chapter三相变压器PPT教学课件

1、变压器的磁通中除基波磁通外，还含有谐波磁通，其中三的倍数次谐波在三铁心柱和三相变压器组中走过的路径不同。以三相变压器组为例，由于外加三相电压对称，三相磁通也应对称，所以流过中间铁心柱的磁通总和为零。即：0ABC AiBiCiABC33cos3At 0333cos3(120 )cos3Btt 0333cos3(240 )cos3Ctt 第1页/共63页第二节第二节 绕组的标志方式绕组的标志方式目的：解决一二次绕组侧匝间相位的改变问题。目的：解决一二次绕组侧匝间相位的改变问题。在本教材中，是利用电势在本教材中，是利用电势 来比较相位来比较相位E同名端：即同极性端，在绕组中产生感应电动同名端：即同极

2、性端，在绕组中产生感应电动 势的瞬时实际方向相同，同极性端与势的瞬时实际方向相同，同极性端与 绕组绕向有关，用绕组绕向有关，用“ ”表示。表示。AEAEaEaE4312m4312m第2页/共63页1. 1. 单相变压器绕组标志（单相变压器绕组标志（I I，I I） 把高压绕组电动势相量看作为时钟的分把高压绕组电动势相量看作为时钟的分 针，指向数字针，指向数字1212，把低压绕组电动势相，把低压绕组电动势相 量看作为时针，指向的数字即为钟点数。量看作为时针，指向的数字即为钟点数。高压绕组：首端标记为A，尾端标记 为X低压绕组：首端标记为a， 尾端标记 为x 采用时钟法后，不必考虑绕组绕向，只要看

3、变压器连接组标号即可知高低压绕组电动势的相位关系。 时钟法：时钟法：第3页/共63页连接组标号连接组标号, 0I I2 2 单相变压器连接组标号单相变压器连接组标号mAXaxAEaEAEaE, 0I I第4页/共63页连接组标号连接组标号, 6I I2 2 单相变压器连接组标号单相变压器连接组标号mAXaxAEaEAEaE, 6I I第5页/共63页(3)用时钟表示法 规定 矢量始终指向12点位置。 若 也在0位置则同相位，表示为I I0 若 也在6位置则反相位，表示为I I6AEaEaE2.2.单相变压器的联结组单相变压器的联结组别别(1)当A, a为同名端 （简化 ）与 （简化 ）为同相位

4、。AXEAEaxEaE(2)当A, a为异名端 与 为反相位。AEaE第6页/共63页 从三个相绕组首端A、B、C通入电流，产生的各相磁通的方向指向同一个磁路节点，此时A、B、C三端点就是同极性端。三相绕组加三相对称电压时，其磁通总和必为零，即0ABC 对于三铁心柱三相变压器，不仅每相的原、副边绕组间存在极性端问题，而且三相绕组间存在相间极性问题。高压绕组:首端 A、B、 C，尾端 X、Y、 Z，中线 N 低压绕组:首端 a、b、c，尾端 x、y、z，中线 n 3. 3. 三相变压器绕组标三相变压器绕组标志志xaAXBYbyCZczABC第7页/共63页三相绕组的标志方法：三相绕组的标志方法：

5、xaAXBYbyCZcz1 1）三相变压器原副边绕组同名端标为首端）三相变压器原副边绕组同名端标为首端2 2）三相变压器原副边绕组异名端标为首端）三相变压器原副边绕组异名端标为首端xaAXBYbyCZcz3 3）同一铁心柱上的原副绕组标以不同相的标号，）同一铁心柱上的原副绕组标以不同相的标号，但原副边的相序必须一致但原副边的相序必须一致xaAXBYbyCZcz第8页/共63页ABCXYZ1 1、星形接法、星形接法 Y(YY(Y或或y)y)相、线电动势关系：相、线电动势关系：ABABBCBCCACAEEEEEEEEE相电动势：相电动势：AEBECE、线电动势：线电动势：ABEBCECAE、ABC

6、AEBECEXYZ一、三相绕组接法一、三相绕组接法ABEBCECAE第9页/共63页ZACYXBAAEX BBEYCECZAXAEBYBECZCEABABCBCACEEEEEEABBBCCCAAEEEEEE 2 2、三角形接法、三角形接法 (D(D或或 d)d)ZACYXBAEABE第10页/共63页二、三相变压器的联接组别二、三相变压器的联接组别ABEac, 0Y yAExyzaEabEb1 1、Y,y Y,y 连接连接ZACYXBAEABEaEzacxbyabE1）BCX YZA第11页/共63页ABExyzaEbc, 10Y yaAEabE2）ZACYXBAEABEzacxbaEyabE

7、BCXYZA第12页/共63页axczbyAEABEabEaE, 11Y d2 2、Y,d Y,d 连接连接ZACYXBAEABEaEzacxby1）ABEBCXYZA第13页/共63页AEABEaxbyczaEabE, 1Y dZACYXBAEABEaEzacxby2）ABEBCXYZA第14页/共63页4 4、结论：、结论： 1）Y y联结方式，只能得到偶数的联结组别。 2）Yd或D y联结方式，只能得到奇数的联结组别。 3）三相双绕组电力变压器的标准连接组： Yyn0, Yd11, YNd11, YNy0 和 Yy0 4 4）单相电力变压器只有）单相电力变压器只有 一种一种0II 1)平

8、行（方向相同或相反）或重合的两个矢量是指一个铁心柱上的高低压绕组所表示的矢量。 2)把A和a重合，是为了使高、低压绕组线电动势有公共的起点。3 3、画图的注意事项：、画图的注意事项：第15页/共63页 为了充分利用铁心，设计变压器时，额定运行点的磁通最大值 往往设计在铁心饱和段，由于磁路饱和， 与 的关系是非线性的，它们的波形不可能同时为正弦波。m0i单相变压器：在饱和情况下， 为尖顶波， 为正弦波。0( )i t( ) t三相变压器与联结方式有关第16页/共63页ABCXYZ一、一、 Y, y Y, y 接接 对于对于Y Y接，由于接，由于 中不包括三次谐波，中不包括三次谐波，其波形接近正弦

9、波，其波形接近正弦波， 为正弦波为正弦波 为平顶波为平顶波( ) t基 波 磁 通三 、 五 等 奇 次 谐 波 磁 通0( )i t0( )i t33cos3AmiIt0333cos3(120 )cos3BmmiItIt0333cos3(240 )cos3CmmiItIt3330ABCiii第17页/共63页1 1、三相变压器组、三相变压器组0()i 正弦波()平顶波1()正弦波3()正弦波13()eee尖顶波原边原边绕组绕组1()e正弦波原边原边绕组绕组3()e正 弦 波思考：线电动势的波形如何？思考：线电动势的波形如何？ 平顶磁通在原副边绕组中感应尖顶波形电动势，平顶磁通在原副边绕组中感

10、应尖顶波形电动势，对绕组绝缘造成很大威胁。所以，三相变压器组不对绕组绝缘造成很大威胁。所以，三相变压器组不采用采用YyYy连接。连接。结论：结论：第18页/共63页由于由于 很弱，很弱， 也很小也很小 接近正弦。接近正弦。33e13eee2 2、三铁心柱式变压器、三铁心柱式变压器所以所以1800KVA1800KVA及以下容量的变压器可采用此接法。及以下容量的变压器可采用此接法。第19页/共63页0()i 正弦波()平顶波1()正弦波3()正弦波原边绕组1()e正弦波13()e正弦波23()e正弦波二、二、 Y, d Y, d 接法接法e23在闭合的副边绕组中产生三次谐波电流I23 副边产生三次

11、谐波磁通，此磁通(副边)对原边三次谐波磁通起去磁作用，使三次谐波合成磁通减弱，从而三次谐波电动势减弱。因此相电动势 接近正弦波。e第20页/共63页励磁电流励磁电流三次谐波三次谐波主磁通主磁通三次谐波三次谐波相电动势相电动势应用应用Y, y心式心式无无弱弱(走漏磁路走漏磁路)正弦正弦1800KVA以上不用以上不用Y, y组式组式无无 强强(走主磁路走主磁路)尖顶尖顶不用不用Y N, y有有(经中线经中线)无无正弦正弦可用可用Y, y n有有(经中线经中线)无无正弦正弦可用可用Y, d (D, y)有有(中有中有)可略去可略去接近正弦接近正弦可用可用不同磁路、联结组别对相电动势波形影响不同磁路、

12、联结组别对相电动势波形影响第21页/共63页第22页/共63页ACBC CBBC Cc2c1b2b1a2a1AA第23页/共63页第24页/共63页ACBC CBBC Cc2c1b2b1a2a1AA 第25页/共63页r1r1r2r2E1E1E2E2R RI2 22 21 11 1第26页/共63页r1r1r2r2E1E1E2E2R R2 21 12 21 1第27页/共63页r1r1r2r2E1E1E2E2R R2 21 12 21 1第28页/共63页ACBC CBBC Cc2c1b2b1a2a1AA第29页/共63页ACBC CBBC Cc2c1b2b1a2a1AA第30页/共63页kZ

13、kZ第31页/共63页111UUUcI2U2U1U1U1U2U负负载载AXaxk1k2U第32页/共63页112202011UUUUUUUkk112020UUUUkk1)1)、 和和 都断开：都断开：k1k2121211222KKZZZZk ZZZZZZk注：注：11CkkUUIZZ2)2)、刀闸、刀闸 闭合，产生环流闭合，产生环流kcI2U2U1U1U1U2U负负载载AXax1k2U第33页/共63页3 3）、刀闸 闭合，副边端电压变化不大，循环电流和空载运行时差不多一样大。1k 负载时副边电流分别为 和 ，则副边总电流各为：II22CCIIIIII 因为 ，该变压器负荷加重，可输出容量减小

14、。2II结论：要求变比结论：要求变比 k k 相差小于相差小于0.5%0.5%cI2U2U1U1U1U2U负负载载AXax1k2U第34页/共63页2UA(a)A(a)B BabUabUABU22222sin150.5185.18NNckkUUUUIZZ0.1kkZZ第35页/共63页111:kkkIIIZZZ1IIII各变压器电流与总电流的关系各变压器电流与总电流的关系abkkkUI ZI ZI Z11kkkxtgIIIIR1I1U2ULZkzkzkzIIIab第36页/共63页111:kkkIIIZZZ111:kkkIIIZZZKabUIII1I1U2UkkkZZZabkkkUI ZI Z

15、I Z当总电流当总电流 一定时，只有各短路阻一定时，只有各短路阻抗角抗角 相等时有相等时有1IIIIk1I第37页/共63页:NNNkkkSSSIIISSSZZZ111:kkkIIIZZZ2111NkNkSZUZLSSSS211113(= ) 33NNNNkkkkNNNUUUUYZZZZSSI接 ：负载分配与变压器额定容量的关系负载分配与变压器额定容量的关系第38页/共63页例题例题：两台变压器并联运行，有关数据为：两台变压器并联运行，有关数据为： 1800, 11,35/10,0.08251000, 11,35/10,0.0675NkNkSkVAY dkVZSkVAY dkVZ当负载为当负载

16、为 时，时，2800LSkVA求求: :（1 1）每台变压器的电流、输出容量及负载系数。）每台变压器的电流、输出容量及负载系数。（2 2）若不使任何一台变压器过载，能担负的最）若不使任何一台变压器过载，能担负的最 大负载是多少？设备总容量利用率是多少？大负载是多少？设备总容量利用率是多少？第39页/共63页第五章第五章 变压器的过渡过程变压器的过渡过程(Transient process of transformer) 当变压器突然改变负载、空载合闸到电源、二次绕组突发短路或受到过当变压器突然改变负载、空载合闸到电源、二次绕组突发短路或受到过电压冲击等，变压器各电磁量就要发生骤烈的变化，其持续

17、过程称为过渡过电压冲击等，变压器各电磁量就要发生骤烈的变化，其持续过程称为过渡过程。程。 分析变压器的过渡过程，主要是由于此过程会出现过电压或过电流，在分析变压器的过渡过程，主要是由于此过程会出现过电压或过电流，在极短的时间内也会对变压器造成破坏。极短的时间内也会对变压器造成破坏。 概概 述述第40页/共63页第一节第一节 过电流现象过电流现象 (Over current)一、变压器空载合闸到电源一、变压器空载合闸到电源 变压器副边开路空载，原边合闸接到电源称为空载合闸变压器副边开路空载，原边合闸接到电源称为空载合闸k2N0i1u1N第41页/共63页当时间当时间t=0t=0时空载合闸，时空载

18、合闸，电源电压为：电源电压为：1102sinuUta 合闸时电压合闸时电压 的初相角的初相角 01Uk2N0i1u1N第42页/共63页10 1102sintdNi rUtadt101tNiL1111012sinttdrNNUtadtL 瞬变过程中励磁电流瞬变过程中励磁电流 与电感与电感 的关系：的关系：1L0i合闸后微分方程式为：合闸后微分方程式为：( (设稳态空载运行时不考虑铁心饱和问题设稳态空载运行时不考虑铁心饱和问题) )第43页/共63页解上式常系数非齐次微分方程得：解上式常系数非齐次微分方程得：11rtLCe 1122111()mmLUNRLt 000sin90cosmmtata

19、110cosrtLtmtaCe 第44页/共63页设合闸时（设合闸时（t=0t=0），铁心中没有剩磁），铁心中没有剩磁 , ,1100cos0rtLttmtaCe 00t0cosmCa 1100coscosrtLtmmtaa e 110cosrtLtmtaCe 第45页/共63页1.1.当电源电压初相位角当电源电压初相位角 时合闸时合闸 00900cos90sintmmtt 合闸后就进入稳定状态，不发生瞬态过程合闸后就进入稳定状态，不发生瞬态过程 t1u0第46页/共63页 自由分量是直流指数衰减量，当自由分量是直流指数衰减量，当 时，稳时，稳态分量与暂态分量相加可达最大值，接近态分量与暂态分

20、量相加可达最大值，接近 。2m0180tt0pht1ut11cosrtLtmmte 2.2.当电源电压初相位角当电源电压初相位角 时合闸时合闸000第47页/共63页t0pht1u第48页/共63页 当已知变压器空载接通电源其磁通随时间变化关系后，可根据磁化特性曲当已知变压器空载接通电源其磁通随时间变化关系后，可根据磁化特性曲线找出相应的励磁电流。线找出相应的励磁电流。 变压器正常运行时，磁路设计得已经有点饱和，若在最不利的空载接通电变压器正常运行时，磁路设计得已经有点饱和，若在最不利的空载接通电源，磁通可能超过两倍的源，磁通可能超过两倍的 ，铁心非常饱和，励磁电流，铁心非常饱和，励磁电流 很

21、大，可达额很大，可达额定电流的定电流的3-53-5倍。倍。m0mi第49页/共63页m2m0t0i0mi0i第50页/共63页 在变压器空载接通电源的过程中，随着自由分量磁通的衰减，励磁电流也在变压器空载接通电源的过程中，随着自由分量磁通的衰减，励磁电流也要衰减，衰减的时间常数为：要衰减，衰减的时间常数为：11LRt00i第51页/共63页结结 论：论： 空载合闸电流对变压器本身没有多大危害，但若空载合闸电流对变压器本身没有多大危害，但若衰减较慢时，可能引起过电流保护装置动作而跳闸。衰减较慢时，可能引起过电流保护装置动作而跳闸。为了避免这种情况，在变压器原边串一个附加电阻，为了避免这种情况，在

22、变压器原边串一个附加电阻，这样可减少冲击量，也可使冲击迅速衰减，合闸完这样可减少冲击量，也可使冲击迅速衰减，合闸完毕，再将该电阻切除。毕，再将该电阻切除。 由于三相变压器三相互差由于三相变压器三相互差1201200 0，相位总会在合，相位总会在合闸时有一相初相位接近于零，总会有一相电流较闸时有一相初相位接近于零，总会有一相电流较大。大。第52页/共63页二、突然短路二、突然短路 变压器稳态短路电流已经是额定电流的十几倍到二十几倍左右，突然短变压器稳态短路电流已经是额定电流的十几倍到二十几倍左右，突然短路电流比稳态电流还要大，同时产生的冲击电流会使机械力增大。路电流比稳态电流还要大，同时产生的冲击电流会使机械力增大。 三相变压器故障短路各种各样：一相接地、两相短路、两相接地、三相短三相变压器故障短路各种各样：一相接地、两相短路、两相接地、三相短路等。路等。 为了简单，此图仅分析单为了简单，此图仅分析单相变压器突然短路的情况。相变压器突然短路的情况。第53页/共63页 当变压器一次绕组接额定电压当变压器一次绕组接额定电压 ，二次绕组发生突然短路，原，二次绕组发生突然短路，原 “ T T ” 形等效电路形等效电路 可简化为可简化为 “一一” 形等效电路。形等效电路。1UkRkLu1i第54页/共63页 由于由于 使磁路不饱和，电感可为常数，所以可用一次电使磁路不饱和