第3章三相变压器

第3章三相变压器3.1三相变压器的磁路结构3.2三相变压器的联结组别3.3磁路结构和联结组别对电动势波形的影响[内容][要求]掌握三相组式变压器和三相心式变压器磁路结构的特点；掌握三相变压器联结组别的概念，联结组别的判定方法；掌握联结组别和磁路结构对相绕组感应电动势波形的影响。第3章三相变压器3.1三相变压器的磁路结构一、三相组式变压器的磁路特点（1）三相磁路彼此独立，互不关联，即各相主磁通都有自己独立的磁路；（3）外加三相对称电压时，三相主磁通对称，三相空载电流也对称。（2）三相磁路几何尺寸完全相同，即各相磁路的磁阻相等；三相组式变压器：由三台相同的单相变压器组合而成。磁路特点：三相变压器的磁路结构：组式、心式。第3章三相变压器二、三相心式变压器的磁路特点三相心式变压器的铁心结构是从三相组式变压器铁心演变而来的。1W2W1w2wuvw1U2U1u2u1V2V1v2v（2）各相磁路长度不等。中间相磁路长度略小于其它两相磁路长度，中间相磁阻略小于其它两相的磁阻；（1）各相磁路不独立，每相磁通都要借助其它两相磁路而闭合；磁路特点：（3）外加三相对称电压时，三相主磁通对称，三相空载电流近似对称。第3章三相变压器3.2三相变压器的联结组别连接组别：是反映变压器连接方式及一、二次电动势相位关系的一种标志。三相绕组有两种连接方式：星形联结（Y）、三角形联结（D）。一、三相绕组的连接方式变压器绕组的首、末端标志绕组名称单相变压器三相变压器中性点首端末端首端末端高压绕组U1U2U1、V1、W1U2、V2、W2N低压绕组u1u2u1、v1、w1u2、v2、w2n为了正确连接三相绕组，变压器每相绕组的两个出线端都有一个标志。第3章三相变压器星形联结与三角形联结的接线图第3章三相变压器二、单相变压器的联结组别1．同名端（同极性端）判别法：在绕组电流与磁通正方向符合右手螺旋关系时，可根据：“凡是从同名端流进的电流所产生的磁通是同方向的”这一特点来判断同名端。同名端：高、低压绕组感应电动势是交变的，即高、低压绕组的极性是交变的。某一瞬间，高、低压绕组为同极性的两个端点，称为同名端。相量图绕向同、标志反绕向反、标志同U1、u1为异名端绕向同、标志同绕向反、标志反相量图U1、u1为同名端第3章三相变压器2．高、低压绕组电动势相位关系UU1U2EEuu1u2EE规定：3．单相变压器的联结组别时钟表示法：UE时钟分针（长针），固定指向时钟的“0点”uE时钟时针（短针），它指向的时钟数字，就是联结组别号。I,I0是标准联结组I,I0I,I6单相变压器的联结组别有两种：I表示单相绕组同相位与表示Uu0EE反相位与表示Uu6EE由同名端指向非同名端的电动势同相位，根据则（1）当U1、u1为同名端时，同相位与uUEE（2）当U1、u1为异名端时，反相位与uUEE第3章三相变压器三、三相变压器的联结组别高、低压绕组的连接方式高、低压线电动势相位关系三相变压器的联结组别反映：时钟表示法：UVE分针（长针），固定指向时钟的“0点”uvE时针（短针），它指向的时钟数字，就是联结组别号。三相变压器连接组别判别方法：（1）高、低压侧电动势相序必须一致；（2）电动势相量图形与绕组连接方式相对应：Y联结绕组，相量图呈Y形；D联结绕组，相量图呈三角形形。（1）根据高压侧三相绕组连接方式（Y或D）画出高压侧电动势相量图，并使指向“0点”UVE（2）根据低压侧三相绕组连接方式（y或d）及低压侧与高压侧相电动势相位关系（同向或反向）画出低压侧电动势的相量图，并画出，它指向的数字就是联结组别号。uvE画相量图时注意两点：第3章三相变压器Y,y0联结组Y,y6联结组Y,y0含义：高、低压绕组均为星形连接，高、低压侧对应线电动势同相位。Y,y6含义：高、低压绕组均为星形连接，高、低压侧对应线电动势反相位。低压绕组三相标志依次后移，可得到Y,y4、Y,y8联结组别。低压绕组三相标志依次后移，可得到Y,y10、Y,y2联结组别。第3章三相变压器Y,d11联结组Y,d1联结组Y,d11含义：高压绕组为Y接，低压绕组为d接，低压线电动势超前高压线电动势30o。低压绕组三相标志依次后移，可得到Y,d3、Y,d7联结组别。Y,d1含义：高压绕组为Y接，低压绕组为d接，低压线电动势滞后高压线电动势30o。低压绕组三相标志依次后移，可得到Y,d5、Y,d9联结组别。第3章三相变压器总之:对于Y,y（或D,d）连接，可得到0、2、4、6、8、10等六个偶数组别；对于Y,d（或D,y）连接，可得到1、3、5、7、9、11等六个奇数组别。标准连接组别有5种：Y,yn0：二次带中线构成三相四线制，作400V配电变压器供三相动力和单相照明负载。Y,d11：用于低压侧电压超过400V，高压侧电压在35kV以下的变压器中。YN,d11：用在高压输电线路中，高压侧可以接地，电压一般在35~110kV及以上。YN,y0：用在高压侧中性点需要接地的场合。Y,y0：用在只供三相负载的场合。其中，前三种最为常用。第3章三相变压器3.3联结组别和磁路结构对相电动势波形影响一、励磁电流与主磁通的波形关系波形关系与0.1i为正弦波时，0i将是尖顶波0i为正弦波时，将是平顶波原因：磁路的饱和特性。第3章三相变压器尖顶波电流分解成基波和三次谐波平顶波磁通分解成基波和三次谐波根据数学中的级数理论，尖顶波和平顶波都可分解成基波和一系列奇次谐波。忽略幅值很小的五次及以上谐波情况下03010iii尖31平2.非正弦波的分解第3章三相变压器tItIitItIitIi3sin)240(3sin3sin)120(3sin3sinm0303mW03m0303mV0303mU03在三相系统中，三相三次谐波分量大小相等、相位相同。例如3.三次谐波的特点W03V03U03iii4.三次谐波的流通情况03010sin1sin111sin1iiieeueu尖的产生外加在单相变压器中：在三相变压器中：3i能否流通，取决于三相绕组的连接方式。一样可流过单相绕组，故单相变压器的空载电流为尖顶波。0103ii与3能否流通取决于三相铁心结构。第3章三相变压器能通过中线流通能在三角形内部流通无中线，不能流通3i3i流通情况3能在各相独立的主磁路铁心中流通，其值很大。组式不能在“Y形”铁心中流通，只能通过漏磁路流通，其值很小。3心式3流通情况第3章三相变压器二、联结组别和磁路结构对相电动势波形的影响1．YN,y联结时的电动势波形一次侧有中线，i03能流通，i0为尖顶波，Φ为正弦波，e也为正弦波。2．Y,y联结时的电动势波形一次侧无中线，i03不能流通，i0为正弦波，Φ为平顶波，Φ=Φ1+Φ3但Φ3能否流通取决于铁心结构：（1）对于组式变压器：Φ3能在铁心中流通，Φ=Φ1+Φ311e33e31eee为尖顶波E3可达50%E1，使e最大值升高很多，可能击穿绕组绝缘，因此，三相组式变压器不采用Y,y联结。第3章三相变压器Φ3只能通过磁阻很大的漏磁路闭合，Φ3很小，Φ基本为正弦波，e基本为正弦波。（2）对于心式变压器：但Φ3通过油箱壁时将产生涡流损耗，造成局部过热，降低变压器的效率。因此，只有小容量（1800kVA以下）三相心式变压器才可以采用Y,y联结。一次D联结，i03能在三角形内部流通，故i0为尖顶波，Φ为正弦波，e为正弦波。3．D,y联结时的电动势波形4．Y,d联结时的电动势波形一次Y接无中线，i03=0，i0为正弦波，Φ=Φ1+Φ3为平顶波；其中Φ3在二次绕组中产生e23，并在d接绕组内产生i23；i23建立的磁通Φ23将大大削弱Φ3的作用，因此合成磁通和电动势均接近正弦波。第3章三相变压器i23对Φ3去磁作用从磁动势平衡关系来看:由于一次侧没有i03与二次侧i23相平衡，因此二次侧i23起励磁电流作用，此时变压器的主磁通由一次侧i01与二次侧i03共同建立，其效果与一次侧单方面提供尖顶波励磁电流的效果是相同的。23E903滞后R2X2323I23E90近滞后23I23与同相第3章三相变压器二次y接带中线，负载时为i23提供通路，与Y,d联结类似，可以改善电动势波形。但由于负载阻抗较大，i23很小，因此电动势波形改善不多。这种联结与Y,y联结一样，只适用于容量较小的三相心式变压器，组式变压器不能采用。5．Y,yn联结时的电动势波形结论（1）因磁饱和：Φ为正弦波时，i0为尖顶波；若i0为正弦波，则Φ为平顶波。尖顶波电流或平顶波磁通可以看成是由基波和三次谐波组成。（2）为了使相电动势为正弦波，主磁通应为正弦波，这就要求励磁电流为尖顶波，即要求变压器能为三次谐波电流提供通路。第3章三相变压器（5）无论相电动势中有无三次谐波分量，线电动势中都没有三次谐波分量。带中线的星形联结绕组，其线电流（即相电流）中有三次谐波分量；三角形联结绕组，其相电流中有三次谐波分量，线电流中没有三次谐波分量。（4）Y,y联结的三相变压器，没有三次谐波电流通路，而含有三次谐波磁通分量。对于心式变压器：其三次谐波磁通成为很小的漏磁通，故相电动势接近正弦波；对于组式变压器：其三次谐波磁通成为较大的主磁通，故相电动势波形发生严重畸变，产生过电压现象。所以小容量心式变压器可以采用Y,y联结，组式变压器不能采用Y,y联结。（3）单相变压器和采用YN,y、D,y、Y,d联结的三相变压器能为三次谐波电流提供通路，因此它们的主磁通及相电动势为正弦波。所以大容量变压器多采用Y,d或D,y联结。第3章三相变压器本章结束