CH6 三绕组变压器和其他用途变压器.ppt

Zk
I1N U1N
Zka* U1N N1 1 K 1 1
Zk* U1aN N1 N2 11/ K Ka
Ka
Z ka*
(1
1 Ka
)Z k*
30
4、短路试验、短路阻抗、电压变化率和短路电流
1 Z ka* (1 K a )Z k*
讨论：当一台双绕组变压器接成自耦变压器运行时， 短路阻抗标幺值减小。变比K a 越小，阻抗标幺值下降 越多。所以，自耦变压器的电压变化率较双绕组变压 器减小，宜用于高压输电线路中作为补偿线路电压损 耗的变压器。同时，由于阻抗标幺值减小，自耦变压 器较同容量的双绕组变压器短路电流增大，因为短路 电流与阻抗标幺值成反比。
U 3 K13U3
r3
K
2 13
r3
L2
K
2 12
L2
L3
K
2 13
L3
M12 K12 M12 M 21
M13 K13M13 M 31 M 23 K12 K13M 23 M 32
13
第一节 三绕组变压器
由于自感和互感都不是常数，上述方程组为一组
非线性方程组。但因为输入电压大小维持不变时，
将电压加在绕组1，绕组2短路，绕组3开路，此时 测得的短路阻抗为：
zk12 z1 z2 (r1 r2) j(x1 x2 ) rk12 jx k12
（2）第二次短路试验 将电压加在绕组1，绕组3短路，绕组2开路，此时
测得的短路阻抗为：
zk13 z1 z3 (r1 r3) j(x1 x3 ) rk13 jx k1318
z1 r1 jx1 x1 (L1 M 12 M 13 M 23 )
z2 r2 jx2 x2 (L2 M12 M 23 M13 )
z3 r3 jx3 x3 (L3 M 13 M 23 M 12 )
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第一节 三绕组变压器
三绕组变压器等效电路中各电抗参数为各绕组 的自感漏电抗及绕组间互感漏电抗合成的等效电抗， 相应的阻抗为等值阻抗。
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5、容量关系
自耦变压器的额定容量（也称为铭牌容量）和 绕组容量（又称为电磁容量）不相等，额定容量， 指的是自耦变压器总的输入或输出容量，为：
SNA U1N I1N U2N I2N
电磁容量指的是绕组电压与电流的乘积。对于 双绕组变压器，变压器的容量就是绕组容量。但自 耦变压器，绕组容量与变压器容量不同，前者比后 者小。
3
第一节 三绕组变压器
用途：
满足二次侧的不同电压要求；
对重要负载，为安全、经济供电，由不同电压等级 线路经过三绕组变压器共同供电；
第三绕组接成 ，给附近较低电压的配电回路供 电；有时仅接同步补偿机或静电电容器，以改善电 网功率因数；也有不将第三绕组引出，专供三次谐 波励磁电流提供i3形成通路，以改善电势波形和减小 不对称负载运行时的中点位移。
图6－4 三绕组变压器的等效电路
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复习
变压器的正序、负序阻抗及等效电路 零序阻抗和零序等效电路
绕组联结方式，Y，Yn，D 磁路结构：心式，组式 YYn联结组式变压器不能带单相负载 变压器空载合闸 变压器突然短路 三绕组变压器的分析方法
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第一节 三绕组变压器
3.等效电路中参数的测定
三绕组变压器简化等效电路中的参数可以通过三次 短路试验测出。短路试验可按如下步骤进行： （1）第一次短路试验
三绕组变压器负载运行时，磁势平衡方程为：
I&1N1 I&2 N2 I&3 N3 I&0 N1
图6－3 单相三绕组变压器负载运行示意图 10
第一节 三绕组变压器
如果忽略励磁电流，上式可表示为：
I&1N1 I&2 N2 I&3N3 0
把绕组2与绕组3折算到绕组1，有：
I&1 I&2 I&3 0
一为绕组容量，它实际上是以串联绕组Aa为一 次侧，以公共绕组ax为二次侧的一个双绕组变压器， 通过电磁感应作用从一次侧传递到二次测的容量；
4
第一节 三绕组变压器
1.结构特点
一般为心式结构，每个心柱上同心排列三个绕组。 从绝缘上考虑，通常将高压绕组放在最外层。
5
第一节 三绕组变压器
1.结构特点
低压绕组处于高压和中压绕组之间，中压绕组 在最里层，为升压变压器；中压绕组处于高压和低 压绕组之间，低压绕组在最里层，为降压变压器。 6
第一节 三绕组变压器
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5、容量关系
串联绕组Aa的电磁容量为：
U Aa I1N
N1
N1 N2
U1N
I1N
(1
1 Ka )SNA
K xy SNA
公共绕组ax的电磁容量为：
Uax I N
U2N (I2N
I1N ) (1
1 Ka )U2N I2N
K xy SNA
K xy
1
1 Ka
为效益系数。
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5、容量关系
结论：公共绕组和串联绕组的绕组容量相等。自耦 变压器的额定容量包含两部分：
图6－5 自耦变压器结构及原理接线图
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2.基本方程式
高压侧： U&1 E&1 E&2 I&1Z Aa I&Zax
低压侧： U&2 E&2 I&Zax
自耦变压器变比为：
Ka
E1 E2 E2
N1 N2 N2
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2.基本方程式
忽略变压器空载电流，有磁势平衡方程：
I&1(N1 N2 ) I&2 N2 0
第六章 三绕组变压器和 其它用途的变压器
Multiwinding Transformer and Special Transformer
1
第六章 三绕组变压器和其它用 途变压器
第一节 三绕组变压器 第二节 自耦变压器 第三节 互感器
2
第一节 三绕组变压器
三绕组变压器有高压、中压和低压三个绕组， 可以有三种等级的电压。
第一节 三绕组变压器
（3）第三次短路试验
将电压加在绕组2，绕组3短路，绕组1开路，此时测
得的参数为折算到绕组2的绕组2和绕组3之间的短路阻
抗。要得到折算到绕组1的参数，需乘以K
2 12
，即：
zk 23 z2 z3 (r2 r3) j(x3 x3 ) rk23 jxk 23
r1
rk12
Z
k
与该变压
a
器作为双绕组变压器时的短路阻抗 Z k 相等。但二
者的标幺值不相等，因为接成自耦变压器和双绕
组变压器运行时，阻抗基值不同。
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4、短路试验、短路阻抗、电压变化率和短路电流
接成自耦变压器时：
Z ka*
Z ka U1aN / I1N
Zk
I1N U1aN
接成双绕组变压器时：
Z k*
Zk U1N / I1N
1.结构特点
三绕组变压器运行时，可将其中的一个绕组接电源， 则另外两个绕组有两个等级的电压输出；也可以将两个 绕组接电源，向第三个绕组供电，提高供电可靠性。
图6－2 SFSZ9系列110kV级三绕组变压器
7
第一节 三绕组变压器
2.容量与联结组
三绕组变压器三个绕组的容量可以不相等。 其额定容量指三个绕组中容量最大的一个绕组的额 定容量。
I&2
I&2 K12
I&3
I&3 K13
分别为绕组2和绕组3折算到绕组1的电流。
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第一节 三绕组变压器
（2） 电动势平衡方程
三绕组变压器中，三个绕组互相耦合。即不与一 次绕组交链的磁通，可能除了与本绕组交链外，还 与另外一个二次绕组交链，漏磁通的概念不明确， 所以，三绕组变压器分析和讨论时利用各绕组的自 感和互感的概念。
如果将额定容量作为100％，三个绕组的容量 配合可以为100/100/100、100/100/50、100/50/100。
三相三绕组变压器的联结组有YN、yn0，d11 （ Y0 /Y0 / 12 11）和YN、yn0，y0（ Y0 /Y0 /Y 12 12 ）两 种，前者更为常用。
8
第一节 三绕组变压器
21
第二节 自耦变压器
所谓自耦变压器，是一次和二次共用同一个 绕组的变压器。 特点：原，副边绕组间不仅有磁的联系且有电的
联系，副绕组中有一部分是公共绕组。 省材，体积小，重量轻，成本低。
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1.结构特点
可看作为一台双绕组变压器改接而成，其中ax绕 组为高低压两侧共用，称为公共绕组，Aa绕组称为串 联绕组。Aa绕组的匝数一般比ax绕组的少。
] 100%
P1
P2 P3 pFe pCu
P2 、P3 是第二和第三绕组输出的有功功率，
p Fe 是变压器的铁耗，pCu 是变压器的铜耗，为三 个绕组的铜耗之和。
由于三绕组变压器的各绕组额定容量可能不相 等，所以在采用标幺值进行计算时，应进行容量折 算。通常取高压绕组的额定容量作为容量基值。
I1 (r1 jx1 ) I2 (r2 jx2 ) I1z1 I2 z2 14
第一节 三绕组变压器
U&13 U&1 (U&3)
I&1[r1 j(L1 M12 M13 M23)] I&3[r3 j(L3 M13 M23 M12 )] I1(r1 jx1) I3 (r3 jx3 ) I1z1 I3 z3
图6－6 自耦变压器简化等效电路
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4、短路试验、短路阻抗、电压变化率和短路电流
自耦变压器的短路阻抗为：
Z ka Z Aa Z ax (1 K a ) 2 Z Aa Z ax K 2 Z k
K N1 、Z k 分别为把自耦变压器接成双绕组变 压器时N的2 变比和短路阻抗。
表明：自耦变压器高压侧的短路阻抗
I&1
N2 N1 N2
I&2
1 Ka
I&2
公共绕组ax中的电流为：
I&
I&1
I&2
1 Ka
I&2
I&2
(1
1 Ka
)I&2
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2.基本方程式
输出电流由两部分组成：其中串联绕组的电流是由 于高、低压绕组之间有电的联系，从高压侧直接流 入低压侧的，公共绕组流过的电流是通过电磁感应 作用传递到低压侧的。
I2 I1 I
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3、等效电路
用折算法把自耦变压器低压侧的量折算到高压 侧，则折算到高压侧的低压侧电动势方程为：
U2 K aU2 K a E2 K a IZ ax
I I1 I2 I1 K a I2
K a E2 E1 E2
U2 (E1 E2 ) K a (I1 K a I2 )Z ax
3.工作原理
当三绕组变压器的一次绕组接到电源上，二次 和三次绕组开路时，为空载运行状态。
变比：
K12
N1 N2
U1N U2N
K13
N1 N3
U1N U3N
K23
N2 N3
U2N U3N
N1、N2、N3、U1N、U2N和U3N分别为三个绕组
的匝数和额定电压。
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第一节 三绕组变压器
（1） 磁动势平衡方程
U 12
U1 U 2 U1
100 %
U 13
U1 U 3 U1
100 %
第二绕组端电压不仅取决于本绕组的负载电流和 阻抗，还要受第三绕组的负载电流和第一绕组的阻抗 影响。同样，第三绕组的端电压也是这样。
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第一节 三绕组变压器
三绕组变压器的效率计算公式为：
1 p [1
pFe pCu
U1 E1 E2 I1Z Aa (I1 K a I2 )Z ax
U1 U2 I1[Z Aa Z ax (1 K a )] I2 (1 K a )K a Z ax 27
3、等效电路
U1 U2 I1[Z Aa Z ax (1 K a )] I2 (1 K a )K a Z ax
rk13 2
rk23
r2
rk12
rk23 2
rk13
r3
rk13
rk23 2
rk12
x1
xk12
xk13 2
xk 23
x2
xk12
xk 23 2
xk13
x3
xk13
xk 23 2
xk12
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第一节 三绕组变压器
4. 电压变化率和效率
三绕组变压器所带负载发生变化时，第二和 第三绕组的端电压也将发生变化，三绕组变压器 的电压调整率定义为：
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第一节 三绕组变压器
折算到一次侧的变压器电动势平衡方程为：
U1 U2
I1r1 I2 r2
jL1I1 jM 21
jMwenku.baidu.com
I1
12 I2 jM13 I3 jL2 I2 jM 23
I3
U3
I3r3
jM 31I1
jM 32 I2
jL3
I3
U 2 K12U2
r2
K
r 2 12 2
铁心饱和程度基本不变，铁心磁导基本不变，所以
可近似认为自感和互感都是常数，即可认为是线性
方程组。
U1 U2
I1r1 I2 r2
jL1I1 jM 21
jM
I1
12 I2 jM 13 I3 jL2 I2 jM 23
I3
U3
I3r3
jM 31I1
jM 32 I2
jL3
I3
U12 U1 (U2 ) I1[r1 j(L1 M12 M13 M 23 )] I2[r2 j(L2 M12 M 23 M13 )]