第3章-三相变压器.

电机学清华大学出版社国家“十一五”规划教材主编：孙旭东上页下页目录目录第一节12第二节3第三节4第四节上页下页目录第3章三相变压器三相变压器在对称稳态运行时,只取其中一相进行分析，前面的分析方法和结论都适用。三相变压器特有的问题•与铁心结构相关的磁路系统•绕组联结方式和相应的联结组•空载电动势波形•并联运行上页下页目录3.1三相变压器的磁路系统三相变压器按其磁路系统主要分为两种：三相变压器组三相心式变压器上页下页目录三相变压器组由三台相同的单相变压器按照一定的绕组联结方式构成。特点：各相磁路彼此无关，各相主磁通都有自己独立的通路。ABABXYxaybczCZC上页下页目录三铁心柱变压器特点：各相磁路是彼此相关的，各相磁通都以另外两相的磁路作为自己的回路三铁心柱变压器的磁路系统ACBBCAABC(a)(b)(c)上页下页目录3.2三相变压器的电路系统—绕组联结方式和联结组变压器不仅可以变换电压、电流、阻抗，而且可以变换相位。变压器并联运行整流电路的控制触发信号研究联结组，也就是研究高、低压侧对应线电动势之间的相位差。上页下页目录单相变压器绕组的标志方式根据绕组的绕向判断出同名端，用“·”表示。给两个绕组的出线端子加以标志每个绕组都有两个出线端子，一个是首端，另一个是末端；用大写字母A、X分别表示高压绕组的首、末端，用小写字母a、x分别表示低压绕组的首、末端。上页下页目录单相变压器绕组的标志方式将各绕组电动势的参考方向都规定为从首端指向末端。高、低压绕组电动势的相位关系取决于如何规定首、末端，即高、低压绕组首、末端与同名端的关系。上页下页目录单相变压器绕组的标志方式绕组绕向相同时出线端子的两种不同规定方式。(a)示意图(b)绕组联结图mAXaxAXax(a)示意图(b)绕组联结图mAXaxAXax上页下页目录单相变压器绕组的标志方式绕组绕向相同时电动势的相位关系(a)示意图(b)绕组联结图(c)相量图mAXaxAEaEAEAXaEax(a)示意图(b)绕组联结图(c)相量图mAXaxAEaEAEAXaEax上页下页目录单相变压器绕组的标志方式绕组绕向不同时的情况mAXax(a)示意图(b)绕组联结图AEAXaEax(c)相量图AEaEmAXax(a)示意图aEAE(b)绕组联结图(c)相量图AEAXaEax上页下页目录单相变压器绕组的标志方式时钟序数表示法标志高、低压绕组电动势之间的相位关系以高压绕组电动势相量作为时钟的长针，且永远指向钟面上“12”的位置；以低压绕组电动势相量作为短针，短针在钟面上所指的数字就是时钟序数。上页下页目录单相变压器绕组的标志方式联结组标号为II0(a)示意图(b)绕组联结图(c)相量图mAXaxAEaEAEAXaEax(a)示意图(b)绕组联结图(c)相量图mAXaxAEaEAEAXaEax联结组标号为II6时钟序数上页下页目录小结高、低压绕组电动势的相位关系若将高、低压绕组的同名端标记为首端A、a，则高、低压绕组相电动势是同相的，联结组标号为II0；若将高、低压绕组的非同名端标记为首端A、a，则高、低压绕组相电动势是反相的，联结组标号为II6。上页下页目录三相变压器的联结组三相变压器的高、低压绕组，都既可以联成星形，也可以联成三角形。同一铁心柱上的高、低压绕组，可以是同一相的，也可以是不同相的。高、低压绕组的联结方式就有各种不同的组合，每种组合称为一种联结组。上页下页目录三相变压器的联结组同一铁心柱上的高、低压绕组间存在极性关系（同名端）。同一侧的三相绕组之间也有极性问题。如果分别从三相绕组的某个出线端子流入电流，在各相心柱中产生的磁通方向都能指向同一磁路节点，则这三个出线端子为同名端，仍用“·”表示。上页下页目录三相变压器的联结组iAiBiC上页下页目录三相变压器的联结组在三相变压器的高、低压侧，都应将三相绕组的同名端规定为首端。三相高压绕组的首端用A、B、C表示，相应的末端分别用X、Y、Z表示。三相低压绕组的首端用a、b、c表示，相应的末端分别用x、y、z表示。上页下页目录三相变压器的联结组同一铁心柱上的高、低压绕组可以是不同相的。AXaxBYbyCZczAXBYCZczaxby上页下页目录三相变压器的联结组三相绕组的联结方式；同一铁心柱上的高、低压绕组是否同相；同一铁心柱上的高、低压绕组的同名端与首、末端的规定。上页下页目录三相变压器的联结三相绕组的联结方式可以是星形联结，简称Y联结；也可以是三角形联结，简称D联结。规定首端A、B、C和a、b、c分别为高、低压侧三相绕组的引出端子，如果中点有引出线，则其端子以“N”（高压侧）或“n”（低压侧）标记。上页下页目录Y联结绕组联结图AXBYCZAEBECEABE绕组按相序从左到右排列上页下页目录两种D联结方式绕组联结图AXBYCZAEBECEABEAE＝AXBYCZAEBECEABEBE＝－上页下页目录Y联结的电动势相量图首端A、B、C都构成一个等边△ABC。三个顶点A、B、C都按相序（正序）顺时针排列。AXBYCZAEBECEABEBCAEABECEABEBCECAEYXZ上页下页目录第一种D联结的电动势相量图AXBYCZAEBECEABEBE＝－ZXYAECEBEABE＝－BACABE上页下页目录第二种D联结的电动势相量图AXBYCZAEBECEABEAE＝BYAAEABE＝BEBCE＝CECAE＝XCZ上页下页目录电动势相量图的特点首端A、B、C都构成一个等边△ABC。三个顶点A、B、C都按相序（正序）顺时针排列。重合的点是等电位点。任意两点之间的有向线段表示这两点之间的电动势相量。上页下页目录三相变压器的联结组前提条件•高压侧三相绕组的同名端规定为首端；•低压侧三相绕组的同名端规定为首端；•高、低压侧相序要相同。联结组就是研究高、低压绕组线电动势之间的相位差。abE与ABE的相位关系上页下页目录三相变压器的联结组时钟序数和表示高、低压绕组联结方式的一组英文字母，构成三相变压器的联结组标号。用大、小写字母分别表示高、低压绕组的联结方式。•Y联结用Y或y表示，中点有引出线时用YN或yn表示；•D联结用D或d表示。先写代表高压绕组联结方式的大写字母，再写代表低压绕组联结方式的小写字母，最后写时钟序数，如Yy6，Dy3等。上页下页目录联结组标号的确定绕组联结图高、低压绕组均按相序从左向右排列，高、低压绕组分别画在上面和下面，且三相分别上下对齐；上、下对齐的高、低压绕组是绕在同一铁心柱上的；画出高、低压绕组的联结方式，标明同名端和首、末端。AXBYCZaxbyczYy联结上页下页目录联结组标号的确定在绕组联结图上标出各个相电动势与线电动势AXBYCZAEBECEABEaxbyczaEbEcEabE上页下页目录联结组标号的确定画出高压绕组的电动势相量图AXBYCZAEBECEABEaxbyczaEbEcEabEBCAEABECEABEBCECAEYXZ上页下页目录联结组标号的确定确定对应线电动势的相位差,作为时钟的长针，始终指向12点。作为时钟的短针，始终指向6点。因此，连接组别号为Yy6。AXBYCZAEBECEABEaxbyczaEbEcEabEBCAEABECEABEBCECAEYXZyzabcxabEaEbEcEABEabEabEabE上页下页目录联结组标号的确定确定对应线电动势的相位差,作为时钟的长针，始终指向12点。作为时钟的短针，始终指向11点。因此，连接组别号为Yd11。ABEabEaEbE上页下页目录小结Yy联结可以得到Yy0、Yy2、Yy4、Yy6、Yy8和Yy10联结组（时钟序数为偶数）。Dd联结可以得到与Yy联结一样时钟序数的联结组。Dy联结可以得到Dy1、Dy3、Dy5、Dy7、Dy9和Dy11联结组（时钟序数为奇数）。Yd联结可以得到与Dy联结一样时钟序数的联结组。上页下页目录3.3三相变压器的空载电动势波形变压器铁心通常处于饱和状态，因此产生正弦变化的主磁通所需的励磁电流i0为尖顶波，其中含有基波和一系列谐波，谐波中以3次谐波i03最为显著。当励磁电流i0为正弦波时，主磁通将为平顶波，其中含有较强的3次谐波磁通3。上页下页目录Yy联结的变压器励磁电流为正弦波.三相变压器组各相磁路独立，3次谐波磁通3可经铁心闭合。幅值较高的尖顶波形的相电动势，对变压器绝缘材料构成很大威胁。因此，三相变压器组不采用Yy联结。oteee1e33平顶波主磁通产生的电动势波形上页下页目录Yy联结的变压器三相心式变压器3次谐波磁通的路径各相磁路有关联，3次谐波磁通3不能经过铁心闭合。3所通过路径的磁阻很大，因此其数值并不大，所感应的3次谐波电动势e3的幅值也不大。因此，主磁通及相电动势都接近正弦波。箱壁上页下页目录Dy和Yd联结的变压器线电流中没有3次谐波。三相交流绕组Y或D接法时，3次谐波及3的倍数次谐波电动势在时间相位上相同，故三相线电动势中无3次或3的倍数次谐波3次谐波磁通感应的3次谐波电动势，会在三角形联结的绕组回路中产生3次谐波电流i3。i3起励磁作用，使主磁通和电动势波形都接近正弦波。为使三相变压器的主磁通和相电动势接近正弦波，不论是心式变压器还是变压器组，都希望有一侧的绕组接成D联结。上页下页目录3.4变压器的并联运行并联运行，是指一次绕组和二次绕组相同标志的出线端分别并联接到一、二次侧的公共母线上，共同对负载供电。并联运行示意图KKABCabc交流电源母线负载供电母线上页下页目录变压器的并联运行并联运行的优点并联运行时台数不宜过多：变压器台数多，变压器每台容量小，效率低、费材料、占地面积大、操作不方便。负载变化大时，可以提高效率，节约电能，改善功率因数；便于检修变压器，减小备用变压器容量，节约投资；随着负载需求增加变压器的台数，更为经济。上页下页目录变压器的并联运行并联运行时的理想状态空载时，各变压器之间没有环流；负载时，各变压器按照其额定容量合理地分担负载，且各变压器负载电流的相位相同。上页下页目录变压器的并联运行并联运行时需要满足的三个条件一、二次额定电压分别相等，即额定电压比相等；二次对一次线电压的相位差相同，或者说联结组标号相同；短路阻抗标幺值相等（大小和阻抗角都相等）。上页下页目录变压器的额定电压比不相等时空载和负载时两台变压器之间都存在循环电流；变比相差不多，但循环电流却较大；循环电流占用变压器的容量，增加损耗。kαZαIkβZβI1NU2ULZ1NUkβkαN1N1αZZUUII上页下页目录kkcZZUIkUkUUUU2011202020%101.005.0201.005.0%1ckkIZZkk则，相差、若上页下页目录变压器的并联运行为了限制循环电流，规定并联运行的变压器变比相差必须小于0.5%。•，由于是相量差，所以不但要求电压的有效值相等，而且要求相位也相同。20202UUU为限制循环电流，应减小电压差。上页下页目录222518.0)2/30sin(2UUU如果两台并联运行三相变压器的电压比相同，但连接组标号不同，等于二次侧额定电压大小不变，相位不同。例如，Y/y-0和Y/△-11的两台三相变压器并联运行，其副边绕组的感应电动势相量图如图所示。18.505.02518.0cI联结组标号不相同时上页下页目录联结组标号不相同时相位差为30时，