电机学多媒体课件系列电机学多媒体课件系列第一篇第一篇 变变 压压 器器第三章第三章 三相变压器及运行三相变压器及运行电气工程与自动化学院主讲 黄灿水2016.3配套教材：配套教材：电机学电机学，林荣文（福州大学），中国电力出版社，林荣文（福州大学），中国电力出版社，2014.12第三章第三章 三相变压器及运行三相变压器及运行3.1 3.1 三相变压器的磁路三相变压器的磁路3.2 3.2 三相变压器的连接组三相变压器的连接组 3.3 3.3 三相变压器连接组及磁路对电动势波形的影响三相变压器连接组及磁路对电动势波形的影响3.4 3.4 变压器的并联运行变压器的并联运行3.5 3.5 自耦变压器自耦变压器目目 录录3.6 3.6 互感器互感器33.1 3.1 三相变压器的磁路三相变压器的磁路一、各相磁路彼此独立一、各相磁路彼此独立 三相组式变压器三相组式变压器: :三个完全相同的三个单相变压器三个完全相同的三个单相变压器按一定方试作三相联接，构成三相组式变压器。按一定方试作三相联接，构成三相组式变压器。 特点特点: :三相电路相关，三相磁路独立三相电路相关，三相磁路独立4每一每一相相铁心柱的主磁通均以其它两相为回路铁心柱的主磁通均以其它两相为回路. .二、各相磁路彼此相关二、各相磁路彼此相关三相芯式变压器三相芯式变压器: :从三个单相从三个单相变压器变压器铁心合并成铁心合并成5三相芯式磁路变压器特点三相芯式磁路变压器特点: :三相的电路三相的电路相关相关三相磁路也三相磁路也彼此彼此相关相关磁路长短不一，磁路长短不一， 励磁电流占很小比例，励磁电流占很小比例， 影响不大影响不大63.23.2三相变压器的连接组三相变压器的连接组一一三相变压器的连接法三相变压器的连接法高压高压绕组绕组: :首端由首端由A A、B B、C C表示，表示， 末端由末端由X X、Y Y、Z Z表示；表示；低压低压绕组绕组: :首端由首端由a a、b b、c c表示，表示， 末端由末端由x x、y y、z z表示。表示。 星形连接星形连接: “Y”， 中点引出为中点引出为“YN”2 2、三相变压绕组的接法、三相变压绕组的接法星形连接星形连接“Y”1绕组首末端标志绕组首末端标志:7三角形连接三角形连接“D/D/ ”: :“ ”， 有顺接、逆接有顺接、逆接三角形连接三角形连接“D/D/ ”8二、连接组别及标准连接组二、连接组别及标准连接组1.同极性同极性(名名)端：端： 任一瞬间两绕组电位变任一瞬间两绕组电位变化规律相同端称为同极性化规律相同端称为同极性端，用符号端，用符号“”标出。标出。9连接组别连接组别用于反映三相变压器连接方式及一、用于反映三相变压器连接方式及一、二次线电动势（或线电压）的相位关系，与绕二次线电动势（或线电压）的相位关系，与绕组的绕向、首末端标志、连接方式有关。组的绕向、首末端标志、连接方式有关。时钟表示法时钟表示法: : 作为时钟的分针，指向作为时钟的分针，指向1212点，点， 作为时钟的时针，其指向的数字就是变压器作为时钟的时针，其指向的数字就是变压器的连接组别号。的连接组别号。2 2、连接组别及时钟表示法、连接组别及时钟表示法通过画相量图来判别变压器连接组别通过画相量图来判别变压器连接组别10高、低压绕组的电动势同相位。高、低压绕组的电动势同相位。3. 3. 单相变压器的组别单相变压器的组别a) 首端极性相同时首端极性相同时11b) 首端极性不同时首端极性不同时高、低压绕组电动势相位相反高、低压绕组电动势相位相反xa1 1）、）、Y Y，y y接法接法4 4、三相变压器绕组的连接组别、三相变压器绕组的连接组别1、画出一次侧、画出一次侧Y连接相量图。连接相量图。2、A与与a相处于同一铁芯柱，且相处于同一铁芯柱，且EAX与与Eax同极性端相同，所以两相量同极性端相同，所以两相量平行且同向（设平行且同向（设A与与a等电位）等电位）3、同理画出其它两相图，且、同理画出其它两相图，且x、y、z相连（等电位）相连（等电位）4、画线电势、画线电势EAB和和Eab，及其它相量，及其它相量5、以、以EAB为分针指向为分针指向12点钟，读出点钟，读出Eab的时钟点数为的时钟点数为“0”点点连接组别为：连接组别为：Yy0ABCX abc1 1）、）、Y Y，y y接法接法4 4、三相变压器绕组的连接组别、三相变压器绕组的连接组别1、画出一次侧、画出一次侧Y连接相量图。连接相量图。2、B与与a相处于同一铁芯柱，且相处于同一铁芯柱，且EBY与与Eax同极性端相反，所以两相量同极性端相反，所以两相量平行且反向（设平行且反向（设A与与a等电位）等电位）3、同理画出其它两相图，且、同理画出其它两相图，且x、y、z相连（等电位）相连（等电位）4、画线电势、画线电势EAB和和Eab，及其它相量，及其它相量5、以、以EAB为分针指向为分针指向12点钟，读出点钟，读出Eab的时钟点数为的时钟点数为“10”点点连接组别为：连接组别为：Yy10ABCX abc2 2）、）、Y Y，d d接法接法4 4、三相变压器绕组的连接组别、三相变压器绕组的连接组别1、画出一次侧、画出一次侧Y连接相量图。连接相量图。2、A与与a相处于同一铁芯柱，且相处于同一铁芯柱，且EAX与与Eax同极性端相同，所以两相量同极性端相同，所以两相量平行且同向（设平行且同向（设A与与a等电位）等电位）3、同理画出其它两相图，且为顺、同理画出其它两相图，且为顺接，即接，即ax-cz-by4、画线电势、画线电势EAB和和Eab，及其它相量，及其它相量5、以、以EAB为分针指向为分针指向12点钟，读出点钟，读出Eab的时钟点数为的时钟点数为“11”点点连接组别为：连接组别为：Yd11ABCX abc2 2）、）、Y Y，d d接法接法4 4、三相变压器绕组的连接组别、三相变压器绕组的连接组别1、画出一次侧、画出一次侧Y连接相量图。连接相量图。2、A与与a相处于同一铁芯柱，且相处于同一铁芯柱，且EAX与与Eax同极性端相同，所以两相量同极性端相同，所以两相量平行且同向（设平行且同向（设A与与a等电位）等电位）3、同理画出其它两相图，且为顺、同理画出其它两相图，且为顺接，即接，即ax-by-cz4、画线电势、画线电势EAB和和Eab，及其它相量，及其它相量5、以、以EAB为分针指向为分针指向12点钟，读出点钟，读出Eab的时钟点数为的时钟点数为“1”点点连接组别为：连接组别为：Yd1ABCX abc2703 3）、根据连接组别连接绕组）、根据连接组别连接绕组4 4、三相变压器绕组的连接组别、三相变压器绕组的连接组别把三相绕组连接成：把三相绕组连接成：Dy91、画出一次侧、画出一次侧D连接相量图，设为顺接连接相量图，设为顺接AX-BY-CZ（逆接自测），并连绕组。（逆接自测），并连绕组。2、根据、根据Dy9可得可得Eab与与EAB差差270，画出矢，画出矢量量Eab（设（设A与与a等电位）等电位）3、根据一次侧相序方向确定、根据一次侧相序方向确定c点（顺时针）点（顺时针）4、连接、连接abc，画出二次侧，画出二次侧y连接的三相相连接的三相相电势电势Eax、Eby、Ecz（x、y、z等电位）等电位）AZBC YXabc5、可见、可见EAX与与Ecz平行且反向，所以平行且反向，所以A相与相与c相同铁芯且首端极性不同相同铁芯且首端极性不同6、同理确定、同理确定a、b相，并连相，并连xyz。czxyab17由上可得：由上可得：Y Y，y y（或（或D D，d d）连接有）连接有0 0、2 2、4 4、6 6、8 8、1010等六组别等六组别Y Y，d d（或（或D D，y y）连接有）连接有1 1、3 3、5 5、7 7、9 9、1111等六组别等六组别国家标准国家标准: :Y,yn0Y,yn0、Y,d11Y,d11、YN,d11YN,d11、YN,y0YN,y0和和Y,y0Y,y0连接组连接组为三相双绕组电力变压器的为三相双绕组电力变压器的标准连接组别标准连接组别。其中最为常用：其中最为常用：Y,yn0 Y,yn0 连接的二次绕组可以引出中线，成为连接的二次绕组可以引出中线，成为三相四线制三相四线制， 用作配电变压器时可兼用作配电变压器时可兼供动力和照明负载供动力和照明负载。Y,d11 Y,d11 连接用于低压侧电压超过连接用于低压侧电压超过400V400V的线路中。的线路中。YN,d11YN,d11连接主要用于连接主要用于高压输电线路高压输电线路中，使电力系统的高压中，使电力系统的高压 侧可以接地。侧可以接地。183.3 3.3 三相变压器绕组联接及其三相变压器绕组联接及其磁路系统对电动势波形的影响磁路系统对电动势波形的影响a)a)单相变压器空载运行单相变压器空载运行: :19b)b)在三相变压器系统在三相变压器系统三相三次谐波电流分量三相三次谐波电流分量同相位、等幅值同相位、等幅值, ,即：即：若若i i3 3可以流通，可以流通，m m为正弦波，正弦波，E E 为正弦波正弦波若若i i3 3不能流通，不能流通，m m为平平顶波，波，E E 为尖尖顶波波单相、三相单相、三相YN、三相、三相三相三相Y接法接法20一次侧一次侧Y接接i3=0im正弦波正弦波 m= 1+ 3+ 一一三相变压器组三相变压器组 Y,y Y,y 联接联接211. 1. 三相组式变压器三相组式变压器 3 3与与 1 1 磁路相同磁阻较小磁路相同磁阻较小 f3=3f1E3 相当大相当大(45(4560% 60% E E1 1) )相电动势波形严重畸变相电动势波形严重畸变产生过电压产生过电压, ,危害绕组的绝缘危害绕组的绝缘思考：线电动势是什么波形？思考：线电动势是什么波形？结论：三相变压器组不结论：三相变压器组不能采用能采用Yy连接连接222.2.三相芯式变压器三相芯式变压器 注意：注意：但但 3经过油箱壁会产生涡流，引起局部发热，损耗经过油箱壁会产生涡流，引起局部发热，损耗增加。因此其容量一般不超过增加。因此其容量一般不超过1800KVA1800KVA 3 3磁路磁路磁阻大磁阻大 3 3小小 m m、E E 接近正弦波接近正弦波结论：三相芯式变压结论：三相芯式变压器可以接成器可以接成Y，y连连（包括（包括Y，yn连接）连接）23二二三相变压器组三相变压器组Y,dY,d联接联接1.D,y1.D,y连接连接一次侧一次侧i i3 3可以流通可以流通m m为正弦波为正弦波 E E相相为正弦为正弦波波线电势为正弦波。线电势为正弦波。2.Y,d2.Y,d连接连接a) 一次侧一次侧Y接接i3不能流通，不能流通， m、E相相出现三次谐波分量。出现三次谐波分量。b) 二次侧二次侧 接，接， i3同相位、同幅值，形成同相位、同幅值，形成 环流环流c) 二次侧二次侧 i23 作为激磁电流，与一次侧基波电流共同建立作为激磁电流，与一次侧基波电流共同建立主磁场，主磁场，m接近正弦波，接近正弦波， E相相为正弦波，为正弦波，E线线为正弦波。为正弦波。结论：结论：三相变压器存在一个三相变压器存在一个绕组，绕组，m、E近似为正弦波近似为正弦波24 大容量三相变压器需接成大容量三相变压器需接成YyYy时时 另加一套三角另加一套三角形绕组形绕组 提供磁化电流三次谐波分量提供磁化电流三次谐波分量 主磁通主磁通接近正弦波接近正弦波, ,相电动势接近正弦波。相电动势接近正弦波。 三三YyYy连接附加一组连接附加一组d d连接绕组连接绕组25变压器变压器i33相电动势相电动势应用应用Yy芯式芯式无无弱（走漏磁路）弱（走漏磁路）正弦正弦1800KVA1800KVA以上以上不可用不可用Yy组式组式无无强（走主磁路）强（走主磁路）尖峰尖峰不用不用YN，y有（经中线）有（经中线）无无正弦正弦可用可用Y，yn有（经中线）有（经中线）无无正弦正弦可用可用( (不允许空载不允许空载) )Yd（D，y）有（有（中有）中有）可略去可略去接近正弦接近正弦可用可用采用采用D接线可以改善相电动势波形接线可以改善相电动势波形四四小结小结263.4 3.4 变压器的并联运行变压器的并联运行一、并联运行的定义一、并联运行的定义将几台变压器的一、二次绕组分别接在一、二将几台变压器的一、二次绕组分别接在一、二次侧的公共母线上次侧的公共母线上, ,共同向负载供电的运行方式。共同向负载供电的运行方式。273.4 3.4 变压器的并联运行变压器的并联运行一、并联运行的定义一、并联运行的定义将几台变压器的一、二次绕组分别接在一、二将几台变压器的一、二次绕组分别接在一、二次侧的公共母线上次侧的公共母线上, ,共同向负载供电的运行方式。共同向负载供电的运行方式。28二、并联运行的优点二、并联运行的优点1.1.能提高供电的可靠性。能提高供电的可靠性。2.2.可以提高供电电源质量。可以提高供电电源质量。3.3.提高系统的运行效率。提高系统的运行效率。4.4.减少初投资、减少备用容量。减少初投资、减少备用容量。29四、并联运行的变压器必须满足以下三个条件四、并联运行的变压器必须满足以下三个条件1 1）有相同的有相同的电压等级电压等级，有相同的，有相同的连接组别连接组别。2 2）有相同的有相同的短路电压标幺值短路电压标幺值。3 3）短路电阻与短路电抗短路电阻与短路电抗的比值相等。的比值相等。 三、变压器理想并联运行的条件三、变压器理想并联运行的条件1 1）空载时并联各变压器二次侧间没有环流）空载时并联各变压器二次侧间没有环流 2 2）带负载后各变压器的负载系数相等）带负载后各变压器的负载系数相等3 3）负载时各变压器对应相的电流相位相同）负载时各变压器对应相的电流相位相同301 1、变比不同时形成环流、变比不同时形成环流( 并联变压器的并联变压器的变比差变比差0.5% )U2312 2、连接组别不同时形成环流、连接组别不同时形成环流 连接组别不同连接组别不同时，二次侧线电压时，二次侧线电压之间至少相差之间至少相差30300 0，将产生将产生几倍于额定几倍于额定电流的空载环流电流的空载环流，会烧毁绕组，所以会烧毁绕组，所以连接组别不同连接组别不同绝对绝对不允许并联不允许并联。323 3、短路阻抗标么值不等时、短路阻抗标么值不等时各台变压器所分配的负载与其短路阻抗标各台变压器所分配的负载与其短路阻抗标么值成反比。为了充分利用变压器的容量，达么值成反比。为了充分利用变压器的容量，达到理想的负载分配，并联运行变压器的到理想的负载分配，并联运行变压器的短路阻短路阻抗标么值差抗标么值差10%10% 33五、并联运行时负载分配的实用计算公式五、并联运行时负载分配的实用计算公式负载分配与变压器的负载分配与变压器的 SN 成正比，与成正比，与 UK 成反比。成反比。短路电压小的变压器短路电压小的变压器先满载先满载 并联变压器的最大容量之比不超过并联变压器的最大容量之比不超过3：1，短路电压，短路电压值尽可能接近，其差值值尽可能接近，其差值10%。34例例1：两台变压器并联运行，额定容量两台变压器并联运行，额定容量S1N=6300kVA，SIIN=5000kVA，联接组均为，联接组均为Yy0，短路阻抗：，短路阻抗：ZkI*=0.07，ZkII*=0.075，U1N/U2N=35/6.3kV ，不计阻抗角差别。试计算，不计阻抗角差别。试计算并联组最大容量、最大输出电流、利用率。并联组最大容量、最大输出电流、利用率。解：解：由于变压器由于变压器I的短路阻抗标幺值小，先达到满载，令：的短路阻抗标幺值小，先达到满载，令：故有故有 35两变压器并联组的最大容量两变压器并联组的最大容量 并联组最大输出电流并联组最大输出电流 并联组利用率并联组利用率 36试求：试求：输出总负载输出总负载S=8000kVAS=8000kVA时，每台分担多少负荷？时，每台分担多少负荷？ 输出最大总负荷为多少？输出最大总负荷为多少？解：解：例例2 2：某变电所有两台变压器并联运行：某变电所有两台变压器并联运行：37变压器变压器I I先满载，令先满载，令383.3. 自耦变压器自耦变压器一次侧和二次侧共用一部分绕组的变压器称为自耦变压器。 若忽略励磁电流，可得磁动势平衡式：若忽略励磁电流，可得磁动势平衡式： 可见：自耦变压器中一次侧、可见：自耦变压器中一次侧、二次侧二次侧电压和电流关系电压和电流关系与普与普通双绕组变压器相同。通双绕组变压器相同。 绕组容量绕组容量：普通双绕组变压器一次侧、二次侧：普通双绕组变压器一次侧、二次侧是通过主磁通传递的功率，也称为电磁容量。是通过主磁通传递的功率，也称为电磁容量。自耦变压器自耦变压器的容量分成两个部分：一个是通过的容量分成两个部分：一个是通过主磁通传递的容量，即主磁通传递的容量，即绕组容量绕组容量；另一部分是；另一部分是直接通过共用绕组部分直接传递能量，这部分直接通过共用绕组部分直接传递能量，这部分称为自耦变压器的称为自耦变压器的传导容量传导容量。 自耦变压器的优缺点：自耦变压器的优缺点：1结构简单，节省材料。结构简单，节省材料。自耦变压器有较小的绕自耦变压器有较小的绕组容量，因而材料较省，尺寸较小，造价较低。组容量，因而材料较省，尺寸较小，造价较低。2运行效率较高。运行效率较高。自耦变压器有一部分是传导功自耦变压器有一部分是传导功率，其输出功率比双绕组变压器大，效率较高。率，其输出功率比双绕组变压器大，效率较高。3有较小的电压变化率，但短路电流较大。有较小的电压变化率，但短路电流较大。4一次侧和二次侧存在电的联系，即一次侧和二次侧存在电的联系，即非隔离式非隔离式，需有可靠的保护措施。在故障情况下，可能使二次需有可靠的保护措施。在故障情况下，可能使二次侧产生侧产生过电压过电压，危及用电设备安全。，危及用电设备安全。423.6 3.6 互感器互感器、分类：、分类：电压互感器电压互感器电流互感器电流互感器、用途：、用途：扩大仪表的量程扩大仪表的量程起隔离作用，保证安全起隔离作用，保证安全自动控制执行元件自动控制执行元件、仪用互感器规格化：、仪用互感器规格化：电压互感器二次输出为电压互感器二次输出为电流互感器二次输出为或电流互感器二次输出为或、特点、特点它要求转换值与被测量间有良好的线性关系它要求转换值与被测量间有良好的线性关系43一、电压互感器一、电压互感器提高精度的措施：提高精度的措施：所接测试仪表具有高阻抗，使其运行于接近空载状态所接测试仪表具有高阻抗，使其运行于接近空载状态所接仪表数量受变压器容量限制所接仪表数量受变压器容量限制设计时尽量减小励磁电流和漏阻抗（磁路不饱和、粗导线）设计时尽量减小励磁电流和漏阻抗（磁路不饱和、粗导线）国标精度：国标精度：.2、0.5、1.0、3.0四个等级四个等级使用注意事项：使用注意事项：二次侧绝对不允许短路二次侧绝对不允许短路铁芯和二次绕组的一端必须可靠接地铁芯和二次绕组的一端必须可靠接地44电压互感器实物图电压互感器实物图45二、电流互感器二、电流互感器提高精度的措施：提高精度的措施：所接测试仪表具有低阻抗，使其运行于接近短路状态所接测试仪表具有低阻抗，使其运行于接近短路状态所串仪表数量受互感器容量限制所串仪表数量受互感器容量限制设计时尽量减小励磁电流和漏阻抗（磁路不饱和、粗导线）设计时尽量减小励磁电流和漏阻抗（磁路不饱和、粗导线）国标精度：国标精度：.2、0.5、1.0、3.0四个等级四个等级使用注意事项：使用注意事项：二次侧绝对不允许开路二次侧绝对不允许开路铁芯和二次绕组的一端必须可靠接地铁芯和二次绕组的一端必须可靠接地46电流互感器实物图电流互感器实物图