什麼是Scott-T變壓器連線?
Scott-T連線是一種連線兩個單相變壓器以執行三相到兩相轉換和反之亦然的方法。在Scott連線中,兩個單相變壓器在電氣上(而非磁性上)連線,其中一個變壓器稱為主變壓器,另一個稱為輔助或預激變壓器。
Scott連線的連線圖如圖所示。主變壓器是中心抽頭變壓器,位於D點,並連線到三相側的Y和B線。因此,主變壓器的一次繞組為YB,二次繞組為a1a2。預激變壓器連線線上端子R和中心抽頭點D之間。因此,預激變壓器具有一次繞組RD和二次繞組b1b2。
Scott-T連線的相量圖
Scott連線的相量圖如圖所示。
這裡,三相平衡供電系統的線電壓為:
$$\mathrm{𝑉_{𝑅𝑌} = 𝑉_{𝑌𝐵} = 𝑉_{𝐵𝑅} = 𝑉_{𝐿}}$$
設VYB為參考相量,則
$$\mathrm{𝑉_{𝑌𝐵} = 𝑉_{𝐿}\angle 0°}$$
$$\mathrm{𝑉_{𝑅𝑌} = 𝑉_{𝐿}\angle + 120°}$$
$$\mathrm{𝑉_{𝐵𝑅} = 𝑉_{𝐿}\angle − 120°}$$
該圖還顯示了主變壓器和預激變壓器一次繞組上的電壓。由於中心抽頭點D將主變壓器一次繞組YB分成兩半。因此,
$$\mathrm{YD段匝數 = DB段匝數 =\frac{𝑁_{𝑃}}{2}}$$
因此,電壓VYD和VDB相等,並且與電壓VYB同相,即
$$\mathrm{𝑉_{𝑌𝐷} = 𝑉_{𝐷𝐵} =\frac{𝑉𝐵𝐶}{2}=\frac{𝑉_{𝐿}}{2}\angle 0° \:\:… (1)}$$
現在,端子R和D之間的電壓為
$$\mathrm{𝑉_{𝑅𝐷} = 𝑉_{𝑅𝑌} + 𝑉_{𝑌𝐷} = 𝑉_{𝐿}\angle 120° +\frac{𝑉_{𝐿}}{2}\angle 0°}$$
$$\mathrm{\Rightarrow\:𝑉_{𝑅𝐷} =[𝑉_{𝐿}(-\frac{1}{2}+𝑗\frac{√3}{2})]\:+\:[\frac{𝑉_{𝐿}}{2}(1\:+\:𝑗0)]}$$
$$\mathrm{\Rightarrow\: 𝑉_{𝑅𝐷} =𝑗\frac{√3}{2}𝑉_{𝐿}= 0.866\:𝑉_{𝐿}\angle 90° … (2)}$$
因此,預激變壓器的一次電壓VRD為主變壓器電壓的0.866倍,並且在時間上相差90°。
電壓VRD施加到預激變壓器的一次繞組上。因此,預激變壓器的二次端電壓V2t將領先於主變壓器的二次端電壓V2m。為了使每個變壓器中的磁通量相同,每匝電壓應相同。為了使主變壓器和預激變壓器一次繞組的每匝電壓相同,預激變壓器一次繞組的匝數應為
$$\mathrm{RD繞組匝數,\:𝑁_{𝑅𝐷 }=\frac{√3}{2}𝑁_{𝑃}}$$
然後,
$$\mathrm{\frac{𝑉_{2𝑡}}{𝑁_{𝑆}}=\frac{𝑉_{𝑅𝐷}}{𝑁_{𝑅𝐷}}}$$
$$\mathrm{\Rightarrow\:𝑉_{2𝑡} =\frac{𝑁_{𝑆}}{𝑁_{𝑅𝐷}}𝑉_{𝑅𝐷} =(\frac{𝑁_{𝑆}}{\frac{√3}{2}𝑁_{𝑃}})(\frac{√3}{2}𝑉_{𝐿})}$$
$$\mathrm{\Rightarrow\:𝑉_{2𝑡} =\frac{𝑁_{𝑆}}{𝑁_{𝑃}}𝑉_{𝐿} = 𝑉_{2𝑚} … (3)}$$
因此,主變壓器和預激變壓器的二次繞組在幅值上具有相同的電壓,但它們在時間上相差90°,從而產生平衡的兩相系統。
輸入和輸出電流之間的關係
設IR、IY和IB為三相輸入側的線電流。
$$\mathrm{𝐼_{1𝑚} = 主變壓器的一次電流}$$
$$\mathrm{𝐼_{2𝑚} = 主變壓器的二次電流}$$
$$\mathrm{𝐼_{1𝑡} = 預激變壓器的一次電流}$$
$$\mathrm{𝐼_{2𝑡} = 預激變壓器的二次電流}$$
現在,從連線圖中,
$$\mathrm{𝐼_{1𝑡} = 𝐼_{𝑅}}$$
由於兩個變壓器的二次繞組相同,因此,
$$\mathrm{|𝐼_{2𝑚}| = |𝐼_{2𝑡}| = 𝐼_{2}\:(假設)}$$
如果忽略變壓器的勵磁電流,則預激變壓器的磁勢平衡方程由下式給出:
$$\mathrm{𝐼_{1𝑡}𝑁_{𝑅𝐷} = 𝐼_{2𝑡}𝑁_{𝑆}}$$
$$\mathrm{\Rightarrow\:𝐼_{𝑅}(\frac{√3}{2}𝑁_{p})}=𝐼_{2𝑡}𝑁_{𝑆}$$
所以,
$$\mathrm{𝐼_{𝑅} = 𝐼_{1𝑡} =\frac{2}{√3}(\frac{𝑁_{𝑆}}{𝑁_{𝑃}})𝐼_{2𝑡} = 1.15\:𝐾\:𝐼_{2𝑡}\:\: … (4)}$$
其中,𝐾 =$(\frac{𝑁_{𝑆}}{𝑁_{𝑃}})$是變壓器的變比。所以,
$$\mathrm{𝐼_{2𝑡} =\frac{2}{√3}(\frac{𝐼_{𝑅}}{𝐾})}\:… (5)$$
現在,主變壓器的磁勢平衡方程為:
$$\mathrm{𝐼_{1𝑚}𝑁_{𝑌𝐷} − 𝐼_{1𝑚}𝑁_{𝐵𝐷} = 𝐼_{2𝑚}𝑁_{𝑆}}$$
$$\mathrm{\Rightarrow\:𝐼_{𝑌}(\frac{𝑁_{𝑃}}{2})− 𝐼_{𝐵}(\frac{𝑁_{𝑃}}{2})= 𝐼_{2𝑚}𝑁_{𝑆}}$$
$$\mathrm{\Rightarrow\: 𝐼_{𝑌} − 𝐼_{𝐵} = 2(\frac{𝑁_{𝑆}}{𝑁_{𝑃}})𝐼_{2𝑚} = 2\:𝐾\:𝐼_{2𝑚}\:… (6)}$$
所以,
$$\mathrm{𝐼_{2𝑚} =\frac{1}{2}({\frac{𝐼_{𝑌} − 𝐼_{𝐵}}{𝐾}})\:\:… (7)}$$
現在,對於平衡三相系統,
$$\mathrm{𝐼_{𝑅} + 𝐼_{𝑌} + 𝐼_{𝐵} = 0}$$
$$\mathrm{∴\: 𝐼_{𝐵} = −𝐼_{𝑅} − 𝐼_{𝑌}\: … (8)}$$
將IB的值代入方程(6),得到:
$$\mathrm{𝐼_{𝑌} − (−𝐼_{𝑅} − 𝐼_{𝑌}) = 2\:𝐾\:𝐼_{2𝑚}}$$
$$\mathrm{\Rightarrow\: 2𝐼_{𝑌} + 𝐼_{𝑅} = 2\:𝐾 \:𝐼_{2𝑚}}$$
$$\mathrm{\Rightarrow\:𝐼_{𝑌} = −\frac{𝐼_{𝑅}}{2}+ 𝐾\: 𝐼_{2𝑚} … (9)}$$
再次將電流IY的值代入等式(8),得到:
$$\mathrm{𝐼_{𝐵} = −𝐼_{𝑅} −(-\frac{𝐼_{𝑅}}{2})+ 𝐾 \:𝐼_{2𝑚})}$$
$$\mathrm{\Rightarrow\:𝐼_{𝐵} = −\frac{𝐼_{𝑅}}{2}− 𝐾 \:𝐼_{2𝑚} … (10)}$$
這些電流方程適用於平衡負載和非平衡負載。
Scott-T連線的應用
變壓器的Scott連線用於以下應用:
Scott連線用於連線三相系統和兩相系統,並允許功率在兩個方向流動。
當從三相電源獲取電源時,它用於同時操作兩個單相電爐。
它還用於從平衡三相電源為單相負載(如電力機車)供電。