“电机学”题解--第3---5章

第三章三相变压器3-1三相心式变压器省材料，效率高，占地少，成本低，运行维护简单，但它具有下列缺点：①在电站中，为了防止因电气设备的损坏而造成停电事故，往往一相发生事故，整个变压器都要拆换，但如果选用三相组式变压器，一相出了事故只要拆换该相变压器即可，所以三相心式变压器的备用容量是三相组式变压器的三倍，增加了电站成本。②在巨型变压器中，选用三相组式变压器，每个单台变压器的容量只有总容量的三分之一，故重量轻，运输方便。③由于心式变压器三相磁路不对称，中间铁心柱磁路短，磁阻小，在电压对称时，该相所需励磁电流小。3-2单相变压器的组别用来反映单相变压器两侧绕组电动势或电压之间的相位关系。影响组别的因素有绕组的绕向（决定同极性端子）和首、末端标记。用时钟法表示时，把高压绕组的电动势相量作为时钟的长针，并固定在12点。低压绕组的电动势相量作为短针，其所指的数字即为单相变压器的连接组别号。单相变压器仅有两种组别，记为I，I0（低压绕组电动势与高压绕组电动势同相）或I，I6（低压绕组电动势与高压绕组电动势反相）。我国国家标准规定I，I0为单相变压器的标准组别。3-3三相变压器的连接组别用来反映三相变压器对称运行时，高、低压侧对应的线电动势（线电压）之间的相位关系。影响组别的因素不仅有绕组的绕向、首末端标记，还有高、低压侧三相绕组的连接方式。用时钟法表示时，把高压绕组的线电动势（线电压）相量作为时钟的长针，并固定在12点，低压绕组的线电动势（线电压）相量作为短针，其所指的数字即为三相变压器的连接组别号。三相变压器共有12种组别，其中有6种单数组别和6种偶数组别。3-4Y，y0的含义是高、低压侧三相绕组均为Y接线，低压绕组线电动势与高压绕组线电动势同相位。Y，d11的含义是高压侧三相绕组为Y接线，低压侧三相绕组为△接线，低压侧线电动势超前高压侧线电动势30°。3-5标准组别有Y，yn0，YN,y0,Y，y0，Y，d11，YN，d11标准组别接线及位形图分别为：见图示但是：无论是Y，yn0、YN,y0还是Y，y0，位形图都有是一样的无论是Y，d11还是YN，d11，位形图也是一样的。Y，yn0YN,y0Y,y0接线：位形图V1U1u1W1w1v1···U1V1W1···u1v1w1n···U1V1W1···u1v1w1······U1V1W1u1v1w1NY,d11YN,d11接线：位形图3-6(a)(b)···U1V1W1···u1v1w1V1U1u1W1w1v1···U1V1W1···u1v1w1NU1u1v1w1V1W1Y,y4U1u1v1w1V1W1Y,d9(c)(d)3-7D,y接线NNNNNNUUUUUUK21212133Y,d接线NNNNNNUUUUUUK21212133Y,y接线NNNNNNUUUUUUK21212133D,d接线NNNNUUUUK21213-8因为磁路具有饱和特性，只有尖顶波电流才能产生正弦波磁通，因此激磁电流需要有三次谐波分量（只有这样，电流才是尖顶波）。如果没有三次谐波电流分量，主磁通将是平顶波,其中含有较大的三次谐波分量，该三次谐波磁通将在绕组中产生三次谐波电动势，三次谐波电动势与基波电动势叠加使相电动势呈尖顶波形，绕组承受过电压，从而危及绕组的绝缘。3-9三次谐波电动势大小相等，相位互差360o，即相位相同，因此在d中能够形成环流。U1u1w1v1V1W1D,d2V1W1U1u1v1w1D,d4而基波电动势大小相等，相位互差1200，任一瞬间三相电动势代数和恒等于0，因而不能在d中形成环流。3-10三相组式变压器由于三相磁路彼此独立，有三次谐波磁通通路。如果采用Y，y接线，三次谐波电流将不能流通，电流为正弦波，由于磁路具有饱和特性，主磁通是平顶波，其中含有较大的三次谐波磁通，相绕组将感应较大的三次谐波电动势，它与基波电动势叠加使相电动势呈尖顶波形，绕组承受过电压，从而危及绝缘。如果采用Y，yn接线，负载时二次侧可以为三次谐波电流提供通路，但由于受到负载阻抗的影响，三次谐波电流不可能大，因而对主磁通波形的改善甚微，也就不能改善电动势波形。心式变压器由于磁路彼此不独立，没有三次谐波磁通通路，三次谐波磁通只能从铁轭中散发出去，经由变压器油及油箱壁构成回路，因磁阻很大，三次谐波磁通很小，因此主磁通近似为正弦波形，相电动势波形也就基本为正弦波。但是由于三次谐波磁通频率为基波频率的3倍，将在经过的箱壁及其它结构件中产生较大的涡流损耗，引起局部过热，并降低变压器效率，因此这两种接线只适用于小容量的三相心式变压器。第四章变压器运行4-1①变比相等②组别相同③短路阻抗的标么值相等，短路阻抗角相等具体分析：（一）变比不等时的并联运行（1）空载运行时的环流因为变比KⅠ≠KⅡ，所以变压器二次电动势KUKU11，在电动势差的作用下，两台变压器之间产生环流，其为KKCZZKUKUI1.1..，因短路阻抗甚小，故即使变比K相差不大，它也能引起较大环流。（2）负载运行负载运行时，变比小的变压器所分担的电流大，而变比大的变压器所分担的电流小，因此，变比不等影响变压器的负荷分配，若变比小的变压器满载，则变比大的变压器就达不到满载，故总容量就不能充分被利用。（二）连接组别不同时的并联运行连接组别不同时，二次侧线电动势的相位差最小为300，二次绕组电动势差为22252.015sin2EEEo，它为线电动势的52%，相电动势的352%=90%，如此大的电动势差作用在由两副绕组构成的回路上，因为变压器短路阻抗甚小，必然产生很大环流，它将烧毁变压器绕组，故连接组别不同的变压器绝对不允许并联运行。（三）短路阻抗标么值不等时的并联运行经过分析，此时**1:1:KKzz，式中,分别为两台变压器的负载系数。因此，短路阻抗标幺值不等的结果，使短路阻抗标幺值大的变压器所分配的负载小，而使短路阻抗标幺值小的变压器所分配的负载大，致使总有一台变压器的容量不能被充分利用。为使各台变压器所承担的电流同相，还要求各台变压器的短路阻抗角相等。4-2可以，因为它们二次侧线电动势（线电压）具有相同的相位。4-3采用Y，y10或D，d10组别。由图示可知，10.5KV母线电压超前35KV母线电压30°，3KV母线电压又超前于10.5KV母线电压30°。因此，3KV母线电压超前35KV母线电压60°,故T3应采用10号组别。4-4四台变压器变比相同，均为K=3000/230。计算短路阻抗标么值和短路阻抗角：Ⅰ：短路阻抗493.45.34155KKKIUz短路电阻84.05.34100022KKKIPr短路电抗4138.484.0493.42222KKKrzx基准阻抗90101003000322NININININISUIUz短路阻抗标么值05.090493.4*NIKKzzz短路阻抗角oKKKrxtg22.79)(1Ⅱ:短路阻抗59.65.30201KIIKIIKIUz短路电阻3975.15.30130022KIIKIIKIIIPr短路电抗44.63975.159.62222KIIKIIKIIrzx基准阻抗90101003000322NIINIINIINIINIISUIUz短路阻抗标么值0732.09059.6*NIIKIIKIIzzz短路阻抗角oKIIKIIKIIrxtg76.77)(1III.短路阻抗2549.22.61138KIIIKIIIKIIIIUz短路电阻42185.02.61158022KIIIKIIIIIIKIPr短路电抗21509.242185.02549.22222KIIIKIIIIIIKrzx基准阻抗45102003000322NIIINIIINIIINIIINIIISUIUz短路阻抗标么值05.0452549.2*NIIIKIIIKIIIzzz短路阻抗角oKIIIKIIIIIIKtgrxtg22.79)42185.021509.2()(11IV：短路阻抗788.12.96172KIVKIVIVKIUz短路电阻335.02.96310022KIVKIVKIVIPr短路电抗7563.1335.0788.12222KIVKIVIVKrzx基准阻抗30103003000322NIVNIVNIVNIVNIVSUIUz短路阻抗标么值0596.030788.1*IVNKIVKIVzzz短路阻抗角oKIVKIVKIVtgrxtg2.79)335.07563.1()(11由于KIIIKIKIIIKIzz,**，根据变压器并联运行条件，Ⅰ，Ⅲ变压器并联运行最理想。4-5(1)从电压波形来看，组式变压器三相磁路彼此独立，有三次谐波磁通通路，而采用Y，yn接线时，虽然二次侧可以为三次谐波电流提供回路，但是三次谐波电流要流经负载阻抗，由于受负载阻抗的影响，其值不可能大，因而对主磁通波形的改善程度甚微，即主磁通呈平顶波，相电动势呈尖顶波。心式变压器磁路彼此不独立，没有三次谐波磁通通路，三次谐波磁通只能经过变压器油和油箱壁闭合，因为磁路磁阻大，其值很小，因此，绕组中三次谐波电动势很小，相电动势波形基本为正弦波，但是，由于三次谐波磁通的频率为基波磁通频率的三倍，铁心损耗较大，引起局部过热，降低变压器效率，因此这种接线只适用于小容量的心式变压器（见3-10题）②Y，yn接线的组式变压器接单相负载时，由于零序阻抗大（mmZZ0），负载电流将很小，因此根本不能带单相负载；而心式变压器，由于零序阻抗很小（0mZ很小），单相负载电流的大小主要由负载阻抗决定，因此它可以带一定的单相负载。综上，电力系统中组式变压器不能采用Y，yn接线，而小容量的心式变压器可以采用。4-6Y，yn接线变压器不对称运行时，二次侧有正序、负序和零序分量电流，而一次侧由于Y接无中线，故只有正序和负序分量电流，没有零序分量电流。这样一、二次侧的正序和负序分量电流所建立的正序和负序磁动势恰好互相平衡。而惟独由二次侧零序分量电流所建立的零序磁动势得不到平衡。它就起了励磁磁动势的作用，在变压器铁心中激励零序磁通Ф。，它在各相绕组中产生零序电动势E。，叠加在各相电压上，结果使带负载相的端电压下降。而不带负载相的端电压升高。此时尽管外加线电压对称，但是三相电压不再对称。在相量图中表现为相电压中点偏离了线电压三角形的几何中心，称为“中性点位移”。4—7因为KNKzUI，所以短路电流大小与短路阻抗大小成反比。因为**1KKNNKNNKKzzzIzUIII，所以为了限制短路电流，应将*Kz设计得较大。4—8当112Uu（最大值）时发生突然短路。绕组中不存在暂态分量短路电流。当01u时发生突然短路，绕组中暂态分量短路电流初始值最大。经过半个周期（t）时出现冲击电流，其值约为额定电流的24—36倍。4—9一次侧额定电流AUSINNN46.157102203106000033311短路阻抗标么值07244.0008.0072.0222*2**KKKxrz短路电流标么值和短路电流有名值8.1307244.011**KKNNKNNKKzzzIzUIIIAIIINKK95.217246.1578.131*6000KV属大容量变压器8.17.1yK最大短路电流：***max1KyKyKIKzKiAIIKIiiNKyNKK42.553112.522446.1578.13)8.17.1(2221*1*maxmax4—10短路试验时，一次侧所加电压很低，由于漏阻抗压降的存在，导致11144.4UfNEm，于是，主磁通很小，磁路不饱和；突然短路时，电流很大，漏阻抗压降很大，因此二次侧主感应电动势)(222.2.j