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1、第七章 自耦變壓器、三繞組變壓器和互感器,第7章 自耦變壓器、三繞組變壓器和互感器,7.1 自耦變壓器,一次側(cè)和二次側(cè)共用一部分繞組的變壓器稱為自耦變壓器。,一、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與用途 自耦變壓器實(shí)質(zhì)上是一個(gè)單繞組變壓器，原、副邊之間不僅有磁的聯(lián)系，而且還有電的直接聯(lián)系。 自耦變壓器每一個(gè)鐵心柱上套著兩個(gè)繞組，兩繞組串聯(lián)，繞向一致。,自耦變壓器,繞組ax是一、二次側(cè)共用的，稱為公共繞組，其匝數(shù)為N2 。 與公共繞組串聯(lián)的繞組Aa，稱為串聯(lián)繞組，其匝數(shù)為N1 。 繞組Aa與ax的繞向相同。,單相自耦變壓器,N1,N2,實(shí)例分析：從雙繞組變壓器到自耦變壓器(1),僅僅繞組改接法，雙繞組變壓器可以變?yōu)樽择钭?/p>

2、壓器，功率可以增大數(shù)倍甚至十倍！,實(shí)例：假設(shè)圖示雙繞組變壓器,實(shí)例分析：從雙繞組變壓器到自耦變壓器(2),分析從雙繞組變壓器到自耦變壓器哪些量改變了，哪些量沒有變化? (主要分析原副邊電壓與電流的變化情況),原副邊電流符號相 反：當(dāng)原邊電流在 原繞組中從同名端流向非同名端，則副邊電流在副繞組中從非同名端流向同名端！,實(shí)例分析：從雙繞組變壓器到自耦變壓器(3),首先分析雙繞組 變壓器電流方向。,忽略勵(lì)磁電流則：,實(shí)例分析：從雙繞組變壓器到自耦變壓器(4),忽略勵(lì)磁電流,當(dāng)原邊電流從同名端流向非同名，則副繞組電流從非同名端流向同名端！,原副繞組電流,原副邊電流實(shí)際方向示意圖,副邊實(shí)際電流則等于 原

3、副繞組電流之和。,實(shí)例分析：從雙繞組變壓器到自耦變壓器(5),聯(lián)結(jié)成自耦變壓器， 空載時(shí):,如果原邊施加 ， 則繞組電勢仍為 與 。副邊輸出電壓 。,實(shí)例分析：從雙繞組變壓器到自耦變壓器(6),原副邊電流實(shí)際方向示意圖,與雙繞組變壓器類似，原繞組 ， 時(shí)，副繞組 ， 。于是負(fù) 載電流 。,原邊輸入容量 副邊輸出容量,二、自耦變壓器基本方程 (要求：參考下圖與上述物理概念學(xué)習(xí)自行推導(dǎo)),1.電壓、電流和容量關(guān)系,1）原、副邊的方程式,自耦變壓器變比：（若忽略漏阻抗壓降）,根據(jù)全電流定律，勵(lì)磁磁動勢 為串聯(lián)繞組磁動勢 與公共繞組磁動勢 之和，即：,若忽略勵(lì)磁電流（ ），則：,2）磁動勢平衡及電流關(guān)

4、系,結(jié)論：自耦變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)，原、副邊 電壓之比近似等于副、原邊電流之 比，這點(diǎn)與雙繞組變壓器一樣。,2）磁動勢平衡及電流關(guān)系,3）容量關(guān)系,雙繞組變壓器原邊輸入容量,1）由原邊直接傳到副邊的容量稱為傳導(dǎo)容量，它既不消耗材料，也不產(chǎn)生損耗,2）繞組通過電磁作用得到的容量稱為電磁容量，也叫繞組容量,3）自耦變壓器額定運(yùn)行時(shí)的額定容量為傳導(dǎo)容量和電磁容量之和,4）自耦變壓器的電磁容量與額定容量的比值稱為效益系數(shù),定義：,效益系數(shù) = = ,繞組容量,額定容量,額定容量,額定容量 傳導(dǎo)容量,繞組容量,越接近1, 越小, 電磁容量(繞組容量)越小, 傳導(dǎo)容量越大,節(jié)材效果越明顯。,2.簡化等值電路（

5、推導(dǎo)過程不要求）,代入,得,3.短路試驗(yàn)及短路阻抗（不要求）,1）低壓側(cè)短路，高壓側(cè)進(jìn)行短路試驗(yàn)：,在自耦變壓器高壓側(cè)做短路試驗(yàn)測得的短路阻抗實(shí)際 值和把串聯(lián)繞組作為一次繞組、公共繞組作為二次繞 組時(shí)短路測得的短路阻抗實(shí)際值相等。,由于自耦變壓器的阻抗基 準(zhǔn)值和相應(yīng)的雙繞組變壓 器阻抗基準(zhǔn)值之比為,因此，他們短路阻抗標(biāo)么值之比為：,2）高壓側(cè)短路，低壓側(cè)進(jìn)行短路試驗(yàn),把公共繞組作為一次繞組、串聯(lián)繞組作為二次繞組時(shí) 短路測得的短路阻抗為：,它們短路阻抗標(biāo)么值之比還為：,主要用在高壓電力系統(tǒng)中兩個(gè)電壓相差不大的電網(wǎng)上，小容量自耦變壓器也被用作實(shí)驗(yàn)室中的調(diào)壓設(shè)備。,總 結(jié),用途：,缺點(diǎn)：,1）短路阻

6、抗標(biāo)幺值比雙繞組小，短路電流較大。 2）由于自耦變壓器原副邊有電的直接聯(lián)系，高壓邊過電壓時(shí)，低壓邊也產(chǎn)生嚴(yán)重的過電壓，兩邊均需要裝設(shè)避雷器。,7.2 三繞組變壓器,一、結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 每個(gè)鐵心柱上套有三個(gè)不同電壓級別的繞組，通常高壓繞組放在最外層，低壓繞組或中壓繞組放在內(nèi)層。,通常以最大的繞組容量命名三繞組變壓器的額定容量SN。,一般工作情況下，三繞組的任意一個(gè)（或兩個(gè)）繞組都可以作為原繞組，而其它的兩個(gè)（或一個(gè)）則為副繞組。,二、用途及繞組容量問題,三繞組變壓器可以直接連接三個(gè)不同電壓等級的電網(wǎng)。,N1,N2,N3,三、基本分析方法和思路,磁動勢平衡：,主磁通感應(yīng)電動勢可表示為：,自漏磁通感應(yīng)的電

7、動勢可表示為：,還有兩兩繞組之間的互漏磁通，比如某繞組電流 產(chǎn)生的和另一個(gè)繞組交鏈的互漏磁通會在這個(gè)繞 組中感應(yīng)電動勢，也可用負(fù)的漏電抗壓降表示：,二次繞組電流 產(chǎn) 生的與一次繞組交鏈 的互漏磁 在一次 繞組中感應(yīng)電動勢,互漏磁通感應(yīng)電動勢說明：,可得各次繞組的電壓方程為：,變比：主磁通在三個(gè)繞組感應(yīng)主磁電勢之比等 于變比，總共三個(gè)變比。,參數(shù)歸算（歸算到一次側(cè)）：,歸算后的四個(gè)基本方程：,最后可簡寫為：,稱為等效電抗,其中： 稱為等效阻抗,稱為等效電抗。,其中： 稱為等效阻抗,注意：等效電路的電抗是等效電抗，不是各繞組本身的漏抗，它們綜合反映自漏抗與互漏抗的影響。磁路主要經(jīng)空氣閉合，等效電抗

8、為常數(shù)。,7.3電壓互感器和電流互感器,擴(kuò)大常規(guī)儀表的量程； 使測量回路與被測系統(tǒng)隔離，以保障工作人員和測試設(shè)備安全； 由互感器直接帶動繼電器線圈，為各類繼電保護(hù)提供控制信號，也可以經(jīng)過整流變換成直流電壓，為控制系統(tǒng)或微機(jī)控制系統(tǒng)提供控制信號。,測量系統(tǒng)使用的電壓互感器，其次級側(cè)額定電壓都統(tǒng)一設(shè)計(jì)成100V；電流互感器次級側(cè)額定電流都統(tǒng)一設(shè)計(jì)成5A或1A。 互感器主要性能指標(biāo)是測量精度，要求轉(zhuǎn)換值與被測量值之間有良好的線性關(guān)系。 電壓互感器規(guī)定了0.2、0.5、l、3等四個(gè)標(biāo)準(zhǔn)等級 電流互感器分為0.2、0.5、l.0、3.0和10.0 五個(gè)標(biāo)準(zhǔn)等級,7.3電壓互感器和電流互感器,電壓互感器,

9、高壓繞組接到被測量系統(tǒng)的電壓線路上，低壓繞組接到測量儀表的電壓線圈。 如儀表的個(gè)數(shù)不止一個(gè)、則各儀表的電壓線圈都應(yīng)并聯(lián)。,電壓互感器的誤差來源,變比誤差：指U2與U1的代數(shù)差值。負(fù)載的大小與所接儀表的數(shù)量有關(guān)，電壓互感器本身有激磁電流和漏阻抗壓降存在。這時(shí)，U2U1，出現(xiàn)變比誤差。 相角誤差：U2與U1不同相，相角誤差表示為-U2與U1的相位差。,從雙繞組變壓器的相量圖分析,減小誤差的措施,使用要求測試儀表有高阻抗，次級側(cè)電流較小，接近于空載狀態(tài)。電壓互感器所能連接的儀表數(shù)量要受額定容量的限制。 制造減小互感器的激磁電流和漏阻抗。 鐵芯通常采用鐵耗小的高級硅鋼片； 磁路應(yīng)處于不飽和狀態(tài)，工作磁

10、密一般為0.60.8T； 使磁路有較小的間隙；采用較粗導(dǎo)線以減小電阻，使有較小的漏阻抗。,特別注意：（電壓互感器）,次級側(cè)絕對不允許短路，因短路電流將引起繞組發(fā)熱，有可能破壞繞組絕緣電阻，導(dǎo)致高電壓侵入低壓回路，危及人身和設(shè)備安全。 互感器鐵芯和次級繞組的一端必須可靠接地。,電流互感器,初級繞組匝數(shù)較少，一般只有一匝或幾匝，而次級繞組的匝數(shù)較多。 初級繞組串聯(lián)在被測線路中，次級繞組接至電流表，或功率表的電流線圈，或電度表的電流線圈。 各測量儀表的電流線圈應(yīng)串聯(lián)連接。由于電流線圈的電阻值很小， 電流互感器可視為處于短路運(yùn)行狀態(tài)的變壓器。,特別注意,不允許電流互感器的次級側(cè)開路 次級側(cè)開路，初級側(cè)

11、電流將全部為激磁電流，使鐵芯過飽和，鐵耗將急劇增大，引起互感器嚴(yán)重發(fā)熱。 次級繞組匝數(shù)較多，次級繞組突然開路，將感應(yīng)較高的電壓，對操作人員有極大危險(xiǎn)。 電流互感器次級繞組的一端以及鐵芯均應(yīng)可靠接地。,三繞組變壓器采用具有自感和互感的電路來進(jìn)行分析，得到變壓器的基本方程式、等效電路和相量圖 與雙繞組變壓器不同：等效電路中的x1、x2、x3是組合電抗，不代表各繞組的漏抗。在用標(biāo)么值表示時(shí)，一律以變壓器的額定容量作為基值容量。 自耦變壓器初級、次級繞組間不僅有磁的聯(lián)系，還有電的聯(lián)系。其功率的傳遞包括：通過電磁感應(yīng)關(guān)系傳遞的電磁功率為(1-1/kA)SN，直接傳導(dǎo)的功率為(1/kA)SN。,小結(jié),通過電磁作用傳遞的功率(又稱計(jì)算功率)越小，其尺寸和損耗亦越小，自耦變壓器的優(yōu)點(diǎn)越突出。但由于短路阻抗標(biāo)么值較小，短路電流較大。 電壓互感器和電流互感器的工作原理同變壓器。在使用時(shí)應(yīng)將次級側(cè)的一端及鐵芯接地。在初級側(cè)接電源時(shí)，電壓互感器的次級側(cè)不允許短路，而電流互感器的次級側(cè)則絕對不允許開路。,小結(jié),