目前電力系統(tǒng)均采用三相制供電，故三相變壓器得到廣泛應(yīng)用三相變壓器可由三臺同容量的單相變壓器組成，稱為三相變壓器組;也可用鐵軛把三個鐵心柱連在一起構(gòu)成一臺三相變壓器，稱為三相心式變壓器。從運行原理來看，三相變壓器對稱運行時，各相電壓、電流大小相等，相位彼此相差120度，可取任意一相來分析，且就其一相而言，與單相變壓器沒有什么區(qū)別，單相變壓器的分析方法及結(jié)論完全適用于三相變壓器的對稱運行。本節(jié)主要學習三相變壓器本身特點，如三相變壓器的磁路、聯(lián)結(jié)組及其對感應(yīng)電動勢波形的影響。

　　一、三相變壓器的磁路

　　三相變壓器組和三相心式變壓器的磁路不同。

　　

 

　　圖1.7.2-1 三相變壓器組的磁路

　　三相主磁通沿各自磁路閉合，相互獨立，三相磁路彼此無關(guān)。

　　優(yōu)點：每個單相變壓器體積小、重量輕、便于運輸、備用容量小，在制造和運輸有困難的超高壓、特大容量變壓器中采 用當三相變壓器組一次側(cè)外加三相對稱電壓時，三相主磁通

對稱的，又三相磁路也是對稱的，故三相空載電流是對稱的。

 

　　

 

　　圖1.7.2-2 三相心式變壓器的磁路

　　(a)有中間心柱 (b)取消中間心柱 (c)實際三相心式變壓器的磁路

　　每相主磁通通過另外兩相磁路閉合，三相磁路彼此相關(guān)

　　優(yōu)點：節(jié)省材料、維護方便、占地面積小等，廣泛采用當三相心式變壓器一次側(cè)外加三相對稱的電壓時，三相主磁通

是對稱的，但三相磁路不對稱(A相和C相磁路長度相等且較長，B相磁路最短)，導致三相磁路磁阻不相等，故三相空載電流不相等(B相較小)由于一般電力變壓器的空載電流較小，它的不對稱對變壓器負載運行的影響很小，可不予考慮。

 

　　二、三相變壓器的聯(lián)結(jié)組

　　1. 繞組的端頭標志與極性(同名端)變壓器首尾端標志。

　　繞組名稱 單相變壓器 三相變壓器 中點

　　首端 尾端 首端 尾端

　　高壓繞組A X A、B、CX、Y、ZN

　　低壓繞組a X a、b、c x、y、zn

　　中壓繞組Am Xm Am、Bm、CmXm、Ym、ZmNm

　　當高壓繞組某一端頭電位高于另一端時，低壓繞組在該瞬時也有一個端頭電位高于另一端，則這兩個具有高電位的端頭就是同極性端(或同名端)。一般在同極性端的端頭標上"·" 標記;當然另外兩個低電位的端頭也是同極性端，但無須再標記同極性端與繞組的繞向有關(guān)。

　　

 

　　圖1.7.3-1 同極性端與繞組繞向的關(guān)系

　　2. 三相變壓器的聯(lián)結(jié)組--反映三相變壓器高低

　　壓繞組的聯(lián)結(jié)方式及其對應(yīng)線電壓的相位關(guān)系

　　三相變壓器的聯(lián)結(jié)組不僅與繞組的繞向(同名端)和首尾端的標志有關(guān)，而且還與三相繞組的聯(lián)結(jié)方式有關(guān)。

　　三相變壓器繞組的聯(lián)結(jié)方式有兩種基本形式：星形聯(lián)結(jié)和三角形聯(lián)結(jié)。

　　

 

　　圖1.7.3-3 三相變壓器繞組的聯(lián)結(jié)方式

　　三相變壓器用線電壓相量來判斷聯(lián)結(jié)組號。

　　(1) Y，y聯(lián)結(jié)

　　圖1.7.3-4 Y，y0和Y，y6聯(lián)結(jié)組的繞組聯(lián)結(jié)圖與電壓相量圖

　　畫這種相量圖的電壓相量時需注意：應(yīng)按該電壓的下標的相反次序來畫， 例如畫

a時，應(yīng)從x點指向a點，畫 ab時，應(yīng)從b點指向a點。

 

　　Y，y0(舊國標Y/Y-12)聯(lián)結(jié)組表示高低壓繞組對應(yīng)的各線電壓同相(因為同極性端標為首端，高低壓繞組對應(yīng)的各相電壓同相)，

AB與 ab都指向12點(即0點)。

 

　　Y，y6(Y/Y-6)聯(lián)結(jié)組表示高低壓繞組對應(yīng)的各線電壓反相(因為異極性端標為首端，高低壓繞組對應(yīng)的各相電壓反相)即

ab轉(zhuǎn)過180°，指向6點，所以聯(lián)結(jié)組為Y，y6(Y/Y-6)。

 

　　圖1.7.3-5 Y，y4和Y，y8聯(lián)結(jié)組的繞組聯(lián)結(jié)圖與電壓相量圖

　　Y，y0聯(lián)結(jié)組保持高壓繞組端頭標志不變，僅把低壓繞組端頭標志右移一個端頭(相序不能變)，即由abc改為cab，尾端也相應(yīng)改變，則低壓側(cè)各線電壓分別按順時針轉(zhuǎn)過120°，

ab從12點指向4點，得聯(lián)結(jié)組Y，y4(Y/Y-4)。

 

　　Y，y0聯(lián)結(jié)組保持高壓繞組端頭標志不變，僅把低壓繞組端頭標志左移一個(即右移兩個)端頭(相序不能變)，即由abc改為bca，尾端也相應(yīng)改變，則低壓側(cè)各線電壓分別按逆時針轉(zhuǎn)過120°(即順時針轉(zhuǎn)過240°),

ab 從12點指向8點，得聯(lián)結(jié)組Y，y8(Y/Y-8)。

 

　　同理，由Y，y6聯(lián)結(jié)組可得Y，y10和Y，y2聯(lián)結(jié)組。 綜上所述，當高低壓繞組聯(lián)結(jié)方式相同時(Y，y或D，d)，可得到且只能得到0、2、4、6、8、10共六種偶數(shù)的聯(lián)結(jié)組。

　　(2) Y，d聯(lián)結(jié)

　　

 

　　1. Y，d11(三角形逆聯(lián)ax-cz-by-a)

　　

 

　　2. Y，d1(三角形順聯(lián)ax-by-cz-a)

　　圖1.7.3-6 Y，d11和Y，d1聯(lián)結(jié)組的繞組聯(lián)結(jié)圖與電壓相量圖

　　圖1.7.3-6(1b)中，從x點出發(fā)，畫

a與 A 同相;a點與y點相連，因此 b相量從a點出發(fā)，畫 b與 B 同相;b點與z點相連，因此 c 相量從b點出發(fā)，畫 c與 C 同相;又c點和x點相連，因此 c相量回到x點，形成一個閉合 三角形。因 ab=- b ，所以當 AB指向12點時, ab 指向11點，為Y，d11(Y/D-11)聯(lián)結(jié)組。同理，可得Y，d1(Y/D-1)聯(lián)結(jié)組。

 

　　與Y，y聯(lián)結(jié)組的規(guī)律相同，高低壓繞組換為異極性端為首端時(三角形聯(lián)結(jié)方式不能變)，高低壓繞組對應(yīng)的各相電壓反相，

ab 轉(zhuǎn)過180°,指向5點，所以聯(lián)結(jié)組變?yōu)閅，d5(Y/D-5)。

 

　　Y，d11聯(lián)結(jié)組保持高壓繞組端頭標志不變，僅把低壓繞組端頭標志右移一個端頭(相序和三角形聯(lián)結(jié)方式不能變)，即由abc改為cab，尾端也相應(yīng)改變，則低壓側(cè)各線電壓分別按順時針轉(zhuǎn)過120°，

ab從11點指向3點，得聯(lián)結(jié)組Y，d3(Y/D-3)。

 

　　Y，d11聯(lián)結(jié)組保持高壓繞組端頭標志不變，僅把低壓繞組端頭標志左移一個(即右移兩個)端頭(相序和三角形聯(lián)結(jié)方式不能變)，即由abc改為bca，尾端 也相應(yīng)改變，則低壓側(cè)各線電壓分別按逆時針轉(zhuǎn)過120°(即順時針轉(zhuǎn)過240°)，

ab從11點指向7點，得聯(lián)結(jié)組Y，d7(Y/D-7)。

 

　　同理，由Y，d5聯(lián)結(jié)組可得Y，d9和Y，d1聯(lián)結(jié)組或由Y，d1聯(lián)結(jié)組得到Y(jié)，d5 和Y，d9聯(lián)結(jié)組。 綜上所述，當高低壓繞組聯(lián)結(jié)方式不同時(Y，d或D，y)， 可得到且只能得到1、3、5、7、9、11共六種奇數(shù)的聯(lián)結(jié)組。

　　(3) 標準聯(lián)結(jié)組

　　為了便于制造和并聯(lián)運行，國家規(guī)定三相電力變壓器的標準聯(lián)結(jié)組為：Y，yn0;YN，y0;Y，y0;Y，d11;YN，d11五種，它們的應(yīng)用范圍如下：

　　Y，yn0聯(lián)結(jié)組的低壓側(cè)可以引出中線，成為三相四線制，用作配電變壓器時可兼供動力和照明負載。

　　YN，y0用于高壓側(cè)的中點需接地的場合，而Y，y0一般用于只供動力負載的配電變壓器。

　　Y，d11用在低壓側(cè)電壓高于400V，高壓側(cè)電壓不超過35kV，最大容量為5600kVA的變壓器，且一側(cè)接成三角形對運行有利(下面介紹)。

　　YN,d11主要用于110kV及以上高壓輸電線路中，使電力系統(tǒng)的高壓側(cè)有可能接地。

　　三、繞組聯(lián)結(jié)方式和磁路系統(tǒng)對感應(yīng)電動勢波形的影響

　　要產(chǎn)生正弦波的電動勢，主磁通必須為正弦波，由于變壓器鐵心飽和，激磁電流(即空載電流)變?yōu)榧忭敳ǎ纯蛰d電流含有三次諧波電流分量。

　　三相變壓器中，三相空載電流的三次諧波電流表達式為

　　i03A=I03msin3ωt

　　i03B=I03msin3(ωt-120°)=I03msin3ωt

　　i03C=I03msin3(ωt-240°)=I03msin3ωt

　　三次諧波電流頻率是基波電流頻率的三倍，三相的三次諧波電流大小相等、相位相同。三相變壓器中，三相同相位的三次諧波電流能否流通與一次繞組的聯(lián)結(jié)方式有關(guān)。

　　1. Y，y聯(lián)結(jié)組

　　一次繞組采用無中線的星形聯(lián)結(jié)：三相同相位的三次諧波電流不能流通。

　　空載電流i0正弦波→主磁通Φ平頂波

 

　　在三相變壓器中，三相同相位的三次諧波磁通能否在鐵心中流通與磁路系統(tǒng)有關(guān)。

　　(1) 三相磁路彼此無關(guān)的三相變壓器組

　　三相同相位的三次諧波磁通能沿鐵心閉合，且遇到的磁阻很小，故三次諧波磁通數(shù)值較大，在繞組中感應(yīng)出三次諧波相電動勢，危及繞組絕緣。但三次諧波相電動勢相互抵消，線電動勢仍為正弦波空載電流i0正弦波→主磁通Φ平頂波

→ 電動勢e尖頂波

 

　　

 

　　圖1.7.4-1 磁路飽和時正弦空載電流產(chǎn)生的平頂波主磁通

　　

 

　　圖1.7.4-2 平頂波主磁通產(chǎn)生的尖頂波電動勢

　　(2) 三相磁路彼此相關(guān)的三相心式變壓器

　　三相同相位的三次諧波磁通不能沿鐵心閉合，只能經(jīng)鐵心外的油、油箱壁等部件閉合，由于該磁路磁阻較大，故三次諧波磁通數(shù)值很小主磁通波形接近正弦波，感應(yīng)電動勢波形也接近正弦波。但由于三次諧波磁通經(jīng)過油箱壁和鐵件閉合，會產(chǎn)生附加損耗，引起油箱壁局部過熱，并使變壓器效率降低。

　　

 

　　圖1.7.4-3 三相心式變壓器中三次諧波磁通的路徑

　　2. Y，yn聯(lián)結(jié)組

　　二次繞組采用星形聯(lián)結(jié)有中線引出，三次諧波電流有通路，但須經(jīng)過負載閉合。空載時，沒有通路;負載時，三次諧波電流被負載阻抗削弱，故對主磁通波形的影響很小，效果和Y，y聯(lián)結(jié)組相同。

　　3. D，y和YN，y聯(lián)結(jié)組

　　一次繞組采用三角形聯(lián)結(jié)：三相同相位的三次諧波電流在閉合的三角形中流通;

　　一次繞組采用有中線的星形聯(lián)結(jié)：三相同相位的三次諧波電流通過星形聯(lián)結(jié)的中線流通

　　空載電流i0為尖頂波→主磁通Φ正弦波→電動勢e正弦波。

　　4. Y，d 聯(lián)結(jié)組

　　一次繞組采用星形聯(lián)結(jié)，三相同相位的三次諧波電流不能流通，主磁通和一、二次側(cè)的相電動勢將出現(xiàn)三次諧波，但二次繞組采用三角形聯(lián)結(jié)，三相的三次諧波電動勢在閉合的三角形中產(chǎn)生三次諧波電流，由于一次側(cè)沒有三次諧波電流相平衡，因此二次側(cè)三次諧波電流與一次側(cè)正弦激磁電流共同激勵主磁通，故主磁通和感應(yīng)電動勢波形接近正弦波，效果和D，y聯(lián)結(jié)組相同。

　　結(jié)論:無論三角形聯(lián)結(jié)在哪一側(cè)，都可以改善相電動勢的波形對大容量變壓器，若需要采用Y，y聯(lián)結(jié)，可考慮在鐵心柱上再安裝一套接成三角形聯(lián)結(jié)的第三繞組，以改善相電動勢的波形。如果需要第三繞組接負載，可將其端點引出，此時變壓器為三繞組變壓器。

　　

 

　　圖1.7.4-4 帶附加第三繞組(d聯(lián)結(jié))的Y，y聯(lián)結(jié)變壓器

　　

 

　　表2.7.4-1 不同繞組聯(lián)結(jié)方式和磁路系統(tǒng)下的相電動勢波形