第4章三绕组变压器和自耦变压器介绍

第四章三绕组变压器和自耦变压器4-1概述4-2三绕组变压器4-3自耦变压器第四章三绕组变压器和自耦变压器基本要求：1.了解三绕组变压器和自耦变压器的用途及结构特点；2.掌握三绕组变压器的基本电磁关系、简化等效电路及其参数的物理意义和测定方法；3.掌握自耦变压器的基本电磁关系、方程式和等效电路，4.掌握自耦变压器的容量关系和计算方法。4-1概述变压器按绕组数目分为：双绕组变压器、三绕组变压器、自耦变压器。1.三绕组变压器•定义：每相铁心柱上有高压、中压、低压三个绕组的变压器。•用途：在电力系统中，当需要把三个不同电压等级的电网联系起来时，常采用三绕组变压器。2.自耦变压器•定义：一次绕组和二次绕组具有公共绕组的变压器。QZB自耦变压器220kV三相三绕组无励磁调压自耦降压变压器•用途：在高压大容量电力系统中，当需要把两个电压等级相近的电力网联系起来时，经常采用自耦变压器作为联络变压器。4-2三绕组变压器三绕组变压器的结构特点•三绕组变压器的铁心一般采用心式结构。•每相有高压、中压、低压三个绕组，同心地套在同一铁心柱上。通常高压绕组放在最外层，低压绕组或中压绕组放在最里层。三绕组变压器绕组布置示意图(a)升压变压器(b)降压变压器低压绕组高压绕组中压绕组中压绕组低压绕组高压绕组1.工作原理1）变比三个绕组之间的变比1N2U1Im1U2N3N2I3U3I111222NUkNU212333NUkNU111333NUkNU(4-1)三绕组变压器的磁通分为：•主磁通：同时与三个绕组交链的磁通称为主磁通。•自漏磁通：只交链一个绕组的磁通称为自漏磁通。m112233sss•互漏磁通：只交链两个绕组的磁通称为互漏磁通。121323sssm1I1U2U2I3U3I11s22s33s12s13s23s三绕组变压器的磁通示意图2）基本方程式当外施电压为正弦波且稳定运行时，电压方程式为：式中，R1、R2、R3为各绕组的电阻；L1、L2、L3为各绕组的自感；M12＝M21为绕组1与绕组2之间的互感；M13=M31为绕组1与绕组3之间的互感；M23=M32为绕组2与绕组3之间的互感。1N2U1Im1U2N3N2I3U3I11111122133UIRjLIjMIjMI(4-2)22222211233UIRjLIjMIjMI(4-3)33333311322UIRjLIjMIjMI(4-4)把二次侧折算到一次侧，即2122UkU2212IIk12121221MkMM22122RkR22122LkL13131331MkMM3133UkU3313IIk23133RkR23133LkL2312131332MkkMM折算到一次侧的电压方程式为：1111112213342UIRjLIjMIjMI（）3333331132244UIRjLIjMIjMI（）2222221123343UIRjLIjMIjMI（）磁动势平衡方程式为：11223310NINININI把二次侧折算到一次侧，2212IIk3313IIk磁动势平衡方程式可写为：1230IIII忽略励磁电流，有1230(45)III式中，12111121323222122313[()][()]UUIRjLMMMIRjLMMM111222()()IRjXIRjX1122(46)IZIZ11121323()XLMMM111ZRjX312III式(4-2)+式(4-3)，并将代入，整理得22122313()XLMMM222ZRjX式(4-2)+式(4-4)，并将代入，整理得13111121323333132312[()][()]UUIRjLMMMIRjLMMM213III111333()()IRjXIRjX1133(47)IZIZ式中，33132312()XLMMM333ZRjXZ1、Z2、Z3分别是绕组1、2、3的等效电抗。X1、X2、X3分别是绕组1、2、3的等效电抗，并非各绕组本身漏磁通所对应的电抗，而是各绕组的自感漏电抗以及该绕组与另两个绕组之间的互感漏电抗的合成。3）等效电路由折算到一次侧的基本方程式：1230III121112221122)()()UUIRjXIRjXIZIZ-(131113331133)()()UUIRjXIRjXIZIZ-(可画出三绕组变压器的简化等效电路：1I3U2I3I1U2U1R2R1jX2jX3R3jX三绕组变压器的电压调整率为12121100%UUUU-=13131100%UUUU-=三绕组变压器的效率为12323123(1)100%CuCuCuFeCuCuCuFeppppPPpppp1I3U2I3I1U2U1R2R1jX2jX3R3jX式中，pCu1、pCu2、pCu3是绕组1、2、3的铜耗；pFe是铁耗；P2、P3是绕组2、3输出的有功功率。4）相量图由基本方程式可画出三绕组变压器的相量图。3U1I12311Iz22Iz33Iz1U2U3I2I三绕组变压器带感性负载时的相量图2.短路试验测参数短路试验1121221212112)()(kkkjXRXXjRRZZZ等效阻抗可通过三次短路实验测定。每次测出两个绕组间的短路阻抗。321ZZZ、、短路试验2131331313113)()(kkkjXRXXjRRZZZ(a)12kU12312kU12kI1Z2Z3Z13kU132(b)13kU13kI1Z2Z3Z短路试验3232332323223)()(kkkXjRXXjRRZZZ2321223kkZkZ三绕组变压器的参数为：321ZZZ、、)(212313121kkkRRRR)(211323122kkkRRRR)(211223133kkkRRRR)(212313121kkkXXXX)(211323122kkkXXXX)(211223133kkkXXXX(c)23kU13223kU23kI1Z2Z3Z三绕组变压器短路实验3.三绕组变压器的额定容量及联结组标号1）额定容量绕组的额定容量反映绕组传递功率的能力。单相三绕组变压器111222333NNNNNNNNNSUISUISUI111222333333NNNNNNNNNSUISUISUI三相三绕组变压器三绕组变压器的额定容量SN：指三个绕组中容量最大的绕组容量。2）容量配合高压绕组中压绕组低压绕组10010010010050100100100503）标准联结组•三相三绕组变压器的标准联结组：YNyn0d11、YNyn0y0•单相三绕组变压器的标准联结组：II0I0SFSZ9-240000/220三绕组自然循环风冷有载调压电力变压器。4-3自耦变压器1.自耦变压器的结构特点(a)接线图•特点：自耦变压器的一、二次绕组之间不仅有磁的耦合，还有电的直接联系。(b)原理图1I1U2U2I1E2EI1N2NAXax自耦变压器•公共绕组：一、二次绕组共用的部分绕组。(绕组ax)•串联绕组：非公共部分的绕组。(绕组Aa)2.基本方程式、等效电路、相量图和容量关系1）基本方程式221221NNNEEEkAkNNkA1121k为双绕组变压器的变比自耦变压器的变比为1I1U2U2I1E2EI1N2NAXax低压侧回路电压方程式：axZIEU22axAaxAAAZIkEEZIkEkUkU21222axAaZIZIEEU1211axAaxAaZIkZIZIUUUU12121)(axAAaZIkZI)1(1axAaZIZIEEU1211高压侧回路电压方程式：1I1U2U2I1E2EI1N2NAXax磁动势平衡方程式：021211)(INNININ022121INNNII021IkIIA021III21III又忽略励磁电流，则有21II12IkIA1I1U2U2I1E2EI1N2NAXax121)1(IkIIIA自耦变压器的电流关系：1kIIIIIkIA1121IkI1I1U2U2I1E2EI1N2NAXaxaxAAaZIkZIUU)1()(1211)1(IkIAkAaxAAaZIZkZIUU12121])1([)()()(2121axAaZkZIUU2）简化等效电路21II2121()[(1)]AaAaxUUIZkZ1U2U21IIaxAAaZkZ2)1(3）相量图m1I11AaIZ2E1E2UaxIZI2I21EAaU2U1U自耦变压器带感性负载时的相量图自耦变压器的简化等效电路4）容量关系普通双绕组变压器：1I1U1E1NAX2U2E2Nax2I1I1U2U2I1E2EI1N2NAXax21NNkNNNNNIUIUS2211自耦变压器的输出容量kNNNkA1221axNAaNNUUU1自耦变压器：)(12222NNNNNNAIIUIUSCMSSNNNNIUIU122MNASS1I1U2U2I1E2EI1N2NAXax自耦变压器的视在功率由两部分组成：电磁功率SM，是通过串联绕组和公共绕组的电磁感应关系由一次侧传递到二次侧的功率。传导功率SC，是由电源通过串联绕组直接传导作用到二次侧的功率。公共绕组的电磁容量为NNaxNIUS2NAxySk)(122NNNIIUNAASk)11(NNAIUk22)11(1I1U2U2I1E2EI1N2NAXax串联绕组的电磁容量为NNANAaNAaNIUkIUS111)11(NAASk)11(NAxySkxyANAMkkSS11额定容量电磁容量ANACkSS1额定容量传导容量结论：自耦变压器的传导容量占额定容量的1/kA，电磁容量占额定容量的(11/kA)。1I1U2U2I1E2EI1N2NAXax式中，称为自耦变压器的效益因数。11xyAkk3.短路试验、短路阻抗、短路电流和电压调整率1）短路阻抗自耦变压器短路阻抗ZkA的测定：在高压侧做短路试验求得。(a)高压侧测短路阻抗线路kIkUAaZ2NAXax1NaxZ短路阻抗：kkAkUZI2kkAkPRI22kAkAkAXZR(b)简化等效电路kUkIaxAAaZkZ2)1(由简化等效电路可知2(1)kAAaAaxZZkZ由于ax绕组短接，电压Uk实际上加在串联绕组Aa上。因此由高压侧测得的ZkA等于把绕组Aa作为一次绕组、ax作为二次绕组的双绕组变压器的短路阻抗。22(1)kAaaxAaAaxkAZZkZZkZZ11112111NNANNAaNAaxyNUZIUNNUZUNkI(a)高压侧测短路阻抗线路kIkUAaZ2NAXax1NaxZ