磁电流，则 l1 I 2 I 0 将( 1 1)- -( 2 2)并以 13 = _(l1 l2)代入得 Ui -(-U 2 ) = 1 1 R1 jl I(xii；- xi2；_ - xi3；：j “ 1 2R2 * j 1 2 (X22；- Xi2；_ - X23-好“) = ll(Rl jXi)2(R2 jX2) 再将(i i)- -( 3 3)并以 12 一(li丨3)代入得 Ui -(-U3)=li(Ri jxJ-GR jx3) 上两式中，各绕组等效组合阻抗(自感与互组组合)分别为 Xi、X2、X3 : _ M i3 M 23 - M 23 M i3 1 M 23 M i2 将上两式进一步写成： Ui -(-U2) =(R jxi)li R jx?). =Zi li - Z2I2 Ui -(-U3H(RI jxji -R jx3)3 = Zili -Zsi； 乙=Ri jxi _一次绕阻等效漏阻抗 Z2二R2 7X2二次绕组等效漏阻抗 Z3 = R3 jX3 - 三次绕组等效漏阻抗 由：li丨2丨3 =0 Ui -(-U2) i(Ri jxj - JR jX2) Ui -(-U3) i(Ri jXi)-l3(R3 jX3) X12X23X31匚- 各绕组的互漏抗 I - M i2 I -M i2 XII；_.X22；_,X33；_ 各绕组的自漏抗 可画出三绕组变压器简化等效电路如图 z; 0 T. U o- Zi z: u il 二 k232Zk23 2 2 k 23 Rk23 k 23 x k23 用彌人2做短郵试验 b）用烧阳1、書作短辭试验 国2-44二绕阻变圧器的短站试验 - e M川饶出、：】耐训试騎 图2-盟 三绕蛆变乐器的简化辱效电路 Z K1 - Zi Z2 -（ R1 R2）j （ x 1 X2）= Rk12 jx k12 2 2、参数测定 等效漏阻抗乙,Z2和 Z3可用短路实验测定，由于三绕组变压器中每两个绕组相当于 一个两相变压器，因此需做三次短路实验。分别测出每两个绕组间的短路阻抗。 ZK13 =Zi Z3（ & R3）j （X 1 X3） = Rk12 jX k13 ZK23 二 Z2 Z3（ R2 R3） j（ X2 X3）Rk23 jXk23 联立求得 乙 (Z K12 +ZK13 -ZK23) 2 Z2 (Z K23 Z K12 - ZK13) 2 ” 1 ” Z3 (Z K13 ZK23 -ZK12) 2 1 1 ” R1 二 2(2(RK12 RK13 - RK 23) ) 1 1 R R - - 2 2 (RK12 RK23 RK13) 1 1 R3 = (RK13 RK23 - RK12) ) X X1 =2(XK12 X XK13 - -X XK23) ) ” 1 1 ” X2 = (XK12 XK23 -XK13) ” 1 1 ” X X3 =?(XK13 XK23 XK12) 如用标幺值来计算，可不必进行归算，但若三个绕组容量不等，通常用容量最大的 作为基值。 在三绕组变压器中，排列在中间位置的绕组，其组合的等效电抗最小，相应的阻抗 压降和端电压变化率也最小。 负电抗时电容性质的，但这不是指变压器绕组真具有电容性。另等效电抗是各种不 同电抗的组合，并不表示漏抗。 二、自耦变压器 普通的变压器的一、 二次线圈只有磁的联系而没有电的联系， 自耦变压器的特点在 于一、二次线圈之间不仅有磁的联系而且有电的直接联系，如果把一台普通的变压器的 一次绕组和二次绕组串联起来。使成为一台自耦变压器，这时普通变压器的一个绕组变 成为自耦变压器的一二次侧的共同部分。 所以自耦变压器是一个从双绕组变压器演变过来的 设有一双绕组的变压器如图所示： 直）搂綫图 b）疑阻布置 1 1、电压关系和电流关系2 a a 点的电流关系为： 将（2 2）式代入（1 1）式中得: | |1 I I 2 =1 （2 2） I i N 11 N2 I i N2 I 2 NQ I1 即：. I1 Ni 丨2 N2 =0 或 3 3） N2 I2 I 2 = - = - I 2 N1 kA 式中, I 2 1 二一 I 2 =（1 -） kA kA 一次侧每匝感应电势：巳.违十 二次侧每匝感应电势巳/总*4 m .E-E且 ax 与 ax 的匝数相等 EaX 二 Eax将 a a 与 a a 相连，省去二次绕组，这样成为一台自耦变压器。实质上自耦 变压器就是利用一个绕组抽头办法来实现改变电压的一种变压器。 当忽略自耦变压器的漏磁通和绕组电阻时，原边的感应电动势 E E1与外加电压 uSuS 平 衡，畐他的感应电动势等于副边的端电压 U U2，他们的关系是: 仏，.旦二丛二 kA U 2N E2 N2 式中，kAkA 为自耦变压器的变比；N1N1、N2N2 分别为高、低压侧绕组的匝数。 负载时磁动势平衡关系为： |1（2 -N2） I N2 =1 Q N1 忽略励磁电流 I I 0，则有: |1（叫 - N2） I N2 =Q （1 1） 次侧：U1N1N，N1，二次侧:UI“N 2N 2N 2 上式说明公共部分的电流和副边电流2相位相同。I I 1、I I 2和 I I 的大小关系为: 丨2 =丨1 I 2 2、容量关系 下面分析，把普通两绕组变压器改接成自耦变压器时，电压比和额定容量将有何变 化。 额定运行时的容量用SN表示: 双绕组变压器的容量就是它的绕组容量，等于绕组上的电压和电流的乘积。绕组容 量又称电磁容量，它通过电磁感应从原边传递给副边。它的大小决定了变压器的主要尺 寸和材料消耗，是变压器设计的依据。 自耦变压器的容量不等于它的绕组容量。 绕组 AaAa 段的容量为： 2 - N2 / 1 、 SAa = U Aa I1 N = U 1N -（1 - ） SN I1 N1 KA 绕组 axax 段的容量为： Sax 二 5x1 =U2N（1 -1）I 2N 1 _（1- ）SN KA KA 上两式说明，绕组 AaAa 和绕组 axax 的容量相等，但都比自耦变压器的额定容量小。这 多出的部分为： 成为自耦变压器的传导容量，它由原方直接传给负载，不需要增加绕组容量。因此, 若自耦变压器与双绕组变压器额定容量相同， 则自耦变压器的绕组容量比双绕组变压器 的绕组容量小。 由于： S1 扣 KK：1 4 - -S SaN - SN （计算容量 SNSN 小于额定容量 SAnSAn KX越接近于 1 1,传导功率所占的比例越大，经济效果越显著。 自耦变压器常用于高、低压比较接近的场合，在工厂和实验室中自耦变压器常用来 做调压器。 3 3、主要优缺点 当额定容量相同时，自耦变压器与双绕组变压器相比，其单位容量消耗的材料少、SN 1N I 1N 2N 2N SN -SA9 = 1 KA SN =U 2NI2N 变压器的体积小、造价低，而且铜耗和铁耗也小，因而效率高。当 KAKA 越接近 1 1 时，自 耦变压器的绕组容量越小，其优点越突出。 同样，由于原、畐 9 9 绕组之间有直接的电的联系，当高压边遭受过电压时，会引起低 压边严重过电压。因此，需要在原、副边装设避雷器。 三、电压互感器和电流互感器 电压互感器和电流互感器又称仪用互感器，是电力系统中使用的测量设备，其工作 原理与变压器基本相同。 使用变压器的目的是：与小量程的标准化电压表和电流表配合测量高电压、大电 流；使测量回路和被测回路隔离，以保障工作人员和测量设备的安全；为各类继电 保护和控制系统提供控制信号。 1 1、电压互感器 电压互感器的接线如下图。高压绕组接到被测量的电压线路上，低压绕组接测量表。 若测量仪表不止一个，则各仪表的电压线圈应并联。电压互感器副边的额定电压都统一 设计成 100V100V。 1S1S 图2-47屯压互感機的接絃图 电压互感器的工作原理和普通降压变压器相同。当忽略漏阻抗时: 当测量出 U2U2 后，被测电压 U=kU=kuU U2。由于电压互感器副边所接的测量仪表，例如电 压表、功率表的电压线圈等，其阻抗很大，故 电压互感器运行时相当于一台降压互感器 的空载运行。 电压互感器的两种误差：变比误差和相位误差，因存在励磁互感器和漏阻抗。变比 误差的定义为： 相位误差是 U U 1和- -U U 2之间的相位差。 所以存在测量误差，电压互感器按准确度高低分为 0.20.2、0.50.5、1.01.0 和 3.03.0 四个等级。 数字越小准确度越高 在使用电压互感器时应注意：（1 1）、二次侧不允许短路，否则会产生很大的短路电 流，烧毁互感器的绕组；（2 2）、为安全起见，二次绕组连同铁心一起，必须可靠接地；（3 3） 副边Ui E1=N1 E2 N2 32-5 Ui 100% 接入的阻抗不得小于规定值，以减小误差。 2 2、电流互感器 电流互感器接线如图。原绕组串入被测的线路中，副绕组接电流表或功率表的电流 线圈等。电流互感器副边的额定电流一般统一设计成 5A5A 或 1A1A。 ii W 12-48 若将励磁电流忽略，根据磁动势平衡关系有： I I： N N,2 N2 = =o o 或 N2 I I 1 一 I I 2 =七 I I 2 N1 式中 k 一为电流互感器的变流比。 Ni 当测出 I2 I2 后,被测电流 I1=kiI2I1=kiI2。由于电流互感器副边所接的仪表阻抗很小， 故电 流互感器运行时相当于一台升压变压器的短路运行 。 实际上，由于励磁电流和漏阻抗的影响，电流互感器也存在电流误差： = 100% Ii 和 I：与-ki I；之间的相位差。 电流互感器按误差大小分为 0.20.2、0.50.5、1.01.0、3.03.0、10.010.0 五个等级供选用。 电流互感器在使用时应注意： 在运行过程中绝对不允许副边开路。 这是因为电流 互感器的原边电流是由被测试的电路决定的，在正常运行时，电流互感器的副边相当于 短路，畐他的电流有强烈的去磁作用，即副边的磁动势近似与原边的磁动势大小相等、 方向相反，因而产生铁芯中的磁通所需的合成磁动势和相应的励磁电流很小。 若副边开 路， 则原边电流全部成为励磁电流，使铁芯中的磁通增大，铁芯过分饱和，铁耗急剧增 大，引起互感器发热。同时因副绕组匝数很多，将会感应出危险的高电压，危机操作人 员和测量设备的安全。副边应可靠接地。副边回路阻抗应不超过规定值，以免增大 误差。