第三章 三绕组变压器及特殊变压器

1、第一篇第一篇 变压器变压器 1 第三章 三绕组变压器及特殊变压器 3.2 自耦变压器自耦变压器 2 3.4 互感器互感器 4 3.3 分裂绕组变压器分裂绕组变压器 3 3 3.1 三绕组变压器三绕组变压器 3 1 第一篇第一篇 变压器变压器 2 3.1 3.1 三绕组变压器三绕组变压器 第一篇第一篇 变压器变压器 3 什么是三绕组变压器？什么是三绕组变压器？ 在同一铁心柱上绕上一个原绕组、两个副绕组或两个原绕在同一铁心柱上绕上一个原绕组、两个副绕组或两个原绕 组一个副绕组。具有组一个副绕组。具有U1 1/ /U2 2/ /U3 3三种电压的变压器叫三绕组变压三种电压的变压器叫三绕组变压 器。器

2、。( (同心式绕组，铁心为心式结构同心式绕组，铁心为心式结构) 第一篇第一篇 变压器变压器 4 第一篇第一篇 变压器变压器 5 用途：用途：1）变电站中利用三绕组变压器由两个系统向一个负载）变电站中利用三绕组变压器由两个系统向一个负载 供电，如图供电，如图 (a) (a)所示。所示。 2）发电厂利用三绕组变压器把发出的电压用两种电压）发电厂利用三绕组变压器把发出的电压用两种电压 输送到不同的电网。如图输送到不同的电网。如图 (b) (b)所示。所示。 第一篇第一篇 变压器变压器 6 132231 321231 Y Y 升压升压 降压降压 1 高压高压 2 中压中压 3 低压低压 对于升压变压器

3、，如果采用降压的方法对于升压变压器，如果采用降压的方法 布置，则低压和高压绕组之间的漏磁通较大，布置，则低压和高压绕组之间的漏磁通较大， 同时附加损耗也显著增加，使变压器可能发同时附加损耗也显著增加，使变压器可能发 生局部过热和降低效率。生局部过热和降低效率。 第一篇第一篇 变压器变压器 7 分类：分类： 单相三绕组变压器单相三绕组变压器 三相三绕组变压器三相三绕组变压器 二、三绕组变压器的容量和标准联结组二、三绕组变压器的容量和标准联结组 (1)额定容量：额定容量： 三绕组变压器的额定容量是指三个绕组中容三绕组变压器的额定容量是指三个绕组中容 量最大的一个绕组的容量。为了使产品标准化起见，一

4、般三量最大的一个绕组的容量。为了使产品标准化起见，一般三 个绕组的容量配合有下列三种。个绕组的容量配合有下列三种。 高压绕组高压绕组中压绕组中压绕组低压绕组低压绕组 N S N S N S N S N S N S N S N S5 . 0 N S5 . 0 注意：表中列出的注意：表中列出的 各绕组的容量配置各绕组的容量配置 关系，代表的是每关系，代表的是每 个绕组传递功率的个绕组传递功率的 能力，并不表示三能力，并不表示三 个绕组传递功率时个绕组传递功率时 的实际比例的实际比例 第一篇第一篇 变压器变压器 8 （2 2）标准联结组：）标准联结组： （GB1094-85 ） u三相三绕组电力变压

5、器的标准联结组为：三相三绕组电力变压器的标准联结组为： YN,yn0,d11 和和 YN,yn0,y0 。 u单相三绕组变压器的标准联结组为单相三绕组变压器的标准联结组为 ：I, I0, I0 。 三、变比、磁动势平衡方程式、等效电路三、变比、磁动势平衡方程式、等效电路 1变比变比11 12 22 11 13 33 2132112 23 3311312 N N N N N N UN k NU UN k NU UkNUk k NUUkk 第一篇第一篇 变压器变压器 9 2三绕组变压器的磁动势方程式三绕组变压器的磁动势方程式 负载运行时的磁动势平衡方程式 1230 FFFF 1 1223 31 0

6、 N IN IN IN I 或 由于空载励磁电流的值 很小，此时可略去不计，故0I 1 1223 3 0N IN IN I 即： 32 123 11 =- NN III NN （）或 123 1213 11 =-III kk （） 则磁动势基本平衡方程式 123 ()III 13 3 3 12 2 2 , k I I k I I 其中 第一篇第一篇 变压器变压器 10 3三绕组变压器的等效电路三绕组变压器的等效电路 定性给出三绕组变压器的简化等效电路如图所示 第一篇第一篇 变压器变压器 11 3.2 3.2 自耦变压器自耦变压器 第一篇第一篇 变压器变压器 12 自耦变压器的结构特点自耦变压器

7、的结构特点 11 22 N N UN k NU 普通变压器的特点：普通变压器的特点：原、副绕组之间只有磁的联系而没有电路上原、副绕组之间只有磁的联系而没有电路上 的联系。的联系。 自耦变压器的特点：自耦变压器的特点：原、副绕组之间不仅有磁的联系而且还有电原、副绕组之间不仅有磁的联系而且还有电 路上的直接联系。路上的直接联系。 自耦变压器可以由一台双绕组变压器演变过来。设有一台双自耦变压器可以由一台双绕组变压器演变过来。设有一台双 绕组变压器，原、副绕组匝数分别为绕组变压器，原、副绕组匝数分别为 N1 1和和N2 2 ，额定电压为 ，额定电压为U1N和和U2N ， 额定电流为额定电流为I1N和和

8、I2N , ,其变比为其变比为 第一篇第一篇 变压器变压器 13 自耦变压器的结构特点自耦变压器的结构特点 如果保持两个绕组的额定电压和额定电流不变，把原如果保持两个绕组的额定电压和额定电流不变，把原 绕组和副绕组顺极性串联起来作为新的原边。而副绕组还绕组和副绕组顺极性串联起来作为新的原边。而副绕组还 同时作为副边，它的两个端点接到负载阻抗同时作为副边，它的两个端点接到负载阻抗ZL，便演变成，便演变成 了一台降压自耦变了一台降压自耦变压器。压器。 第一篇第一篇 变压器变压器 14 （1 1）电压关系）电压关系 U U1 1E E1 14.444.44fNfN1 1m m U U2 2E E2

9、24.444.44fNfN2 2m m 111 222 z UEN KK UEN （2 2）电流关系）电流关系 021 121III NNN 负载时的磁势平衡方程式：负载时的磁势平衡方程式： 忽略空载磁通势，则忽略空载磁通势，则 0 21 21 II NN 22 12 1 N N z I II K 自耦变压器一、二次绕组中的电流大小与自耦变压器一、二次绕组中的电流大小与 匝数成反比，在相位上互差匝数成反比，在相位上互差1801800 0. . 结论结论: : 第一篇第一篇 变压器变压器 15 当自耦变压器二次侧接入负载后 12 21 1 z IN INk 即 12 1 z II k 可见，自耦

10、变压器一、二次电压、电流关系与双绕组变压器一致 流经公共绕组中的电流流经公共绕组中的电流I I的大小为的大小为 : : 21222 11 (1) ax zz IIIIII kk 当变比当变比K K接近于接近于1 1时，时，I I很小，很小， 这部分绕组可用截面积较小的导线这部分绕组可用截面积较小的导线 绕制，以节约用铜量，并减小自耦绕制，以节约用铜量，并减小自耦 变压器的体积与重量。变压器的体积与重量。 结论：结论： 第一篇第一篇 变压器变压器 16 （3 3）容量关系）容量关系 No Image No Image S S2 2= =U U2 2I I2 2= =U U2 2（I I+ +I

11、I1 1）= =U U2 2I I+ +U U2 2I I1 1 自耦变压器输出的视在功率为：自耦变压器输出的视在功率为： 由电磁感应原理从一次绕组由电磁感应原理从一次绕组 传递到二次绕组的视在功率传递到二次绕组的视在功率 通过电路的直接联系从一次通过电路的直接联系从一次 绕组直接传递到二次绕组的绕组直接传递到二次绕组的 视在功率视在功率 结论：由电源通过变压器传到负载的输出容量可分为两部分：一部分是绕组 的电磁容量，它是通过Aa段绕组和ax段绕组之间电磁感应传过去的； 另一部分为传导容量，可以看做电流通过传导直接达到负载。后一 部分容量不需要增加绕组容量，也是双绕组变压器所没有的，自耦变 压

12、器之所以有一系列优点，就在于它的副边可以直接向电源吸收传导 功率。 第一篇第一篇 变压器变压器 17 No Image I1只在一部分绕组的电阻上产生铜损只在一部分绕组的电阻上产生铜损耗，因此自耗，因此自 耦变压器的损耗比普通变压器要小，效率较高，耦变压器的损耗比普通变压器要小，效率较高， 因而较为经济。因而较为经济。 K K一般介于一般介于1.21.22 2间，此时变压器优势较间，此时变压器优势较明显。明显。 应用举例：应用举例： 电力系统中，用自耦变压器把电力系统中，用自耦变压器把110 kV、150 kV、 220 kV和和330kV的高压电力系统的高压电力系统连接成大规模连接成大规模

13、的动力系统。的动力系统。 第一篇第一篇 变压器变压器 18 自耦变压器的缺点：自耦变压器的缺点： 高压侧的电气故障会波及到低压侧，很不高压侧的电气故障会波及到低压侧，很不 安全。因此自耦变压器在使用时必须正确安全。因此自耦变压器在使用时必须正确 接线，且外壳必须接地，并规定安全照明接线，且外壳必须接地，并规定安全照明 变压器不允许采用自耦变压器结构形式。变压器不允许采用自耦变压器结构形式。 第一篇第一篇 变压器变压器 19 （4 4） 自耦变压器与双绕组变压器的比较自耦变压器与双绕组变压器的比较 1 1）在变压器额定容量）在变压器额定容量( (通过容量通过容量) )相同时，自耦变压器的绕相同时

14、，自耦变压器的绕 组容量组容量( (电磁容量电磁容量) )比双绕组变压器的小。比双绕组变压器的小。 2 2）变压器硅钢片和铜线的用量与绕组的额定感应电动势和）变压器硅钢片和铜线的用量与绕组的额定感应电动势和 通过的额定电流有关，也就是和绕组的容量有关，现在自耦通过的额定电流有关，也就是和绕组的容量有关，现在自耦 变压器的绕组容量减小了，当然所用的材料也少了，从而可变压器的绕组容量减小了，当然所用的材料也少了，从而可 以降低成本。以降低成本。 3 3）由于铜线和硅钢片用量减少，在同样的电流密度和磁通）由于铜线和硅钢片用量减少，在同样的电流密度和磁通 密度下，自耦变压器的铜耗和铁耗以及激磁电流都比

15、较小，密度下，自耦变压器的铜耗和铁耗以及激磁电流都比较小， 从而提高了效率。从而提高了效率。 第一篇第一篇 变压器变压器 20 4 4）由于铜线和硅钢片用量减少，自耦变压器的重量及外形尺）由于铜线和硅钢片用量减少，自耦变压器的重量及外形尺 寸都较双绕组变压器小，即减小了变电所的厂房面积和减少了寸都较双绕组变压器小，即减小了变电所的厂房面积和减少了 运输和安装的困难；反过来说，在运输条件有一定限制的条件运输和安装的困难；反过来说，在运输条件有一定限制的条件 下，即变压器的外形尺寸有一定限制的条件下，自耦变压器的下，即变压器的外形尺寸有一定限制的条件下，自耦变压器的 容量可以比双绕组变压器的大，即

16、提高了变压器的极限容量。容量可以比双绕组变压器的大，即提高了变压器的极限容量。 5 5）效益系数）效益系数 越小。上述优点就越显著，为此，自耦变压越小。上述优点就越显著，为此，自耦变压 器的变比越接近器的变比越接近1 1就越好，一般以不超过就越好，一般以不超过2 2为宜。此外，如果变为宜。此外，如果变 比太大，高、低压相差悬殊，由于自耦变压器原、副边有电路比太大，高、低压相差悬殊，由于自耦变压器原、副边有电路 上的连接，会给低压边的绝缘及安全用电带来一定的困难，所上的连接，会给低压边的绝缘及安全用电带来一定的困难，所 以，自耦变压器适用于原、副边电压变比不大的场合。以，自耦变压器适用于原、副边

17、电压变比不大的场合。 xy k 第一篇第一篇 变压器变压器 21 3.3 3.3 分裂绕组变压器分裂绕组变压器 第一篇第一篇 变压器变压器 22 分裂变压器是将其中一个绕组（通常是低压绕组）分分裂变压器是将其中一个绕组（通常是低压绕组）分 裂成电路上不相连而在磁路上只有松散耦合的两个绕组的裂成电路上不相连而在磁路上只有松散耦合的两个绕组的 变压器。变压器。 随着变压器容量的增加，当变压器二次侧发生短路随着变压器容量的增加，当变压器二次侧发生短路 时，短路电流数值很大，采用分裂绕组变压器，能有效时，短路电流数值很大，采用分裂绕组变压器，能有效 地限制短路电流，降低短路容量，从而可以采用轻型断地限

18、制短路电流，降低短路容量，从而可以采用轻型断 路器以节省投资。现在大型电厂（单机容量路器以节省投资。现在大型电厂（单机容量200MW200MW及以上及以上 ）的启动变压器和高压电厂用变压器一般均采用分裂绕）的启动变压器和高压电厂用变压器一般均采用分裂绕 组变压器。组变压器。 第一篇第一篇 变压器变压器 23 变压器中，低压线圈分裂成额定容量相等的两部分或者几变压器中，低压线圈分裂成额定容量相等的两部分或者几 部分。分裂线圈之间没有电的联系，而仅有较弱的磁联系。部分。分裂线圈之间没有电的联系，而仅有较弱的磁联系。 分裂绕阻的每个支路可以单独运行，也可以在额定电压相分裂绕阻的每个支路可以单独运行，

19、也可以在额定电压相 同时并联运行，低压线圈分裂后，可以大大地增加高压线同时并联运行，低压线圈分裂后，可以大大地增加高压线 圈与低压线圈各分裂部分之间，以及低压分裂线圈之间的圈与低压线圈各分裂部分之间，以及低压分裂线圈之间的 短路阻抗，从而很好地限制网络的短路电流，因此分裂变短路阻抗，从而很好地限制网络的短路电流，因此分裂变 压器在电力系统中得到广泛的应用。压器在电力系统中得到广泛的应用。 第一篇第一篇 变压器变压器 24 按其结构，分裂变压器与普通变压器的区别仅是各铁芯按其结构，分裂变压器与普通变压器的区别仅是各铁芯 柱上的低压线圈本身，分裂变压器的低压线圈没有串联或柱上的低压线圈本身，分裂变

20、压器的低压线圈没有串联或 并联，而将始端和终端各自引出，其原理如图所示并联，而将始端和终端各自引出，其原理如图所示。 该图所示为该图所示为Y 一一 一一1111接线方式，即接线方式，即 高压线圈接成星形，两高压线圈接成星形，两 个分裂的低压线圈接成个分裂的低压线圈接成 三角形，此外还有其他三角形，此外还有其他 接线方式。接线方式。 第一篇第一篇 变压器变压器 25 三、基本要求三、基本要求 分裂变压器与普通变压器，按其结构看，几乎没有什分裂变压器与普通变压器，按其结构看，几乎没有什 么区别，其区别仅仅是在各铁芯柱上的低压圈线本身没么区别，其区别仅仅是在各铁芯柱上的低压圈线本身没 有串联或并联而

21、将其始端和终端各自引出，无论采取哪种有串联或并联而将其始端和终端各自引出，无论采取哪种 结构方式，其分裂的二次绕组之间磁的耦合是比较弱的，结构方式，其分裂的二次绕组之间磁的耦合是比较弱的， 因此，对分裂变压器的基本要求是：因此，对分裂变压器的基本要求是： 1) 1)低压绕组线圈分裂的几个部分与高压线圈的绝缘结构，低压绕组线圈分裂的几个部分与高压线圈的绝缘结构， 要求有足够的电气强度；要求有足够的电气强度； 2) 2)低压线圈每一部分与高压线圈之间的阻抗值要相等；低压线圈每一部分与高压线圈之间的阻抗值要相等； 第一篇第一篇 变压器变压器 26 3) 3)使用时，低压线圈的每一部分可分别接到发电机

22、或使用时，低压线圈的每一部分可分别接到发电机或 电动机上，且可同时运行，也可单独运行，具有相同额定电动机上，且可同时运行，也可单独运行，具有相同额定 电压的分裂线圈可以并联运行；电压的分裂线圈可以并联运行； 4) 4)结构要简单，尽可能接近无分裂线圈变压器的结构。结构要简单，尽可能接近无分裂线圈变压器的结构。 当然，分裂变压器比起普通当然，分裂变压器比起普通( (无分裂无分裂) )变压器变压器( (在相同在相同 容量、电压等级、调压范围及级数，总损耗和短路电压等容量、电压等级、调压范围及级数，总损耗和短路电压等 情况下情况下) )相比，材料消耗较多相比，材料消耗较多( (包括硅钢片、线圈用铜包

23、括硅钢片、线圈用铜( (铝铝) ) 量等量等) )，从而使变压器的成本有所增加。，从而使变压器的成本有所增加。 第一篇第一篇 变压器变压器 27 分裂变压器的运行方式 (1)分裂运行。两个低压分裂绕组运行，低压绕组间有 穿越功率，高压绕组开路，高、低压绕组间无穿越功率 。 (2)穿越运行。当两个低压分裂绕组并联运行，变压器 高压绕组和分裂绕组之间有功率 传递，称为穿越运行。 (3)单独运行。当任一低压绕组开路，另一低压绕组和 高压绕组运行，在此运行方式下，高、低压绕组问的阻 抗称为半穿越阻抗。此阻抗值较大，在工程上用来限制 短路电流。 第一篇第一篇 变压器变压器 28 3.4 3.4 互感器互

24、感器 （一）结构特点及用途（一）结构特点及用途 作用：作用： 为了测量人员的安全，使测量回路与高压电网为了测量人员的安全，使测量回路与高压电网 相互隔离；相互隔离； 扩大测量仪表（电流表及电压表）的测量范围。扩大测量仪表（电流表及电压表）的测量范围。 电压互感器电压互感器 电流互感器电流互感器 分类：分类： 第一篇第一篇 变压器变压器 29 1 1电流互感器电流互感器 在电工测量中用来按比例变换交流电流的仪器在电工测量中用来按比例变换交流电流的仪器 串在电路中，串在电路中， 流过被测电流流过被测电流 匝数少，导线匝数少，导线 粗。粗。 1 1电流互感器电流互感器 在电工测量中用来按比例变换交流

25、电流的仪器在电工测量中用来按比例变换交流电流的仪器 串在电路中，串在电路中， 流过被测电流流过被测电流 匝数少，导线匝数少，导线 粗。粗。 2I1 I 1 2 2 1 IKI K N N I I 第一篇第一篇 变压器变压器 30 1 1电流互感器电流互感器 量程及读数：量程及读数： 二次电流表量程一般为二次电流表量程一般为5A5A。实际中已换算成。实际中已换算成 一次电流，其标度尺即按一次电流分度，这一次电流，其标度尺即按一次电流分度，这 样可以直接读数，不必再进行换算。样可以直接读数，不必再进行换算。 第一篇第一篇 变压器变压器 31 电流互感器使用注意事项：电流互感器使用注意事项： 二次绕

26、组绝对二次绕组绝对 不允许开路不允许开路 电流互感器的铁电流互感器的铁 心及二次绕组一心及二次绕组一 端必须可靠接地端必须可靠接地 第一篇第一篇 变压器变压器 32 NoImage 钳形电流表钳形电流表 利用电流互感器原理利用电流互感器原理 如被测电流过小，可将被测导线在钳口内多绕如被测电流过小，可将被测导线在钳口内多绕 几圈，然后将读数除以所绕匝数几圈，然后将读数除以所绕匝数 第一篇第一篇 变压器变压器 33 用电流互感器进行电流测量时存在一定的用电流互感器进行电流测量时存在一定的 误差，根据误差的大小，电流互感器分下误差，根据误差的大小，电流互感器分下 列各级：列各级：0.20.2、0.50.5、1.01.0、3.03.0、10.010.0。 如如0.50.5级的电流互感器表示在额定电流时，级的电流互感器表示在额定电流时， 测量误差最大不超过测量误差最大不超过0.50.5 精度：精度： 1 1电流互感器电流互感器 第一篇第一篇 变压器变压器 34 No Image 2 2电压互感器电压互感器 在电工测量中用来按比例变换交流电压的