第四章 三繞組變壓器和自耦變壓器,4-1 概 述 4-2 三繞組變壓器 4-3 自耦變壓器,第四章 三繞組變壓器和自耦變壓器,基本要求： 1.了解三繞組變壓器和自耦變壓器的用途及結構特點； 2.掌握三繞組變壓器的基本電磁關系、簡化等效電路及其參數(shù)的物理意義和測定方法； 3.掌握自耦變壓器的基本電磁關系、方程式和等效電路， 4.掌握自耦變壓器的容量關系和計算方法。,4-1 概 述,變壓器按繞組數(shù)目分為：雙繞組變壓器、三繞組變壓器、自耦變壓器。 1.三繞組變壓器,定義：每相鐵心柱上有高壓、中壓、低壓三個繞組的變壓器。 用途：在電力系統(tǒng)中，當需要把三個不同電壓等級的電網(wǎng)聯(lián)系起來時，常采用三繞組變壓器。,2.自耦變壓器 定義：一次繞組和二次繞組具有公共繞組的變壓器。,QZB自耦變壓器,220kV三相三繞組無勵磁調(diào)壓自耦降壓變壓器,用途：在高壓大容量電力系統(tǒng)中，當需要把兩個電壓等級相近的電力網(wǎng)聯(lián)系起來時，經(jīng)常采用自耦變壓器作為聯(lián)絡變壓器。,4-2 三繞組變壓器,三繞組變壓器的結構特點 三繞組變壓器的鐵心一般采用心式結構。 每相有高壓、中壓、低壓三個繞組，同心地套在同一鐵心柱上。通常高壓繞組放在最外層，低壓繞組或中壓繞組放在最里層。,三繞組變壓器繞組布置示意圖,(a)升壓變壓器,(b)降壓變壓器,1.工作原理,1）變比,三個繞組之間的變比,三繞組變壓器的磁通分為： 主磁通：同時與三個繞組交鏈的磁通稱為主磁通。,自漏磁通：只交鏈一個繞組的磁通稱為自漏磁通。,互漏磁通：只交鏈兩個繞組的磁通稱為互漏磁通。,2）基本方程式,當外施電壓為正弦波且穩(wěn)定運行時，電壓方程式為：,式中，R1、R2、R3為各繞組的電阻；L1、L2、L3為各繞組的自感；M12M21為繞組1與繞組2之間的互感；M13=M31為繞組1與繞組3之間的互感；M23=M32為繞組2與繞組3之間的互感。,(4-2),(4-3),(4-4),把二次側折算到一次側，即,折算到一次側的電壓方程式為：,磁動勢平衡方程式為：,把二次側折算到一次側，,磁動勢平衡方程式可寫為：,忽略勵磁電流，有,式中，,式(4-2) +式(4-3)，并將 代入，整理得,式(4-2) +式(4-4)，并將 代入，整理得,式中，,Z1、Z2、Z3分別是繞組1、2、3的等效電抗。 X1、X2、X3分別是繞組1、2、3的等效電抗，并非各繞組本身漏磁通所對應的電抗，而是各繞組的自感漏電抗以及該繞組與另兩個繞組之間的互感漏電抗的合成。,3）等效電路,由折算到一次側的基本方程式：,可畫出三繞組變壓器的簡化等效電路：,三繞組變壓器的電壓調(diào)整率為,三繞組變壓器的效率為,式中，pCu1 、 pCu2 、 pCu3是繞組1、2、3的銅耗； pFe是鐵耗； P2、P3是繞組2、3輸出的有功功率。,4）相量圖,由基本方程式可畫出三繞組變壓器的相量圖。,三繞組變壓器帶感性 負載時的相量圖,2.短路試驗測參數(shù),短路試驗1,等效阻抗 可通過三次短路實驗測定。每次測出兩個繞組間的短路阻抗。,短路試驗2,短路試驗3,三繞組變壓器的參數(shù) 為：,3.三繞組變壓器的額定容量及聯(lián)結組標號,1）額定容量 繞組的額定容量反映繞組傳遞功率的能力。 單相三繞組變壓器,三相三繞組變壓器,三繞組變壓器的額定容量SN：指三個繞組中容量最大的繞組容量。 2）容量配合,3）標準聯(lián)結組 三相三繞組變壓器的標準聯(lián)結組： YNyn0d11、YNyn0y0 單相三繞組變壓器的標準聯(lián)結組： I I0 I0,SFSZ9-240000/220 三繞組自然循環(huán)風冷有載調(diào)壓電力變壓器。,4-3 自耦變壓器,1.自耦變壓器的結構特點,(a)接線圖,特點：自耦變壓器的一、二次繞組之間不僅有磁的耦合，還有電的直接聯(lián)系。,自耦變壓器,公共繞組：一、二次繞組共用的部分繞組。(繞組ax) 串聯(lián)繞組：非公共部分的繞組。(繞組Aa),2. 基本方程式、等效電路、相量圖和容量關系 1）基本方程式,k為雙繞組變壓器的變比,自耦變壓器的變比為,低壓側回路電壓方程式：,高壓側回路電壓方程式：,磁動勢平衡方程式：,又,忽略勵磁電流，則有,自耦變壓器的電流關系：,2）簡化等效電路,3）相量圖,自耦變壓器帶感性 負載時的相量圖,自耦變壓器的簡化等效電路,4）容量關系,普通雙繞組變壓器：,自耦變壓器的輸出容量,自耦變壓器：,自耦變壓器的視在功率由兩部分組成： 電磁功率SM，是通過串聯(lián)繞組和公共繞組的電磁感應關系由一次側傳遞到二次側的功率。,傳導功率SC ，是由電源通過串聯(lián)繞組直接傳導作用到二次側的功率。,公共繞組的電磁容量為,串聯(lián)繞組的電磁容量為,結論：自耦變壓器的傳導容量占額定容量的1/kA，電磁容量占額定容量的(11/kA) 。,式中， 稱為自耦變壓器的效益因數(shù)。,3. 短路試驗、短路阻抗、短路電流和電壓調(diào)整率,1）短路阻抗 自耦變壓器短路阻抗ZkA的測定：在高壓側做短路試驗求得。,短路阻抗：,由簡化等效電路可知,由于ax繞組短接，電壓Uk實際上加在串聯(lián)繞組Aa上。因此由高壓側測得的ZkA等于把繞組Aa作為一次繞組、ax作為二次繞組的雙繞組變壓器的短路阻抗。,這兩個短路阻抗的阻抗基值之比為,它們的標幺值之比為,自耦變壓器短路阻抗ZkA的測定：在低壓側做短路試驗求得。,由簡化等效電路可知,即,改成雙繞組變壓器進行短路試驗，求得的短路阻抗為,這兩個短路阻抗的比值為,它們的阻抗基值之比為,它們的標幺值之比為,2）短路電流,3）電壓調(diào)整率,4）效率,結論：,（1）自耦變壓器短路阻抗的絕對值與同電磁容量的雙繞組變壓器相等，短路阻抗的標幺值是同電磁容量雙繞組變壓器的kxy倍。 （2）和雙繞組變壓器一樣，自耦變壓器的短路阻抗標幺值從高壓側或低壓側看都是一樣的。,（4）因為電壓調(diào)整率近似與 成正比，所以自耦變壓器負載時的電壓調(diào)整率約為同電磁容量雙繞組變壓器的kxy倍。,（3）因為短路電流與 成反比，所以自耦變壓器的短路電流大約為同電磁容量雙繞組變壓器的 倍，這點對自耦變壓器安全運行是不利的。,4. 自耦變壓器的運行問題,（1）為了防止由于高壓側單相接地故障而引起低壓側過電壓，用在電網(wǎng)中的三相自耦變壓器的中性點必須可靠接地。,（2）由于高、低壓側有電路上的聯(lián)系，高壓側遭受雷擊過電壓時，也會傳到低壓側。為了避免發(fā)生危險，高、低壓側均需要裝設避雷器。 （3）由于自耦變壓器的短路電流較大，為此必須采取限制短路電流的措施。,自耦變壓器中性點接地,