chapter3 三相变压器ppt课件

1、主要内容：主要内容：2. 掌握三相变压器联接组的判别方法3. 掌握三相变压器空载运转时主磁通、空载电流以及电动势的波形1. 了解三相变压器磁路系统的特点4. 掌握变压器并联运转的条件及缘由5. 自学三相移相变压器原理及方法1.三相变压器组：由三个单相变压器的铁心组成。特点：三相磁路彼此无关 2. 2.三铁心柱变压器三铁心柱变压器特点：磁路相互关联，一相磁路以另外两相磁路作为闭合磁路。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途径不同。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 A

2、iBiCiABC33cos3At 0333cos3(120 )cos3Btt 0333cos3(240 )cos3Ctt 目的：处理一二次绕组侧匝间相位的改动问题。目的：处理一二次绕组侧匝间相位的改动问题。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：即同极性端，在绕组中产生感应电动 势的瞬时实践方向一样，同极性端与势的瞬时实践方向一样，同极性端与 绕组绕向有关，用绕组绕向有关，用“ 表示。表示。AEAEaEaE4312m4312m1. 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

3、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12，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：首端标志为A，尾端标志 为X低压绕组：首端标志为a， 尾端标志 为x 采用时钟法后，不用思索绕组绕向，只需看变压器衔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：衔接组标号衔接组标号, 0I I2 2 单相变压器衔接组标号单相变压器衔接组标号mAXaxAEaEAEaE, 0I I衔接组标号衔接组标号, 6I I2 2 单相变压器衔接组标号单相变压器衔接组标号mAXaxAEaEAEaE, 6I

4、 I(3)用时钟表示法 规定 矢量一直指向12点位置。 假设 也在0位置那么同相位，表示为I I0 假设 也在6位置那么反相位，表示为I I6AEaEaE2.2.单相变压器的结合组别单相变压器的结合组别(1)当A, a为同名端 简化 与 简化 为同相位。AXEAEaxEaE(2)当A, a为异名端 与 为反相位。AEaE 从三个相绕组首端从三个相绕组首端A、B、C通入电流，产生的各相磁通的方通入电流，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。三相三端点就是同极性端。三相绕组加三相对称电压时，其磁通绕组加三相对称电压时，其磁通总和必为零，

5、即总和必为零，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. 三相变压器绕组标志三相变压器绕组标志xaAXBYbyCZczABC三相绕组的标志方法：三相绕组的标志方法：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

6、一铁心柱上的原副绕组标以不同相的标号，但原副边的相序必需一致但原副边的相序必需一致xaAXBYbyCZczABCXYZ1 1、星形接法、星形接法 Y(Y Y(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、ABCAEBECEXYZ一、三相绕组接法一、三相绕组接法ABEBCECAEZACYXBAAEX BBEYCECZAXAEBYBECZCEABABCBCACEEEEEEABBBCCCAAEEEEEE 2 2、三角形接法、三角形接法 (D(D或或 d)d)ZACYXBAEABEA

7、BEac, 0Y yAExyzaEabEb1 1、Y,y Y,y 衔接衔接ZACYXBAEABEaEzacxbyabE1BCX YZAABExyzaEbc, 10Y yaAEabE2ZACYXBAEABEzacxbaEyabEBCXYZAaxczbyAEABEabEaE, 11Y d2 2、Y,d Y,d 衔接衔接ZACYXBAEABEaEzacxby1ABEBCXYZAAEABEaxbyczaEabE, 1Y dZACYXBAEABEaEzacxby2ABEBCXYZA4 4、结论：、结论： 1 1Y yY y结合方式，只能得到偶数的结合组结合方式，只能得到偶数的结合组别。别。 2 2YdY

8、d或或D yD y结合方式，只能得到奇数的结合组别。结合方式，只能得到奇数的结合组别。 3 3三相双绕组电力变压器的规范衔接组：三相双绕组电力变压器的规范衔接组： Yyn0, Yd11, YNd11, YNy0 Yyn0, Yd11, YNd11, YNy0 和和 Yy0 Yy0 4 4单相电力变压器只需单相电力变压器只需 一种一种0II 1) 1)平行方向一样或相反或重合的两个矢量是平行方向一样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。指一个铁心柱上的高低压绕组所表示的矢量。 2) 2)把把A A和和a a重合，是为了使高、低压绕组线电动势重合，是为了使高、低压绕组线电

9、动势有公共的起点。有公共的起点。3 3、画图的本卷须知：、画图的本卷须知： 为了充分利用铁心，设计变压器时，额定运转点的磁通最大值 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，它们的波形不能够同时为正弦波。m0i单相变压器：在饱和情况下， 为尖顶波， 为正弦波。0( )i t( ) t三相变压器与结合方式有关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

10、 t33cos3AmiIt0333cos3(120 )cos3BmmiItIt0333cos3(240 )cos3CmmiItIt3330ABCiii1 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 波思索：线电动势的波形如何？思索：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应尖顶波形电动势，对绕组绝缘呵斥很大要挟。所以，三相变压器组不对绕组绝缘呵斥很大要挟。所以，三相变压器组不采用采用YyYy衔接。衔接。结论：结论：由于由于 很弱，

11、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。0()i 正弦波()平顶波1()正弦波3()正弦波原边原边绕组绕组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

12、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、结合组别对相电动势波形影响不同磁路、结合组别对相电动势波形影响ACBC CBBC Cc2c1b2b1a2a1AAACBC CBBC Cc2c1b2b1a2a1AAr1r1r2r2E1E1E2E2R RI222 2111 1r1r1r2r2E1E

13、1E2E2R R2 211221 1r1r1r2r2E1E1E2E2R R2 211221 1ACBC CBBC Cc2c1b2b1a2a1AAACBC CBBC Cc2c1b2b1a2a1AAkZkZ111UUUcI2U2U1U1U1U2U负负载载AXaxk1k2U112202011UUUUUUUkk112020UUUUkk1)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AXax1k2U3 3、刀闸、刀闸 闭合，副边端电压变化不大，循环

14、电闭合，副边端电压变化不大，循环电流和空载运转时差不多一样大。流和空载运转时差不多一样大。1k 负载时副边电流分别为负载时副边电流分别为 和和 ，那么副边，那么副边总电流各为：总电流各为：II22CCIIIIII 由于由于 ，该，该变压器负荷加重，可变压器负荷加重，可输出容量减小。输出容量减小。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AXax1k2U2UA(a)A(a)B BabUabUABU22222sin150.5185.18NNckkUUUUIZZ0.1kkZZ111:kkkIIIZZZ1IIII各变压器电流与总电流

15、的关系各变压器电流与总电流的关系abkkkUI ZI ZI Z11kkkxtgIIIIR1I1U2ULZkzkzkzIIIab111:kkkIIIZZZ111:kkkIIIZZZKabUIII1I1U2UkkkZZZabkkkUI ZI ZI Z当总电流当总电流 一定时，只需各短路阻一定时，只需各短路阻抗角抗角 相等时有相等时有1IIIIk1I: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例题：两台变压器并

16、联运转，有关数据为：例题：两台变压器并联运转，有关数据为： 1800, 11,35/10,0.08251000, 11,35/10,0.0675NkNkSkVAY dkVZSkVAY dkVZ当负载为当负载为 时，时，2800LSkVA求求: :1 1每台变压器的电流、输出容量及负载系每台变压器的电流、输出容量及负载系数。数。2 2假设不使任何一台变压器过载，能担负假设不使任何一台变压器过载，能担负的最的最 大负载是多少？设备总容量利用率是多大负载是多少？设备总容量利用率是多少？少？ 当变压器忽然改动负载、空载合闸到电源、二次绕组当变压器忽然改动负载、空载合闸到电源、二次绕组突发短路或遭到过电

17、压冲击等，变压器各电磁量就要发生突发短路或遭到过电压冲击等，变压器各电磁量就要发生骤烈的变化，其继续过程称为过渡过程。骤烈的变化，其继续过程称为过渡过程。 分析变压器的过渡过程，主要是由于此过程会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出现过电压或过电流，在极短的时间内也会对变压器呵斥破坏。器呵斥破坏。 概概 述述一、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变压器副边开路空载，原边合闸接到电源称为空载合闸闸k2N0i1u1N当时间当时间t=0t=0时空载合闸，时空载合闸，电源电压为：电源电压为：11

18、02sinuUta 合闸时电压合闸时电压 的初相角的初相角 01Uk2N0i1u1N10 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：( (设稳态空载运转时不思索铁心饱和问题设稳态空载运转时不思索铁心饱和问题) )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 110cosrtLtmtaCe 设合闸时设合闸时t=0t=0，铁心中没

19、有剩磁，铁心中没有剩磁 , ,1100cos0rtLttmtaCe 00t0cosmCa 1100coscosrtLtmmtaa e 110cosrtLtmtaCe 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 合闸后就进入稳定形状，不发生瞬态过程合闸后就进入稳定形状，不发生瞬态过程 t1u0 自在分量是直流指数衰减量，当自在分量是直流指数衰减量，当 时，稳态分量与时，稳态分量与暂态分量相加可达最大值，接近暂态分量相加可达最大值，接近 。2m0180tt0pht1ut11cosrtLtmmte 2.2.当电源电压初相位角当电源电压初相位角 时

20、合闸时合闸000t0pht1u 当知变压器空载接通电源其磁通随时间变化关系后，可当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。根据磁化特性曲线找出相应的励磁电流。 变压器正常运转时，磁路设计得曾经有点饱和，假设变压器正常运转时，磁路设计得曾经有点饱和，假设在最不利的空载接通电源，磁通能够超越两倍的在最不利的空载接通电源，磁通能够超越两倍的 ，铁，铁心非常饱和，励磁电流心非常饱和，励磁电流 很大，可达额定电流的很大，可达额定电流的3-53-5倍。倍。m0mim2m0t0i0mi0i 在变压器空载接通电源的过程中，随着自在分量磁通在变压器空载接通电源的过程中，

21、随着自在分量磁通的衰减，励磁电流也要衰减，衰减的时间常数为：的衰减，励磁电流也要衰减，衰减的时间常数为：11LRt00i结结 论：论： 空载合闸电流对变压器本身没有多大危害，但假设衰减空载合闸电流对变压器本身没有多大危害，但假设衰减较慢时，能够引起过电流维护安装动作而跳闸。为了防止这较慢时，能够引起过电流维护安装动作而跳闸。为了防止这种情况，在变压器原边串一个附加电阻，这样可减少冲击量，种情况，在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，合闸终了，再将该电阻切除。也可使冲击迅速衰减，合闸终了，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12001200，

22、相位总会在合闸时有，相位总会在合闸时有一相初相位接近于零，总会有一相电流较大。一相初相位接近于零，总会有一相电流较大。 变压器稳态短路电流曾经是额定电流的十几倍到二十变压器稳态短路电流曾经是额定电流的十几倍到二十几倍左右，忽然短路电流比稳态电流还要大，同时产生的几倍左右，忽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。冲击电流会使机械力增大。 三相变压器缺点短路各种各样：一相接地、两相短路、三相变压器缺点短路各种各样：一相接地、两相短路、两相接地、三相短路等。两相接地、三相短路等。 为了简单，此图仅为了简单，此图仅分析单相变压器忽然短分析单相变压器忽然短路的情况。路的情况。 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 ，二次绕组发生忽然，二次绕组发生忽然短路，原短路，原 “ T “ T 形等效电路形等效电路 可简化为可简化为 “ “一一 形等效形等效电路。电路。1UkRkLu1i 由于由于 使磁路不饱和，电感可为常数，使磁路不饱和，电感可为常数，所以可用一次电流表示微分方程：所以可用一次电流表示微分方程：/11221I ZI ZU1110sin()kkmdiLi RUtdt 虽然忽然短路