繞組變壓器、自耦變壓器、互感器

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1、第第 8 8 章章 三繞組變壓器、自耦變壓器、互感器三繞組變壓器、自耦變壓器、互感器 8-1 8-1 自耦變壓器自耦變壓器（Autoformer)一、定義一、定義 原、副方繞組有共同部分的變壓器稱為原、副方繞組有共同部分的變壓器稱為自耦變壓器。自耦變壓器。從雙繞組變壓器到自耦變壓器第第 8 8 章章 三繞組變壓器、自耦變壓器、互感器三繞組變壓器、自耦變壓器、互感器 二、特點二、特點 1 1、變比、變比 k ka a=U=U1 1/U/U2 2=N=Nabab/N/Nbcbc 2 2、磁勢平衡：、磁勢平衡：I I1 1N Nacac+(I+(I1 1+I+I2 2)N)Nbcbc=I=I0 0N

2、 Nabab I I1 1(N(Nabab-N-Nbcbc)+(I)+(I1 1+I+I2 2)N)Nbcbc=I=I0 0N Nabab I I1 1N Nacac+I+IcbcbN Nbcbc=0=0 I IacacN Nacac=-I=-IcbcbN Nbcbc I I1 1N Nabab+I+I2 2N Nbcbc=0=0 I I1 1/I/I2 2=-N=-Nabab/N/Nacac=-1/k=-1/ka a 也就是在忽略激磁電流后一個繞組本身的兩段存在也就是在忽略激磁電流后一個繞組本身的兩段存在著磁勢平衡。著磁勢平衡。3 3、易制成調壓器、易制成調壓器第第 8 8 章章 三繞組變壓

3、器、自耦變壓器、互感器三繞組變壓器、自耦變壓器、互感器 1 1）由原邊直接傳到副邊的容量稱為傳導容量，）由原邊直接傳到副邊的容量稱為傳導容量，它既不消耗材料，也不產生損耗它既不消耗材料，也不產生損耗2 2）繞組通過電磁作用得到的容量稱為電磁容量，）繞組通過電磁作用得到的容量稱為電磁容量，也叫繞組容量也叫繞組容量3 3）自耦變壓器額定運行時的額定容量為傳導容量）自耦變壓器額定運行時的額定容量為傳導容量和電磁容量之和和電磁容量之和4 4）自耦變壓器的電磁容量與額定容量的比值稱）自耦變壓器的電磁容量與額定容量的比值稱為效益系數為效益系數xyk定義定義第第 8 8 章章 三繞組變壓器、自耦變壓器、互感

4、器三繞組變壓器、自耦變壓器、互感器 1 12 11 111xyAU IU IkU Ik 繞組容量繞組容量1AaNxyNAUIk S額定容量額定容量 傳導容量傳導容量效益系數效益系數 =繞組容量繞組容量額定容量額定容量額定容量額定容量xyk0.0909 2200200VA200 1200axxyNAVUAIk S 20 10200VA實例實例:1.1,0.091Axykk1EAXax2E1U第第 8 8 章章 三繞組變壓器、自耦變壓器、互感器三繞組變壓器、自耦變壓器、互感器 越接近越接近1,1,越小越小,電磁容量電磁容量(繞組容量繞組容量)越小越小,傳導容量越大傳導容量越大,節材效果越明顯。節材

5、效果越明顯。AkxykNAxyNASSSk SS電磁傳導傳導第第 8 8 章章 三繞組變壓器、自耦變壓器、互感器三繞組變壓器、自耦變壓器、互感器 三、傳導容量和電磁容量三、傳導容量和電磁容量電磁容量電磁容量S Sdcdc=S=S(1-1/k(1-1/ka a)傳導容量傳導容量S Scdcd=S=S1/k1/ka a自耦變壓器電流之關系第第 8 8 章章 三繞組變壓器、自耦變壓器、互感器三繞組變壓器、自耦變壓器、互感器 可見兩段繞組的容量均只有變壓器容量可見兩段繞組的容量均只有變壓器容量(1-1/k(1-1/ka a)倍。倍。自耦變壓器不僅可以省去一個繞組，而且其繞組容量自耦變壓器不僅可以省去一

6、個繞組，而且其繞組容量要比相應的雙繞組變壓器小，這樣就減少鐵、銅等材要比相應的雙繞組變壓器小，這樣就減少鐵、銅等材料，縮小尺寸。料，縮小尺寸。(1-1/k(1-1/ka a)越小則省材越多，所以適合于越小則省材越多，所以適合于k ka a接近于接近于1 1的情的情況。況。I I2 2=I=I1 1+I+Ibcbc 此式由相量式轉換為代數式是成立的此式由相量式轉換為代數式是成立的S S2 2=U=U2 2I I2 2=U=U2 2I I1 1(傳導容量傳導容量)+U)+U2 2I Ibcbc(電磁容量電磁容量)各占百分各占百分比：比：S Scdcd/S/S2 2=I=I1 1/I/I2 2=1/

7、k=1/ka a S Sdcdc/S/S2 2=1-S=1-Scdcd/S/S2 2=1-1/k=1-1/ka a 第第 8 8 章章 三繞組變壓器、自耦變壓器、互感器三繞組變壓器、自耦變壓器、互感器 主要用在高壓電力系統中兩個電壓相差不大主要用在高壓電力系統中兩個電壓相差不大的電網上，小容量自耦變壓器也被用作實驗的電網上，小容量自耦變壓器也被用作實驗室中的調壓設備。室中的調壓設備?？偪?結結用途：用途：優點：優點：比雙繞組電力變壓器省材料，成本低，效率比雙繞組電力變壓器省材料，成本低，效率高。高。越接近越接近1,1,越小越小,電磁容量電磁容量(繞繞組容量組容量)越小越小,節材效果越明顯節材效

8、果越明顯.Akxyk第第 8 8 章章 三繞組變壓器、自耦變壓器、互感器三繞組變壓器、自耦變壓器、互感器 缺點：缺點：1 1）短路阻抗標幺值比雙繞組小，短）短路阻抗標幺值比雙繞組小，短路電流較大路電流較大。2 2）由于自耦變壓器原副邊有電的直）由于自耦變壓器原副邊有電的直接聯系，高壓邊過電壓時，低壓邊也接聯系，高壓邊過電壓時，低壓邊也產生嚴重的過電壓，兩邊均需要裝設產生嚴重的過電壓，兩邊均需要裝設避雷器。避雷器。第第 8 8 章章 三繞組變壓器、自耦變壓器、互感器三繞組變壓器、自耦變壓器、互感器 8-2 8-2 三繞組變壓器三繞組變壓器 一、結構和用途一、結構和用途 三繞組變壓器的每相有三繞組

9、變壓器的每相有3 3個繞組，當一次繞組接到交流電個繞組，當一次繞組接到交流電源后，另外源后，另外2 2個繞組就感應出不同的電勢，這種變壓器用個繞組就感應出不同的電勢，這種變壓器用于需要于需要2 2種不同電壓等級的負載。種不同電壓等級的負載。發電廠和變電所通常出現三種不同等級的電壓，所以三繞發電廠和變電所通常出現三種不同等級的電壓，所以三繞組變壓器在電力系統中應用比較廣泛。組變壓器在電力系統中應用比較廣泛。每相的高中低壓繞組均套于同一鐵心柱上。為了絕緣使用每相的高中低壓繞組均套于同一鐵心柱上。為了絕緣使用合理，通常把高壓繞組放在最外層，中壓和低壓繞組放在合理，通常把高壓繞組放在最外層，中壓和低壓

10、繞組放在內層。內層。額定容量是指容量最大的那個繞組的容量，一般容量的百額定容量是指容量最大的那個繞組的容量，一般容量的百分比按高中低壓繞組有三種形式分比按高中低壓繞組有三種形式100/100/50100/100/50、100/50/100100/50/100、100/100/100100/100/100。第第 8 8 章章 三繞組變壓器、自耦變壓器、互感器三繞組變壓器、自耦變壓器、互感器 第第 8 8 章章 三繞組變壓器、自耦變壓器、互感器三繞組變壓器、自耦變壓器、互感器 基本分析方法和思路基本分析方法和思路1 1223 300N IN IN IF磁動勢平衡：磁動勢平衡：主磁通感應電動勢可表示

11、為：主磁通感應電動勢可表示為：自漏磁通感應的電動勢可表示為：自漏磁通感應的電動勢可表示為：111122223333sssEjI XEjI XEjI X 、010203EEE、第第 8 8 章章 三繞組變壓器、自耦變壓器、互感器三繞組變壓器、自耦變壓器、互感器 2122131331ssEjI XEjI X 、1211232332ssEjI XEjI X 、1311323223ssEjI XEjI X 、第第 8 8 章章 三繞組變壓器、自耦變壓器、互感器三繞組變壓器、自耦變壓器、互感器 21sE2I12s21221sEjI X 2121,sXM1212112212sssNMN Ni12s2I11

12、223321sE第第 8 8 章章 三繞組變壓器、自耦變壓器、互感器三繞組變壓器、自耦變壓器、互感器 二、特性二、特性3 3個變比：個變比：k k1212=N=N1 1/N/N2 2 U U1 1/U/U2020 k k1313=N=N1 1/N/N3 3 U U1 1/U/U1 1 k k2323=N=N2 2/N/N3 3 U U2020/U/U3030負載運行時若不計空載電流負載運行時若不計空載電流 I I0 0 ，則變壓器的則變壓器的磁勢平衡方程磁勢平衡方程為為 I I1 1N N1 1+I+I2 2N N2 2+I+I3 3N N3 3=0=0I I1 1+I+I2 2/k/k121

13、2+I+I3 3/k/k1313=0=0I I1 1+I+I2 2+I+I3 3=0=0第第 8 8 章章 三繞組變壓器、自耦變壓器、互感器三繞組變壓器、自耦變壓器、互感器 簡化等效電路中的簡化等效電路中的 Z Z1 1=R=R1 1+jX+jX1 1 為一次側的阻抗，為一次側的阻抗，Z Z2 2=R=R2 2+jX+jX2 2為二次側折算到一次側的阻抗；為二次側折算到一次側的阻抗；Z Z3 3=R=R3 3+jX+jX3 3為三次側折算到一次側的阻抗，為三次側折算到一次側的阻抗，六個參數可以根據穩態短路試驗求得。六個參數可以根據穩態短路試驗求得。繞組繞組1 1加電壓，繞組加電壓，繞組2 2短

14、路，繞組短路，繞組3 3開路開路 Z Zk12k12=R=Rk12k12+jX+jXk12k12=(R=(R1 1+R+R2 2)+j(X)+j(X1 1+X+X2 2)繞組繞組1 1加電壓，繞組加電壓，繞組3 3短路，繞組短路，繞組2 2開路開路 Z Zk13k13=R=Rk13k13+jX+jXk13k13=(R=(R1 1+R+R3 3)+j(X)+j(X1 1+X+X3 3)繞組繞組2 2加電壓，繞組加電壓，繞組3 3短路，繞組短路，繞組1 1開路開路 Z Zk23k23=R=Rk23k23+jX+jXk23k23=(R=(R2 2+R+R3 3)+j(X)+j(X2 2+X+X3 3

15、)第第 8 8 章章 三繞組變壓器、自耦變壓器、互感器三繞組變壓器、自耦變壓器、互感器 R R1 1=1/2(R=1/2(Rk12k12+R+Rk13k13-R-Rk23k23)X X1 1=1/2(X=1/2(Xk12k12+X+Xk13k13-X-Xk23k23)R R2 2=1/2(R=1/2(Rk12k12+R+Rk23k23-R-Rk13k13)X X2 2=1/2(X=1/2(Xk12k12+X+Xk23k23-X-Xk13k13)R R3 3=1/2(R=1/2(Rk13k13+R+Rk23k23-R-Rk12k12)X X3 3=1/2(X=1/2(Xk13k13+X+Xk23

16、k23-X-Xk12k12)知道參數后就可以根據等效電路計算特性了知道參數后就可以根據等效電路計算特性了。第第 8 8 章章 三繞組變壓器、自耦變壓器、互感器三繞組變壓器、自耦變壓器、互感器 122211UUI ZI Z+133311UUI ZI Z+1U/2U/3U1jX1R/2R/2jX/3jX/3R1I/2I/3I三繞組變壓器等效電路三繞組變壓器等效電路第第 8 8 章章 三繞組變壓器、自耦變壓器、互感器三繞組變壓器、自耦變壓器、互感器 111222333ZRjXZRjXZRjX111231231XXXXX+-222312312XXXXX+-333122331XXXXX+-注意注意：等效

17、電路的電抗是等效電路的電抗是等效電抗等效電抗，不是各繞組本身，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。磁路的漏抗，它們綜合反映自漏抗與互漏抗的影響。磁路主要經空氣閉合，等效電抗為常數。主要經空氣閉合，等效電抗為常數。第第 8 8 章章 三繞組變壓器、自耦變壓器、互感器三繞組變壓器、自耦變壓器、互感器 8-3 8-3 互感器互感器 互感器屬測量裝置，按變壓器原理工作?；ジ衅鲗贉y量裝置，按變壓器原理工作。電力系統中的大電流、高電壓有時無法直接用普電力系統中的大電流、高電壓有時無法直接用普通的電流表和電壓表來測量，必須通過互感器將通的電流表和電壓表來測量，必須通過互感器將待測電量按比

18、例減小后測量。待測電量按比例減小后測量?；ジ衅骶哂谢ジ衅骶哂? 2種作用：將高電量轉換為能用普通標種作用：將高電量轉換為能用普通標準儀表測量的電量準儀表測量的電量1A/5A/100V/500V;1A/5A/100V/500V;將儀表與高將儀表與高壓電路隔離，保證儀表及人身安全。壓電路隔離，保證儀表及人身安全。第第 8 8 章章 三繞組變壓器、自耦變壓器、互感器三繞組變壓器、自耦變壓器、互感器 一、電流互感器一、電流互感器 一次側只有一次側只有1 1到幾匝，導到幾匝，導線截面積大，串入被測電線截面積大，串入被測電路。二次側匝數多，導線路。二次側匝數多，導線細，與阻抗較小的儀表細，與阻抗較小的儀表

19、（電流表、功率表的電流（電流表、功率表的電流線圈）構成閉路。線圈）構成閉路。電流互感器的運行情況相電流互感器的運行情況相當于二次側短路的變壓器，當于二次側短路的變壓器，一般選擇很低的磁密一般選擇很低的磁密(0.08-0.1)T(0.08-0.1)T，并忽略勵，并忽略勵磁電流，則磁電流，則I I1 1/I/I2 2=N=N2 2/N/N1 1=k=k 。第第 8 8 章章 三繞組變壓器、自耦變壓器、互感器三繞組變壓器、自耦變壓器、互感器 勵磁電流是誤差的主要根源。勵磁電流是誤差的主要根源。，1 1表示變比誤差不超過表示變比誤差不超過1%1%。注意事項注意事項：副邊繞組必須可靠接地，以防止由于絕緣

20、損壞后，副邊繞組必須可靠接地，以防止由于絕緣損壞后，原邊高電壓傳入危及人身安全。原邊高電壓傳入危及人身安全。副邊絕對不容許開路。開路時互感器成了空載狀副邊絕對不容許開路。開路時互感器成了空載狀態，磁通高出額定時許多態，磁通高出額定時許多(1.4-1.8T)(1.4-1.8T)，除了產生，除了產生大量鐵耗損壞互感器外，還在副邊繞組感應出危大量鐵耗損壞互感器外，還在副邊繞組感應出危險的高壓，危及人身安全。險的高壓，危及人身安全。第第 8 8 章章 三繞組變壓器、自耦變壓器、互感器三繞組變壓器、自耦變壓器、互感器 二、電壓互感器二、電壓互感器 電壓互感器的運行情況相電壓互感器的運行情況相當于二次側開

21、路的變壓器，當于二次側開路的變壓器，其負載為阻抗較大的測量其負載為阻抗較大的測量儀表。儀表。副邊電流產生的壓降和勵副邊電流產生的壓降和勵磁電流的存在是電壓互感磁電流的存在是電壓互感器誤差之源。器誤差之源。電壓互感器副邊不能接過電壓互感器副邊不能接過多的負載；且要求鐵心不多的負載；且要求鐵心不飽和飽和(0.6-0.8T)(0.6-0.8T)。注意事項：注意事項：副邊繞組連同副邊繞組連同鐵心必須可靠接地。鐵心必須可靠接地。副邊絕對不容許短路。副邊絕對不容許短路。第第 8 8 章章 三繞組變壓器、自耦變壓器、互感器三繞組變壓器、自耦變壓器、互感器 三相分裂繞組變壓器 分裂變壓器是多繞組變壓器中的一種

22、特殊形式，和普分裂變壓器是多繞組變壓器中的一種特殊形式，和普通多繞組變壓器不同點在于：它的低壓繞組中有一個或幾通多繞組變壓器不同點在于：它的低壓繞組中有一個或幾個繞組分裂成額定容量相等的幾個支路，這幾個支路沒有個繞組分裂成額定容量相等的幾個支路，這幾個支路沒有電氣上的聯系，而僅有較弱的磁的聯系。在電力系統中，電氣上的聯系，而僅有較弱的磁的聯系。在電力系統中，用得比較多的是雙繞組雙分裂變壓器，它有一個高壓繞組用得比較多的是雙繞組雙分裂變壓器，它有一個高壓繞組和兩個分裂的低壓繞組，分裂繞組的額定電壓和額定容量和兩個分裂的低壓繞組，分裂繞組的額定電壓和額定容量相同，它們的總容量等于變壓器的總容量。相

23、同，它們的總容量等于變壓器的總容量。低壓線圈分裂后，可以大大地增加高壓線圈與低壓低壓線圈分裂后，可以大大地增加高壓線圈與低壓線圈各分裂部分之間，以及低壓線圈分裂后的各部分之間線圈各分裂部分之間，以及低壓線圈分裂后的各部分之間的短路阻抗值，這對限制網絡的短路電流，節省建設投資的短路阻抗值，這對限制網絡的短路電流，節省建設投資與占地面積有著一定的實際經濟意義，因而分裂變壓器正與占地面積有著一定的實際經濟意義，因而分裂變壓器正在電力工業中被廣泛采用。分裂變壓器與普通變壓器，按在電力工業中被廣泛采用。分裂變壓器與普通變壓器，按其結構看，幾乎沒有什么區別其結構看，幾乎沒有什么區別,其區別僅僅是在各鐵芯柱

24、其區別僅僅是在各鐵芯柱上的低壓圈線本身，沒有串聯或并聯而將其始端和終端各上的低壓圈線本身，沒有串聯或并聯而將其始端和終端各自引出，無論采取哪種結構方式，其分裂的二次繞組之間自引出，無論采取哪種結構方式，其分裂的二次繞組之間磁的耦合是比較弱的，磁的耦合是比較弱的，第第 8 8 章章 三繞組變壓器、自耦變壓器、互感器三繞組變壓器、自耦變壓器、互感器 對分裂變壓器的基本要求是對分裂變壓器的基本要求是：1)1)低壓繞組線圈分裂的幾個部分與高壓線圈的絕緣結低壓繞組線圈分裂的幾個部分與高壓線圈的絕緣結構，要求有足夠的電氣強度；構，要求有足夠的電氣強度；2)2)低壓線圈每一部分與高壓線圈之間的阻抗值要相等；

25、低壓線圈每一部分與高壓線圈之間的阻抗值要相等；3)3)使用時，低壓線圈的每一部分可分別接到發電機或使用時，低壓線圈的每一部分可分別接到發電機或電動機上，且可同時運行，也可單獨運行，具有相同額定電動機上，且可同時運行，也可單獨運行，具有相同額定電壓的分裂線圈可以并聯運行；電壓的分裂線圈可以并聯運行；4)4)結構要簡單，盡可能接近無分裂線圈變壓器的結構。結構要簡單，盡可能接近無分裂線圈變壓器的結構。當然，分裂變壓器比起普通當然，分裂變壓器比起普通(無分裂無分裂)變壓器變壓器(在相同容在相同容量、電壓等級、調壓范圍及級數，總損耗和短路電壓等情量、電壓等級、調壓范圍及級數，總損耗和短路電壓等情況下況下)相比相比,材料消耗較多材料消耗較多(包括硅鋼片、線圈用銅鋁包括硅鋼片、線圈用銅鋁量等量等),),從而使變壓器的成本有所增加。從而使變壓器的成本有所增加。第第 8 8 章章 三繞組變壓器、自耦變壓器、互感器三繞組變壓器、自耦變壓器、互感器 廠用變壓器采用分裂變壓器后的運行特性廠用變壓器采用分裂變壓器后的運行特性 1)1)降低廠用母線上的短路電流，減少對電氣設備的降低廠用母線上的短路電流，減少對電氣設備的短路沖擊。短路沖擊。2)2)減少廠用母線電壓的波動減少廠用母線電壓的波動 3)3)有利于廠用電動機成組自起動有利于廠用電動機成組自起動