东北电力大学电机学讲义第03章.ppt

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1、 东北电力大学东北电力大学第第3章章 三相变压器三相变压器3.1 3.1 三相变压器的磁路系统三相变压器的磁路系统3.2 3.2 三相变压器的电路系统三相变压器的电路系统联结组联结组3.3 3.3 三相变压器空载电动势波形三相变压器空载电动势波形3.4 3.4 变压器的并联运行变压器的并联运行 3.5 3.5 三相变压器的不对称运行三相变压器的不对称运行 东北电力大学东北电力大学3.1 三相变压器的磁路系统三相变压器的磁路系统 三相变压器主要有两种结构形式，一种是由三相变压器主要有两种结构形式，一种是由三台单相变压器组合而成，称为三相组式变压器三台单相变压器组合而成，称为三相组式变压器或三相变

2、压器组，另一种形式是三柱式铁心变压或三相变压器组，另一种形式是三柱式铁心变压器，称为心式变压器。两种形式的变压器磁路系器，称为心式变压器。两种形式的变压器磁路系统完全不同。统完全不同。东北电力大学东北电力大学1.三相组式变压器的磁路系统三相组式变压器的磁路系统 把三台独立的单相变压器的绕组按一定方式作把三台独立的单相变压器的绕组按一定方式作三相联接，构成一台三相变压器。三相联接，构成一台三相变压器。图图31 三相组式变压器的磁路三相组式变压器的磁路 东北电力大学东北电力大学特点特点：各相磁路彼此独立，各不相关，各相主磁各相磁路彼此独立，各不相关，各相主磁通以各自的铁心构成回路。若在三相绕组接三

3、相通以各自的铁心构成回路。若在三相绕组接三相对称电源，三相主磁通对称，三相空载电流也对对称电源，三相主磁通对称，三相空载电流也对称。称。东北电力大学东北电力大学2.三相心式变压器磁路系统三相心式变压器磁路系统特点是：各相磁路彼此相关，每相磁通必须通过特点是：各相磁路彼此相关，每相磁通必须通过另外两相才能构成闭合回路。另外两相才能构成闭合回路。图图32 三相心式变压器的磁路三相心式变压器的磁路(a)四柱对称铁心四柱对称铁心 (b)三柱对称铁心三柱对称铁心 (c)同一平面三柱非严格对称铁心同一平面三柱非严格对称铁心 东北电力大学东北电力大学3.2 三相变压器的电路系统三相变压器的电路系统联结组联结

4、组一、绕组端点的标志与极性一、绕组端点的标志与极性 高压绕组的某一端头电位为正时，低压绕组高压绕组的某一端头电位为正时，低压绕组必有一个端头电位也为正，这两个具有相同极性必有一个端头电位也为正，这两个具有相同极性的对应端头称为同极性端（或同名端），用符号的对应端头称为同极性端（或同名端），用符号“”表示。表示。绕组名单相变压器三相变压器首端末端首端末端中点高压绕组AXA B CX Y ZN低压绕组axa b cx y zn 东北电力大学东北电力大学图图33 绕组的标志、极性和电动势相量图绕组的标志、极性和电动势相量图(a)高、低压绕组首端为同名端标注时的情况高、低压绕组首端为同名端标注时的情况

5、 (b)高、低压绕组首端为异名端标注时的情况高、低压绕组首端为异名端标注时的情况 东北电力大学东北电力大学二、三相变压器的联接方式二、三相变压器的联接方式图图34 三相绕组的联接方式三相绕组的联接方式(a)三相绕组Y接 (b)三相绕组D接（AXCZBY）(c)三相绕组D接（AXBYCZ）东北电力大学东北电力大学三、变压器的联接组标号的判定三、变压器的联接组标号的判定1.单相变压器的联接组单相变压器的联接组 时钟表示法：把高压绕组的相电动势相量看作时钟时钟表示法：把高压绕组的相电动势相量看作时钟的长针，并把其固定指向时钟的的长针，并把其固定指向时钟的1212点位置。而把低压绕点位置。而把低压绕组

6、的相电动势相量看作时钟的短针，短针所指的数字作组的相电动势相量看作时钟的短针，短针所指的数字作为绕组的联接组标号。为绕组的联接组标号。对于图对于图3 33(a)3(a)情况，联接组为情况，联接组为Ii0Ii0，其中，其中IiIi表示高、表示高、低压绕组都是单相，低压绕组都是单相，“0”“0”表示表示0 0点联接。对于如图点联接。对于如图3 33(b)3(b)情况，联接组为情况，联接组为Ii6Ii6，其中，其中“6”“6”表示表示6 6点联接。点联接。东北电力大学东北电力大学2.三相变压器的电路系统三相变压器的电路系统联联接接组标组标号号(1)Yy0(1)Yy0联接组联接组 东北电力大学东北电力

7、大学(2)Yd11联接组(a)(b)图图36 Yd11联接组联接组(a)绕组联接图绕组联接图 (b)相量图相量图 东北电力大学东北电力大学 在高压绕组的联接和标记不变，而只改变在高压绕组的联接和标记不变，而只改变低压侧的联接或标记的情况下，其规律归纳起来低压侧的联接或标记的情况下，其规律归纳起来有以下三点：有以下三点：1)1)对调低压绕组的首末端标记，即高、低压绕对调低压绕组的首末端标记，即高、低压绕组的首端由同名端改为异名端，其联接组标号加组的首端由同名端改为异名端，其联接组标号加6 6个钟点数。个钟点数。2)2)低压绕组的首末端点顺着相序移一相低压绕组的首末端点顺着相序移一相(ab(abc

8、cab)ccab)，则联接组标号加，则联接组标号加4 4个钟点数。个钟点数。3)3)高、低绕组联接相同高、低绕组联接相同(Yy(Yy或或Dd)Dd)时，其联接组时，其联接组标号为偶数；高、低压绕组联接不相同标号为偶数；高、低压绕组联接不相同(Yd(Yd或或Dy)Dy)时，其联接组的标号为奇数。时，其联接组的标号为奇数。东北电力大学东北电力大学电力变压器有五种联接组，分别是：电力变压器有五种联接组，分别是：Y Y，d11d11联接组：用于低压侧电压超过联接组：用于低压侧电压超过400V400V，高压侧电，高压侧电压在压在35kV35kV以下，容量以下，容量5600kVA5600kVA以下的场合。

9、以下的场合。YNYN，d11d11联接组：用在高压侧需要中性点接地，电压一联接组：用在高压侧需要中性点接地，电压一般在般在3535110kV110kV以上的场合。以上的场合。Y Y，yn0yn0联接组：用在低压侧为联接组：用在低压侧为400V400V的配电变压器中，的配电变压器中，供给三相负载和单相照明负载，高压侧电压不超过供给三相负载和单相照明负载，高压侧电压不超过35kV35kV，容量不超过，容量不超过1800kVA1800kVA。YNYN，y0y0联接组：用于高压侧中性点需要接地的场合。联接组：用于高压侧中性点需要接地的场合。Y Y，y0y0联接组：用在只供三相动力负载的场合。联接组：用

10、在只供三相动力负载的场合。最常用的联接方式是最常用的联接方式是Y Y，y0y0和和Y Y，d11d11两种。两种。东北电力大学东北电力大学1.Yy联结的组式变压器联结的组式变压器 对于对于Yy联接的组式变压器，一次绕组励磁电流联接的组式变压器，一次绕组励磁电流中三次谐波电流无法流通，所以，励磁电流近似为中三次谐波电流无法流通，所以，励磁电流近似为正弦波。磁路饱和时，其所产生的主磁通必然是平正弦波。磁路饱和时，其所产生的主磁通必然是平顶波，平顶波磁通波形中除了基波磁通外，还含有顶波，平顶波磁通波形中除了基波磁通外，还含有三次谐波磁通，这里将其它高次谐波忽略。三次谐波磁通，这里将其它高次谐波忽略。

11、三相组式变压器中，各相磁路相互独立，三次三相组式变压器中，各相磁路相互独立，三次谐波磁通和基波磁通一样，沿主磁路闭合，磁路对谐波磁通和基波磁通一样，沿主磁路闭合，磁路对三次谐波的磁阻小，三次谐波磁通较大，所以主磁三次谐波的磁阻小，三次谐波磁通较大，所以主磁通为平顶波。通为平顶波。3.3 三相变压器空载电动势波形三相变压器空载电动势波形 东北电力大学东北电力大学图图3 37 7 正弦波电流产生的主磁通波形正弦波电流产生的主磁通波形 东北电力大学东北电力大学 三次谐波磁通与基波磁通一样，将在变压器一、三次谐波磁通与基波磁通一样，将在变压器一、二次绕组感应三次谐波电势，有时可达到基波电势二次绕组感应

12、三次谐波电势，有时可达到基波电势的的45-60。基波电势和三次谐波电势叠加，得到变压器空基波电势和三次谐波电势叠加，得到变压器空载时的相电势波形为尖顶波，如图载时的相电势波形为尖顶波，如图38所示。所示。从图从图中可以看出，相电势波形严重畸变，其所产生的尖中可以看出，相电势波形严重畸变，其所产生的尖峰电压可能危害绕组的绝缘。峰电压可能危害绕组的绝缘。东北电力大学东北电力大学 图图38 平顶波磁通产生的电动势波形平顶波磁通产生的电动势波形 东北电力大学东北电力大学2.Yy联结的心式变压器联结的心式变压器 对于对于Yy联结的心式变压器，其一次励磁电流也联结的心式变压器，其一次励磁电流也近似为正弦波

13、，但由于心式变压器三相磁路彼此相近似为正弦波，但由于心式变压器三相磁路彼此相关，各相的三次谐波磁通大小相等、相位相同，不关，各相的三次谐波磁通大小相等、相位相同，不能沿主磁路闭合，只能借助油、油箱壁等形成闭合能沿主磁路闭合，只能借助油、油箱壁等形成闭合回路，该磁路磁阻大，使三次谐波磁通大大削弱，回路，该磁路磁阻大，使三次谐波磁通大大削弱，三相心式变压器中主磁通波形接近正弦波，从而相三相心式变压器中主磁通波形接近正弦波，从而相电势波形也接近正弦波。电势波形也接近正弦波。所以，三相心式变压器可以采用所以，三相心式变压器可以采用Yy联结方式。联结方式。东北电力大学东北电力大学图图39 三相铁心式变压

14、器三相铁心式变压器Yy联接时三次谐波磁通的路径联接时三次谐波磁通的路径 三次谐波磁通在变压器油箱壁等构件中引起三倍频三次谐波磁通在变压器油箱壁等构件中引起三倍频率的涡流损耗，使变压器局部发热和损耗增加，所以容率的涡流损耗，使变压器局部发热和损耗增加，所以容量大于量大于1800kVA1800kVA的变压器不采用的变压器不采用YyYy联结方式。联结方式。东北电力大学东北电力大学二、二、.Dy 和和Yd联结的三相变压器联结的三相变压器 Dy联结的变压器，一次绕组的三角形接法使空载联结的变压器，一次绕组的三角形接法使空载电流中的三次谐波分量可以在闭合的三角形回路中电流中的三次谐波分量可以在闭合的三角形

15、回路中流通，所以各相绕组空载电流为尖顶波，在铁心中流通，所以各相绕组空载电流为尖顶波，在铁心中建立的主磁通波形为正弦波，绕组中感应的相电势建立的主磁通波形为正弦波，绕组中感应的相电势波形也为正弦波。波形也为正弦波。Yd联结的变压器（组式和心式），其一次绕组中联结的变压器（组式和心式），其一次绕组中无三次谐波励磁电流流通，所以主磁通中将有三次无三次谐波励磁电流流通，所以主磁通中将有三次谐波磁通，谐波磁通在一、二次绕组的相电势中感谐波磁通，谐波磁通在一、二次绕组的相电势中感应三次谐波电势。应三次谐波电势。东北电力大学东北电力大学由于二次绕组为三角形联结，二次侧三相的三次由于二次绕组为三角形联结，二

16、次侧三相的三次谐波电势在闭合的三角形内形成三次谐波环流。谐波电势在闭合的三角形内形成三次谐波环流。由于一次绕组中无三次谐波电流与之平衡，所以由于一次绕组中无三次谐波电流与之平衡，所以二次绕组的三次谐波电流起着励磁作用。二次绕组的三次谐波电流起着励磁作用。这样可以认为铁心中的主磁通是由一次侧的正弦这样可以认为铁心中的主磁通是由一次侧的正弦波空载电流和二次侧三次谐波电流共同建立，二波空载电流和二次侧三次谐波电流共同建立，二次侧的三次谐波电流产生的三次谐波磁通对一次次侧的三次谐波电流产生的三次谐波磁通对一次绕组的三次谐波磁通起去磁作用，所以三次谐波绕组的三次谐波磁通起去磁作用，所以三次谐波磁通被削弱

17、，相电势中的三次谐波分量很小，因磁通被削弱，相电势中的三次谐波分量很小，因此相电势波形近似为正弦波。此相电势波形近似为正弦波。东北电力大学东北电力大学三相变压器的一、二次绕组中只要有一侧接成三角形，三相变压器的一、二次绕组中只要有一侧接成三角形，就能保证感应电势波形接近正弦波。就能保证感应电势波形接近正弦波。大容量电力变压器若需接成大容量电力变压器若需接成YyYy联结，可以在铁心柱上联结，可以在铁心柱上另加一套第三绕组，并接成三角形，此绕组不接电源也另加一套第三绕组，并接成三角形，此绕组不接电源也不接负载，用以为三次谐波电流提供通路，防止相电势不接负载，用以为三次谐波电流提供通路，防止相电势波

18、形发生畸变。波形发生畸变。图图310 三角形绕组中的三次谐波电流三角形绕组中的三次谐波电流 东北电力大学东北电力大学3.4 3.4 变压器的并联运行变压器的并联运行图图311 两台变压器并联运行图两台变压器并联运行图 变压器的并联运行：是指将变压器的一、二次侧绕组分变压器的并联运行：是指将变压器的一、二次侧绕组分别并联到一、二次侧公共母线上，共同对负载供电。别并联到一、二次侧公共母线上，共同对负载供电。东北电力大学东北电力大学一、变压器并联运行优点一、变压器并联运行优点（1 1）提高供电的可靠性。并联运行的变压器，如）提高供电的可靠性。并联运行的变压器，如果其中一台发生故障或检修，另外的变压器

19、仍照常果其中一台发生故障或检修，另外的变压器仍照常运行，供给一定的负载。运行，供给一定的负载。（2 2）提高运行效率。并联运行变压器可根据负载）提高运行效率。并联运行变压器可根据负载的大小调整投入并联的台数，从而减小能量损耗，的大小调整投入并联的台数，从而减小能量损耗，提高运行效率。提高运行效率。（3 3）减少备用容量，并可随用电量的增加，分批）减少备用容量，并可随用电量的增加，分批安装变压器，减少初次投资。安装变压器，减少初次投资。东北电力大学东北电力大学二、变压器的并联条件二、变压器的并联条件（1）各变压器的一次和二次额定电压相等，即各）各变压器的一次和二次额定电压相等，即各变压器变比相等

20、；变压器变比相等；（2）各变压器一次和二次线电压的相位差相同，）各变压器一次和二次线电压的相位差相同，即各变压器连接组别相同；即各变压器连接组别相同；（3）各变压器的阻抗电压标幺值相等，短路阻抗）各变压器的阻抗电压标幺值相等，短路阻抗角也相等。角也相等。东北电力大学东北电力大学图图314变压器并联运行时简化等效电路图变压器并联运行时简化等效电路图 1.变比不相等时变压器的并联运行变比不相等时变压器的并联运行三、变压器的并联条件分析三、变压器的并联条件分析 变比不同并联要产生环流，为此，电力变压器变比误差一般都控变比不同并联要产生环流，为此，电力变压器变比误差一般都控制在制在0.5%0.5%以内

21、，环流不超过额定电流的以内，环流不超过额定电流的5%5%。东北电力大学东北电力大学2.联结组别不同时的并联运行联结组别不同时的并联运行 取 为0.05，环流可达额定电流的5.2倍。图图313 Yy0与与Yd11两变压器并联时二次侧电压相量图两变压器并联时二次侧电压相量图 东北电力大学东北电力大学3.阻抗电压标幺值不等时的并联运行阻抗电压标幺值不等时的并联运行 图图314变压器并联运行时简化等效电路图变压器并联运行时简化等效电路图 对于容量相差不太大对于容量相差不太大的两台变压器，其抗角差的两台变压器，其抗角差异不大，因此并联运行时异不大，因此并联运行时负载系数仅决定于短路阻负载系数仅决定于短路

22、阻抗标么值，可以忽略阻抗抗标么值，可以忽略阻抗角差的影响角差的影响 。东北电力大学东北电力大学3.5 3.5 三相变压器的不对称运行三相变压器的不对称运行一、对称分量法一、对称分量法图图315 对称分量及其合成相量图对称分量及其合成相量图(a)正序电流分量；正序电流分量；(b)负序电流分量；负序电流分量；(c)零序电流分量；零序电流分量；(d)合成电流合成电流 东北电力大学东北电力大学由上可知，任何一组不对称三相电流也可以分解出唯一的三组对称分量由上可知，任何一组不对称三相电流也可以分解出唯一的三组对称分量 。东北电力大学东北电力大学二、三相变压器的相序阻抗和相序等效电路二、三相变压器的相序阻

23、抗和相序等效电路1.1.正序阻抗正序阻抗 和正序等效电路和正序等效电路正序阻抗，是变压器在正序电压作用下流过对称的正序电流时反映出的阻抗。正序阻抗，是变压器在正序电压作用下流过对称的正序电流时反映出的阻抗。图图316 正负序等效电路正负序等效电路(a)正序正序 (b)负序负序2.2.负序阻抗负序阻抗 和负序等效电路和负序等效电路 负序阻抗，是变压器在负序电压作用下流过对称的负序电流时反映出的阻抗。负序阻抗，是变压器在负序电压作用下流过对称的负序电流时反映出的阻抗。东北电力大学东北电力大学3.3.零序阻抗零序阻抗 和零序等效电路和零序等效电路零序阻抗，是变压器流过零序电流反映出来的阻抗。零序阻抗

24、，是变压器流过零序电流反映出来的阻抗。(1)(1)不同联接方式对零序阻抗和等效电路的影响不同联接方式对零序阻抗和等效电路的影响Yyn联接组图图318 Yyn联接组的零序电流及其等效电路联接组的零序电流及其等效电路(a)Yyn联接图联接图 (b)等效电路等效电路 东北电力大学东北电力大学2)YNd2)YNd联接组联接组 图图319 YNd联接组的零序电流及其等效电路联接组的零序电流及其等效电路 (a)YNd联接图联接图 (b)等效电路等效电路 东北电力大学东北电力大学(2).磁路结构对零序励磁阻抗的影响三相组式变压器三相心式变压器 东北电力大学东北电力大学三、三、YynYyn联接三相变压器带单相

25、负载运行联接三相变压器带单相负载运行图图320 Yyn联接带单相负载联接带单相负载 东北电力大学东北电力大学 三相三相变压变压器器带单带单相相负载时负载时，负载电负载电流的大小除了与流的大小除了与负载负载有关外，有关外，还还与零序阻抗有关。与零序阻抗有关。Yyn Yyn联结联结的三相的三相组组式式变压变压器，零序磁通可以在各相独器，零序磁通可以在各相独立的立的铁铁心主磁路中通心主磁路中通过过，主磁路的磁阻很小，零序磁通，主磁路的磁阻很小，零序磁通很大，其所很大，其所对应对应的零序阻抗也很大，等于正序励磁阻抗。的零序阻抗也很大，等于正序励磁阻抗。变压变压器即使二次器即使二次侧发侧发生生单单相短路

26、，短路相短路，短路电电流也不会太大，流也不会太大，为为：东北电力大学东北电力大学 当当变压变压器二次器二次侧发侧发生生单单相短路相短路时时，短路，短路电电流也流也只有励磁只有励磁电电流的流的3 3倍。所以，倍。所以，YynYyn联结联结的的组组式式变压变压器器带单带单相相负载时负载时，不能向，不能向负载负载提供所需的提供所需的电电流和功率，流和功率，即没有即没有带单带单相相负载负载的能力。的能力。Yyn Yyn联结的心式变压器，因为零序磁通不能在相联结的心式变压器，因为零序磁通不能在相关联的铁心构成的主磁路中闭合，只能通过油和油关联的铁心构成的主磁路中闭合，只能通过油和油箱壁等构成闭合回路，磁路的磁阻很大，零序磁通箱壁等构成闭合回路，磁路的磁阻很大，零序磁通很小，与其对应的零序阻抗也很小，负载电流主要很小，与其对应的零序阻抗也很小，负载电流主要由负载阻抗决定，所以由负载阻抗决定，所以,Yyn,Yyn联结的心式变压器有带联结的心式变压器有带单相负载的能力。单相负载的能力。