单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第5章 三相变压器,5.,*,第5章 三相变压器,返回总名目,三相变压器的磁路系统,三相变压器的电路系统连接组,变压器的并联运行,本章小结,习题与思考题,本章内容,5.1 三相变压器的磁路系统,一、三相组式变压器,三相组式变压器是由3个磁路相互独立的单相变压器所组成的，三相之间只有电的联系而无磁的联系。如图5.1所示。原边、副边绕组可依据要求接成星形(Y)或三角形()。虽然各磁路相互独立，但当对原边绕组施加对称的三相电压时，便会对称，空载电流也是对称的。,图5.1 三相组式变压器,5.1 三相变压器的磁路系统,二、三相心式变压器,与三相组式变压器不同，三相心式变压器的磁路相互关联。它是通过铁轭把3个铁心柱连在一起的。如图5.2所示。这种铁心构造是从单相变压器演化过来的，把3个单相变压器铁心柱的一边组合到一起，而将每相绕组缠绕在未组合的铁心柱上。由于在对称的状况下，组合在一起的铁心柱中不会有磁通存在，故可以省去。,和同容量的三相组式变压器相比，三相心式变压器所用的材料较少、质量轻。但它的缺点在于：,图5.2 三相心式变压,器的铁心构造,(1)承受三相心式变压器供电时，任何一相发生故障，整个变压器都要进展更换，假设承受三相组式变压器，只要更换消逝故障的一相即可。所以三相心式变压器的备用容量为组式变压器的3倍；,(2)对于大型变压器来说，假设承受心式构造，体积较大，运输不便。,基于以上考虑，为节省材料，多数三相变压器承受心式构造。但对于大型变压器而言，为削减备用容量以及确保运输便利，一般都是三相组式变压器。,5.2 三相变压器的电路系统连接组,二、变压器原边、副边绕组首末端标记及连接方法,在第4章，单相变压器原边绕组的首、末端被标记为U、X；把副边绕组的首、末端标记为u、x。对三相变压器而言，为争论便利，也对其首、末端加以标记，如表5-1所示。,绕组名称,首端,末端,中点,原边绕组,U、V、W,X、Y、Z,O,副边绕组,u、v、w,x、y、z,O,表5-1 三相变压器首末端标记,理论上来说，三相变压器的原、副边绕组都可以依据需要接成星形(Y)或三角形()。一旦按规定的接法连接完成，其表示方法便随之确定。为便利起见，用Y/y表示原、副边的星形接法；用D/d来表示原、副边的三角形接法。原边绕组在接成星形(Y)时，假设有中线引出，则用YN表示；副边绕组在接成星形(Y)时，假设有中线引出，则用yn表示。例如：YN/d表示原边绕组为星形接法，并且有中线引出，副边绕组为三角形接法；D/y表示原边绕组为三角形接法，副边绕组为星形接法，无中线引出。,5.2 三相变压器的电路系统连接组,连接组是变压器运行中的一个重要概念。下面，首先来争论单相变压器的连接组，在此根底上引入三相变压器的连接组。,二、单相变压器的连接组,单相变压器的原边、副边绕组缠绕在同一根铁心柱上，并被同一主磁通所交链，任何时刻两个绕组的感应电动势都会在某一端呈现高电位的同时，在另外一端呈现出低电位。借用电路理论的学问，把原边、副边绕组中同时呈现高电位(低电位)的端点称为同名端，并在该端点旁加“”来表示。,依据惯例，统一规定原边、副边绕组感应电动势的方向均从首端指向末端。一旦两个绕组的首、末端定义完之后，同名端便唯一由绕组的绕向预备。当同名端同时为原边、副边绕组的首端(末端)时，和 同相位，用连接组I/I-12表示，如图5.3所示；否则，和 相位相差180，用连接组I/I-6表示，如图5.4所示。,由此可见，单相变压器原边、副边感应电动势的方向存在两种可能：同为电动势升(降)；一个为电动势升，另一个为电动势降。,5.2 三相变压器的电路系统连接组,(a)接线图 (b)相量图,(a)接线图 (b)相量图,图5.3 连接组,I,/,I,-12,图5.4 连接组,I,/,I,-6,5.2 三相变压器的电路系统连接组,三、三相变压器的连接组,三相变压器的连接组有两局部组成，一局部表示三相变压器的连接方法；一局部连接组的标号。如图5.10所示连接组Y/y-10。下面具体介绍确定连接组的方法。连接组标号是由原边、副边线电动势的相位差预备的。三相变压器的3个铁心柱上都有分别属于原边绕组和副边绕组的一相，它们的相位关系与单相变压器原边、副边绕组感应电动势的关系完全一样。依据电路理论可知，当三相绕组Y接时，线电动势的大小为相电动势的倍，相位则超前相应相电动势30；当三相绕组接时，线电动势与相电动势相等。所以在原边、副边相电动势的相位关系知道后，线电动势的关系也随之确定，便可依据线电动势的相位关系来确定连接组标号。连接组标号有两层含义：一方面原边、副边线电动势相位差都是30的倍数，该倍数即为连接组标号；另一方面代表着时钟的整点数，假设规定原边线电动势作为分针始终指向12点不动，副边绕组的线电动势作为时针，按顺时针转动，指向几点，则连接组标号就是几，这就是所谓的钟表法。,5.2 三相变压器的电路系统连接组,1.由三相变压器的接线图确定连接组,在三相变压器接线图的状况下，可以按如下步骤来确定其连接组：首先画出原边绕组相电动势的相量图，并依据其连接方式求出线电动势；然后把U点当作u点，依据同名端，确定副边绕组相电动势与原边相电动势的相位关系，画出副边相电动势的相量图，再由其连接方式求出副边的线电动势；最终依据相量图所示的原边、副边线电动势相位差，得到连接组标号。,下面就以Y/y、Y/d为例来说明如何确定三相变压器连接组标号，在以下分析中，如无特殊说明，都认为原边绕组所接电源的相序为：UVW。,1)Y/y连接组,图5.5图5.10给出了全部Y/y连接组的接线图和相量图。,5.2 三相变压器的电路系统连接组,(a)接线图 (b)相量图,(a)接线图 (b)相量图,图5.5 Y/y-12连接组,图5.6 Y/y-2连接组,5.2 三相变压器的电路系统连接组,图5.7 Y/y-4连接组,(a)接线图 (b)相量图,(a)接线图 (b)相量图,图5.8 连接组Y/y-6,5.2 三相变压器的电路系统连接组,图5.9 连接组Y/y-8,图5.10 连接组Y/y-10,(a)接线图 (b)相量图,(a)接线图 (b)相量图,5.2 三相变压器的电路系统连接组,由此可见，当原边、副边绕组承受一样的连接方式时，连接组标号均为偶数，并且，原边、副边绕组感应电动势的相序全都，标号的转变并不会影响到相序。,2)Y/d连接组,图5.12图5.17给出了全部Y/d连接组的接线图和相量图。,(a)接线图 (b)相量图,(a)接线图 (b)相量图,图5.11 Y/d-1连接组,图5.12 Y/d-3连接组,5.2 三相变压器的电路系统连接组,(a)接线图 (b)相量图,(a)接线图 (b)相量图,(a)接线图 (b)相量图,图5.13 Y/d-5连接组,图5.14 Y/d-7连接组,图5.15 Y/d-9连接组,(a)接线图 (b)相量图,图5.16 Y/d-11连接组,5.2 三相变压器的电路系统连接组,当原边、副边绕组承受不同的连接方式时，连接组标号均为奇数。,2.由三相变压器的连接组确定接线图,这可以看成是上一过程的逆过程。其步骤如下：首先依据连接组所示的连接方法，初步画出原边、副边绕组的连线方式，并且依据常规，定义原边绕组的出线端标志及相电动势、线电动势，在此根底上，画出原边绕组相量图；然后把U点当作u点，依据连接组标号，再相量图中画出副边绕组的线电动势、相电动势；最终依据原边、副边线电动势的相位关系，确定副边绕组的出线端标志、同名端。,下面以Y/y-2及Y/d-3为例来说明如何依据三相变压器的连接组确定其接线图。,1)Y/y-2,(1)初步画出原边、副边绕组的连线方式，定义原边绕组的消逝U标志及相电动势、线电动势，如图5.17所示。,(2)依据连接组标号，再相量图中画出副边绕组的线电动势、相电动势，如图5.18所示。,(3)依据原边、副边线电动势的相位关系，确定副边绕组的出线端标志、同名端。,5.2 三相变压器的电路系统连接组,图5.17 连接组Y/y-2及原边绕组相量图,图5.18 连接组 Y/y-2,(a)接线图 (b)相量图,(a)接线图 (b)相量图,2)Y/y-3,(1)初步画出原边、副边绕组的连线方式，定义原边绕组的出线端标志及相电动势、线电动势，如图5.19所示。,(2)依据连接组标号，再相量图中画出副边绕组的线电动势、相电动势，如图5.20所示。,(3)依据原边、副边线电动势的相位关系，确定副边绕组的出线端标志、同名端。,5.2 三相变压器的电路系统连接组,(a)接线图 (b)相量图,(a)接线图 (b)相量图,图5.19 连接组Y/d-3及原边绕组相量图,图5.20 连接组Y/d-3,四、磁路构造及连接组对电动势波形的影响,5.2 三相变压器的电路系统连接组,变压器的铁心是由铁磁材料构成的，铁磁材料的磁化曲线是一条呈饱和特性的曲线。在第4章单相变压器空载运行一节中曾提到：在铁心处于饱和状态时，假设磁通 为正弦波，则励磁电流 为尖顶波，除基波电流外，以三次谐波电流重量最大；假设励磁电流 为正弦波，则磁通 为平顶波，除基波磁通外，以三次谐波磁通重量最大。假设无视影响不大的其他高次谐波，绕组中的电动势主要由基波磁通和三次谐波磁通感应产生。三相变压器的磁路构造与连接组会影响磁通的流通路径，因而也会对感应电动势的波形有直接影响。下面以为YN/y、Y/y以及Y/d、D/y例对其进展争论。,1.YN/y、Y/y连接的三相变压器,如式(5.1)所示，励磁电流 中的三次谐波重量的幅值、相位均一样，故可构成零序对称组。,(5.1),5.2 三相变压器的电路系统连接组,在原边绕组有中线的状况(YN/y)下，三次谐波电流会以中线作为自己的回路。由于三次谐波电流的存在，励磁电流呈尖顶波，所对应磁通及绕组感应电动势接近于正弦波。,但当原边绕组没有中线(Y/y)时，三次谐波电流由于没有回路而无法存在，因此励磁电流呈正弦波，所对应磁通便是含有三次谐波重量的平顶波。磁通的三次谐波重量的流通路径与三相变压器的磁路构造有关。,1)三相组式变压器,构成三相组式变压器的3个单相变压器磁路彼此独立。所以在每个单相变压器的铁心中，三次谐波磁通重量都可以流过。每相绕组的电动势由基波磁通和三次谐波磁通共同感应产生，以原边绕组感应电动势 为例，是由基波磁通的感应电动势 和三次谐波磁通的感应电动势 组成，即 。式中，。虽然，三次谐波磁通 比基波磁通 要小，但三次谐波磁通的交变频率为基波磁通 的3倍，,故 。该比值有时可到达45%60%，甚至更大。相电动,5.2 三相变压器的电路系统连接组,势的波形会发生畸变而 成尖顶波。这种现象会引起危急的过电压，严峻时有可能击穿绕组绝缘。但在线电动势中，由于相电动势的三次谐波重量相互抵消，仍呈正弦波。,2)三相心式变压器,三相心式变压器的磁路彼此关联，励磁电流的三次谐波重量由于没有回路在铁心中无法流通。虽然它仍可以通过油路或空气形成闭合回路，但由于该磁路的磁导率小，磁阻大，其数量是不大的。因此可以无视三次谐波磁通所产生的感应电动势。认为绕组中的电动势单独由磁通的基波重量所感应产生，呈正弦波。,但以三倍于基波频率交变的三次谐波磁通，会在油箱中产生涡流损耗，致使油箱局部过热，降低变压器的效率。,2.Y/d、D/y连接的三相变压器,在Y/d连接的三相变压器中，原边绕组承受没有中线的星形(Y)连接，所以励磁电流便呈正弦波，而不存在三次谐波电流重量。铁心中的磁通会消逝三次谐波磁通 ，每相绕组中便会感应出三次谐波电动势 。由于副边绕组承受三角形连接方式，自身形成一闭合回路，因此便会有 产生的三次谐波,5.2 三相变压器的电路系统连接组,电流 流通。原边绕组中不存在三次谐波电流，无法抵消 对铁心中磁通的影响，便会在铁心中产生三次谐波磁通 。由于绕组的电抗远大于电阻，在相位上滞后 近90，即 滞后 近90，而 在相位上超前它所产生的感应电动势 90。由此可见，三次谐波电流