第三章 三绕组变压器及特殊变压器

第一篇变压器1第三章三绕组变压器及特殊变压器3.2自耦变压器23.4互感器43.3分裂绕组变压器333.1三绕组变压器31第一篇变压器23.1三绕组变压器第一篇变压器3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组一个副绕组。具有U1/U2/U3三种电压的变压器叫三绕组变压器。(同心式绕组，铁心为心式结构)第一篇变压器4三绕组变压器的每相有3个绕组，当1个绕组接到交流电源后，另外2个绕组就感应出不同的电势，这种变压器用于需要2种不同电压等级的负载。发电厂和变电所通常出现3种不同等级的电压，所以三绕组变压器在电力系统中应用比较广泛。第一篇变压器51U2U3UkV110kV220kV3301U2U3U～kV5.10kV121kV242(a)(b)三绕组变压器的用途用途：1）变电站中利用三绕组变压器由两个系统向一个负载供电，如图(a)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输送到不同的电网。如图(b)所示。第一篇变压器6一、结构特点132231321231YY升压降压1高压2中压3低压每相的高中低压绕组均套于同一铁心柱上沿铁芯向外的排列布置，一是便于绝缘，二是利于功率传递，为了绝缘使用合理，通常把高压绕组放在最外层，中压和低压绕组放在内层。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，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。第一篇变压器7分类：单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(1)额定容量：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，一般三个绕组的容量配合有下列三种。高压绕组中压绕组低压绕组NSNSNSNSNSNSNSNS5.0NS5.0注意：表中列出的各绕组的容量配置关系，代表的是每个绕组传递功率的能力，并不表示三个绕组传递功率时的实际比例第一篇变压器8（2）标准联结组：（GB1094-85）三相三绕组电力变压器的标准联结组为：YN,yn0,d11和YN,yn0,y0。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1．变比1112221113332132112233311312NNNNNNUNkNUUNkNUUkNUkkNUUkk第一篇变压器92．三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1230FFFF11223310NINININI或由于空载励磁电流的值很小，此时可略去不计，故0I1122330NININI即：3212311=-NNIIINN（）或123121311=-IIIkk（）则磁动势基本平衡方程式123()III13331222,kIIkII其中第一篇变压器103．三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变压器113.2自耦变压器第一篇变压器12自耦变压器的结构特点1122NNUNkNU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的联系。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。设有一台双绕组变压器，原、副绕组匝数分别为N1和N2，额定电压为U1N和U2N，额定电流为I1N和I2N,其变比为第一篇变压器13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ZL，便演变成了一台降压自耦变压器。第一篇变压器14（1）电压关系U1≈E1＝4.44fN1ФmU2＝E2＝4.44fN2Фm111222zUENKKUEN（2）电流关系021121IIINNN负载时的磁势平衡方程式：忽略空载磁通势，则02121IINN22121NNzIIIK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1800.结论:第一篇变压器15当自耦变压器二次侧接入负载后12211zININk即121zIIk可见，自耦变压器一、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I的大小为:2122211(1)axzzIIIIIIkk当变比K接近于1时，I很小，这部分绕组可用截面积较小的导线绕制，以节约用铜量，并减小自耦变压器的体积与重量。结论：第一篇变压器16（3）容量关系S2=U2I2=U2（I+I1）=U2I+U2I1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传递到二次绕组的视在功率通过电路的直接联系从一次绕组直接传递到二次绕组的视在功率结论：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。第一篇变压器17I1只在一部分绕组的电阻上产生铜损耗，因此自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。K一般介于1.2～2间，此时变压器优势较明显。应用举例：电力系统中，用自耦变压器把110kV、150kV、220kV和330kV的高压电力系统连接成大规模的动力系统。第一篇变压器18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，并规定安全照明变压器不允许采用自耦变压器结构形式。第一篇变压器19（4）自耦变压器与双绕组变压器的比较1）在变压器额定容量(通过容量)相同时，自耦变压器的绕组容量(电磁容量)比双绕组变压器的小。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，从而可以降低成本。3）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较小，从而提高了效率。第一篇变压器204）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）效益系数越小。上述优点就越显著，为此，自耦变压器的变比越接近1就越好，一般以不超过2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。xyk第一篇变压器213.3分裂绕组变压器第一篇变压器22一、分裂绕组变压器的用途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变压器。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，能有效地限制短路电流，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200MW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组变压器。第一篇变压器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。二、特点第一篇变压器24按其结构，分裂变压器与普通变压器的区别仅是各铁芯柱上的低压线圈本身，分裂变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。该图所示为Y／△一△一11—11接线方式，即高压线圈接成星形，两个分裂的低压线圈接成三角形，此外还有其他接线方式。第一篇变压器25三、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，因此，对分裂变压器的基本要求是：1)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；2)低压线圈每一部分与高压线圈之间的阻抗值要相等；第一篇变压器263)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，具有相同额定电压的分裂线圈可以并联运行；4)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(无分裂)变压器(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情况下)相比，材料消耗较多(包括硅钢片、线圈用铜(铝)量等)，从而使变压器的成本有所增加。第一篇变压器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。第一篇变压器283.4互感器（一）结构特点及用途作用：①为了测量人员的安全，使测量回路与高压电网相互隔离；②扩大测量仪表（电流表及电压表）的测量范围。电压互感器电流互感器分类：第一篇变压器291．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串在电路中，流过被测电流匝数少，导线粗。1．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串在电路中，流过被测电流匝数少，导线粗。2I1I1221IKIKNNII第一篇变压器301．电流互感器量程及读数：二次电流表量程一般为5A。实际中已换算成一次电流，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。第一篇变压器31电流互感器使用注意事项：二次绕组绝对不允许开路电流互感器的铁心及二次绕组一端必须可靠接地第一篇变压器32钳形电流表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几圈，然后将读数除以所绕匝数第一篇变压器33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，电流互感器分下列各级：0.2、0.5、1.0、3.0、10.0。如0.5级的电流互感器表示在额定电流时，测量误差最大不超过±0.5％精度：1．电流互感器第一篇变压器342．电压互感器在电工测量中用来按比例变换交流电压的仪器2121uNNUUK＝实际上是一台降压变压器二次电压表量程一般为100V。实际中已换算成一次电压，其标度尺即按一次电压分度，可以直接读数，不需换算。第一篇变压器35电压互感器使用注意事项：二次绕组绝对不允许短路电压互感器的铁心及二次绕组一端必须可靠接地使用时二次绕组回路不宜接入过多的仪表，以免影响电压互感器的测量精度二次回路应串入熔体电流小于2A的熔断器第一篇变压器36解：因为电流互感器负载电流等于电流表读数乘上电流互感器电流比，即70A3.5A51002I2121IKINNI电压互感器所测高电压等于电压表读数乘上变比，即VVUKUNNUu2211960096100100002被测电路的电流为70A，电压为9600V例：用变压比为10000／100V的电压互感器，变流比为100／5A的电流互感器扩大量程，其电流表读数为3.5A，电压表读数为96V，试求被测电路的电流、电压各为多少？