第5章 三相变压器及其他用途的变压器

河南科技学院机电学院第5章三相变压器及其他用途的变压器5.1三相变压器的联结组5.2三相变压器的并联运行5.3其他用途的变压器第5章三相变压器及其他用途的变压器5.1三相变压器的联结组5.2三相变压器的并联运行5.3其他用途的变压器电机拖动换流变压器河南科技学院机电学院第5章三相变压器及其他用途的变压器河南科技学院机电学院第5章三相变压器及其他用途的变压器大型变压器河南科技学院机电学院第5章三相变压器及他用途的变压器三相隔离变压器河南科技学院机电学院第5章三相变压器及其他用途的变压器SZ9变压器（35kV）S9型配电变压器（10kV）河南科技学院机电学院第5章三相变压器及其他用途的变压器大型电力油浸变压器大型油浸电力变压器河南科技学院机电学院第5章三相变压器及其他用途的变压器大型油浸电力变压器河南科技学院机电学院第5章三相变压器及其他用途的变压器干式变压器只有绕组和铁心的变压器称为干式变压器。河南科技学院机电学院第5章三相变压器及其他用途的变压器河南科技学院机电学院第5章三相变压器及其他用途的变压器变压器变压器的内部结构河南科技学院机电学院第5章三相变压器及其他用途的变压器大型电力油浸变压器（内部）河南科技学院机电学院第5章三相变压器及其他用途的变压器SG10型干式变压器H级绝缘环氧浇注干式变压器河南科技学院机电学院第5章三相变压器及其他用途的变压器非晶合金铁心中频变压器整流变压器河南科技学院机电学院第5章三相变压器及其他用途的变压器隔离变压器河南科技学院机电学院第5章三相变压器及其他用途的变压器非晶合金中频变压器铁心非晶合金变压器河南科技学院机电学院5.1三相变压器的电路系统——联结组5.1.1三相变压器的电路系统—联结组1.三相变压器绕组的首末端标记2.联接方法：接成星形(Y)或三角形(D)3.联接组的时钟表示法分针表示高压侧电动势（单相变压器为相电动势、三相为线电动势），始终指向0点不动；时针表示低压侧电动势，所指数值为低压侧电动势滞后高压侧电动势的相位数（也称联接组别），一个相位数的单位为30°4.单相变压器的联接组别（1）同名端绕于同一铁心柱，交链于同一磁通的绕组，感应电势的电位变化趋势相同的端（2）联接组别图5.1变压器联结组的时钟表示图(a)连接组I,I0(b)连接组I,I6图4.23单相变压器的联结组别图第5章三相变压器及其他用途的变压器绕组名称首端末端中点高压绕组U1、V1、W1U2、V2、W2N低压绕组u1、v1、w1u2、v2、w2n河南科技学院机电学院5.三相变压器的联接组别YN，d11、Y，y0、YN，y0五种为标准联结组，Y，y0含义为：高压绕组星形联结，低压绕组星形联结，低压线电动势滞后高压线电动势0×30°；YN，d11的含义为高压绕组星形联结，有中性点引出线，低压绕组三角形联结，低压线电动势滞后高压线电动势11×300°。（1）由三相变压器的接线图确定联接组已知三相变压器接线图，可按如下步骤确定其联结组，如图5.3和图5.4所示：先画出高压组相电动势相量图，根据联接方式求出线电动势；后把U1点当作u1点，按同名端确定低压绕组相电动势与高压相电动势的相位关系，画出低压相电动势的相量图，再由其联接方式求出低压绕组的线电动势；最后得到联结组标号。(a)接线图(b)相量图图5.3Y，y0联结组(a)接线图(b)相量图图5.4YN，d11联结组及高压绕组相量图5.1.1三相变压器的电路系统——联结组第5章三相变压器及其它用途的变压器河南科技学院机电学院5三相变压器的联接组别（2）由三相变压器的联结组确定接线图这可以看成是上一过程的逆过程，如图5.5和图5.6所示。其步骤如下：首先根据联结组所示的联接方法，初步画出高压、低压绕组的联线方式，并且按照常规，定义高压绕组的出线端标志及相电动势、线电动势，在此基础上，画出高压绕组相量图；然后把U1点当作u1点，根据联接组标号，在相量图中画出低压绕组的线电动势、相电动势；最后根据高压、低压绕组线电动势之间的相位关系，确定低压绕组的出线端标志、同名端。(a)接线图(b)相量图图5.5Y，yn6高压绕组的接线及相量图(a)接线图(b)相量图图5.6Y,yn6高压绕组的相量及接线图5.1.1三相变压器的电路系统——联结组第5章三相变压器及其他用途的变压器6.其他标准联结组及相量图Y，yn0、Y，d11、YN，d11、Y，y0、YN，y0。（1）Y,yn6EW1EU1EV1U1V1W1EUVu1v1w1EuEvEwEuvY,yn6EUEVEWU1V1W1●●●U2V2W2u1v1w1n●●●u2v2w2EuEvEw河南科技学院机电学院第5章三相变压器及其他用途的变压器5.1.1三相变压器的电路系统——联结组EUVEUEWEVU1(W2)V1(U2)W1(V2)EvEuEwv1(w2)w1(u2)u1(v2)u2v2w2EuvD,d2EUEVEWEuEvEwU1V1W1●●●u1v1w1●●●河南科技学院机电学院第5章三相变压器及其他用途的变压器5.1.1三相变压器的电路系统——联结组5三相变压器的联接组别6.其他标准联结组及相量图（2）D,d2U2V2W2河南科技学院机电学院图5.7三相组式变压器图5.8三相心式变压器的铁芯结构5.1.2三相变压器的磁路系统1.三相组式变压器2.三相心式变压器(1)可以节省大量的黑色金属材料、质量轻，整体结构体积小，非常经济。(2)采用三相心式变压器供电时，任何一相发生故障，整个变压器都要进行更换，如果采用三相组式变压器，只要更换出现故障的一相即可。所以，三相心式变压器的备用容量为组式变压器的三倍。(3)三相心式变压器磁路不对称，相比三相组式变压器损耗大。(4)对于大型的心式变压器结构，体积较大，运输不便。第5章三相变压器及其他用途的变压器0WVU河南科技学院机电学院5.1.3三相变压器磁路系统对电动势波形的影响1.YN，y、Y，y联接的三相变压器（1）三相组式变压器磁路彼此独立，三次谐波磁通分量都可以流过。每相绕组电动势由基波磁通和三次谐波磁通共同感应产生，以高压绕组的感应电动势E1为例，即其中。虽然三次谐波磁通Φm3比基波磁通Φm小,但三次谐波磁通Φm3的频率为基波磁通的三倍，故该比值有时可达到45%～60%，甚至更大。相电动势的波形会发生畸变而成尖顶波。引起危险的过电压，有可能击穿绕组绝缘。但线电动势中由于相电动势的三次谐波分量相互抵消，仍呈正弦波。（2）三相心式变压器磁路彼此关联，励磁电流的三次谐波分量没有回路，在铁心中无法流通。虽然它仍可以通过油路或空气形成闭合回路，但由于该磁路的磁导率小，磁阻大数量不大。可以忽略三次谐波磁通所产生的感应电势，认为绕组中的电动势单独由磁通的基波分量所产生，呈正弦波。但以三倍于基波频率的三次谐波磁通，会在油箱中产生涡流损耗，致使油箱局部过热，降低变压器的效率。第5章三相变压器及其他用途的变压器11113EEE1111m11331m34.444.44EfNΦEfNΦ，133m3m3111m1m13EfΦΦEfΦΦ河南科技学院机电学院5.1.3三相变压器磁路系统对电动势波形的影响2.Y，d、D，y联接的三相变压器（1）Y，d连接的三相变压器中高压侧无中线，所以高压侧励磁电流不存在三次谐波电流分量呈正弦波。铁心中的磁通会出现三次谐波磁通Φm3，每相绕组中便会感应出三次谐波电动势E13、E23。由于低压侧采用三角形(D)连接方式，自身形成一闭合回路，因此便会有三次谐波电流I23流通。原边绕组中无中线，不存在三次谐波电流，无法抵消I23对铁心中磁通的影响，便会在铁心中产生三次谐波磁通,因为绕组的电抗远大于电阻,I23在相位上滞后E23近90°,即滞后E2390°,而E23滞后Φm390°,则三次谐波电流I23所产生的滞后Φm3180°，会抵消铁心中原先存在的三次谐波磁通Φm3从而大大削弱绕组中的三次谐波电动势，使其趋近于正弦波。（2）在D,y联接的三相变压器中，高压侧采用三角形(D)连接方式，可以流过三次谐波电流，从而使得励磁电流呈尖顶波，致使铁心中的磁通为正弦波，绕组中的感应电动势也为正弦波。23I23E23I3m第5章三相变压器及其他用途的变压器3m3m3m3m河南科技学院机电学院5.2三相变压器的并联运行5.2.1变压器的并联运行的意义（1）提高供电可靠性多台变压器并联运行，如有一台变压器发生故障,可在其他变压器继续工作下将其切除，不影响供电连续、可靠性。（2）可提高供电经济效益负载随季节、气候、早晚的变化，可对变压器负载进行监控来决定投入运行的变压器台数，提高运行效率。（3）在单位增加供电容量时，原有的变压器仍可以继续使用。5.2.2变压器并联运行的条件1.影响变压器并联的因素：环流第5章三相变压器及其他用途的变压器图5.9两台单相变压器的并联运行示意图河南科技学院机电学院5.2三相变压器的并联运行2.变压器并联运行的条件(1)各变压器一二次侧变比以及电压等级要一样。(2)各变压器的联接组标号要相同。如Y,y0和Y,d11两台变压器并联运行（一次、二次绕组的线电势有相位差30°），则(3)各变压器分担负载要合理。短路阻抗上所消耗的压降要相等，即标幺值要相等。第5章三相变压器及其他用途的变压器图5.10两台单相变压器空载并联运行时的等效电路图5.11Y，y0和Y，d11副边绕组感应电动势的相量图图5.12两台并联运行单相变压器负载时的等效电路1II1II2020IIcIIIIkIIII11kkkkkUkkUkkUUIzzzzzzkk1II11cIIIIII112sin150.518()()kkkkkkUkkUUIzzkzzkzz°河南科技学院机电学院接线柱5.3其他用途的变压器5.3.1自耦变压器1.工作原理2.优缺点(1)自耦变压器一次侧转到二次侧的能量，一部分是由于电磁感应作用，一部分是直接作用。而对普通变压器而言，转换的功率只有电磁功率。所以，在同样容量的前提下，自耦变压器所用的材料要比普通变压器少、体积小、质量轻，效率也要高一些，从而可以降低成本，提高经济效益。但当变比k较大时，经济效益就不明显，一般自耦变压器电压比k设计为k=1.25～2。(2)由于二次侧绕组为一次侧绕组的一部分，两绕组之间存在着电的联系，低压侧容易受到高压侧过电压的影响。所以，绝缘和过电压保护要加强。(3)由于只有一个绕组，漏电抗较普通变压器要小，因此，短路阻抗小，短路电流就大，要加强短路保护。注意，不能用U1端作公共点，即不能用u1U1作输出。第5章三相变压器及其他用途的变压器手柄图5.13单相自耦变压器工作原理图河南科技学院机电学院第5章三相变压器及其他用途的变压器YDC系列浇注式试验变压器调压器（自耦变压器）河南科技学院机电学院第5章三相变压器及其他用途的变压器调压器和稳压器电压互感器5.3.2仪用互感器电力系统中用来测量高电压、大电流的一种特殊变压器称为仪用互感器。测量高电压用的仪用互感器称为电压互感器，测量大电流用的仪用互感器称为电流互感器。1.电压互感器又称为仪表变压器，也称为PT或TV，特点如下：(1)一次侧绕组并联在被测线路中。与普通变压器相比，容量较小，类似一台小容量变压器。(2)二次侧负荷比较恒定，所接测量仪表和继电器的电压线圈阻抗很大，因此，在正常运行时，电压互感器接近于空载状态。如现有10000V交流电压需测量，而目前只有100V的交流电压表，问该怎么办?①加电压互感器；②接线原理图如5.15所示；•③变比：K=N1/N2=U1/U2=10000V/100V=100:1；④因K1，所以为降压变压器；⑤注意：为安全起见，二次侧绕组必须有一点可靠接地，并且副边绕组绝对不能短路。另外还要注意极性。河南科技学院机电学院第5章三相变压器及其他用途的变压器图5.15电压互感器接线图2.电流互感器又称