三相变压器

变压器篇
三相变压器
电力系统常常把变换三相交流电等级的变压器称为三相变 压器。目前电力系统均采用三相变压器，因而三相变压器的应用 极为广泛, 在三相变压器三相对称负载运行时, 变压器各相电流、 电压大小相等，相位相差1200，因此对于其运行原理的分析计算 可采用“一相法”进行研究。 本章节基本要求：
(2)三相变压器绕组连接组别的判定；
(3)三相变压器绕组连接方式和铁芯结构对电动势波形的影响。
难点:
(1)用时钟表示法判定三相变压器绕组连接组别; (2)绕组连接方式(电路)和铁芯结构(磁路)对三相变压器空载电 动势波形的影响； (3)中点位移现象。 本章节仅对三相变压器的特有问题，即三相变压器的磁路系 统、三相变压器的连接方法和联结组别、感应电动势的波形及三 相变压器的不对称运行等相关问题进行研究。
注意：绕组的极性只决定于绕组的绕向，与绕组首、尾 端的标志无关。规定绕组电动势的正方向为从首端指向 尾端。当同一铁芯柱上高、低压绕组首端的极性相同时， 其电动势相位相同。当首端极性不同时，高、低压绕组 电动势相位相反。
1.变压器绕组极性
(1)高、低压绕组绕向相同
A
(2)高、低压绕组绕向相反
A
X
E AX
同相变压器记作“Ⅰ/Ⅰ- 0”
反相变压器记作“Ⅰ/Ⅰ- 6”
1.单相变压器的连接组别 单相变压器高、低压侧相电压之间的相位关系
同相----则连接 (1)若单相变压器高、低压侧相电动势 和E ax 组为: “I，I0”。 和E 反相----则连接 (2)若单相变压器高、低压侧相电动势 E AX ax 组为: “I，I6”。 相位判断原则的关键是“绕向和标号”。将一、 和E 以上E ax AX 二次侧进行比较，共有四种情况。 和E 同相。 (1)绕向相同，标号相同--- E AX ax 和E 同相。 (2)绕向相反，标号相反--- E
闭合瞬间，若电压表指针正偏，则二次侧 绕组接电压表正极端与一次侧绕组接电池 正极端为同名端；若电压表指针反偏，则 二次侧绕组接电压表正极端与一次侧绕组 接电池正极端为异名端。 (2)交流测定法 一次侧绕组的尾端X与二次侧绕组的尾端 x连接在一起。在一次侧绕组AX通入低压交 流电压(约为50％额定)，用万用表电压档测 一次侧绕组电压UAX，二次侧绕组电压uax， 一、二次侧首端电压UAa。若UAa=UAX-uax，则A 与a为同名端；若UAa=UAX+uax，则A与a为异名 端。
Z Y X 右向d接法的三相绕组 C A B
A
Y
电动势相量图
E AB
Z
E A
B X
2.左向三角形连接 (AX-BY-CZ)
E A
X
E B
Y
E C
Z
A
E C
E B
C
左向d接法的三相绕组
Y 电动势相量图
三、变压器绕组极性及极性的测定 1.变压器绕组极性 三相变压器中同一相的高、低压绕组交链同一磁通 所感应的电动势时，若高压绕组的某一端头的电位若为 正(高电位)，低压绕组必有一个端头的电位也为正(高电 位)，这两个具有正极性或另两个具有负极性的端头，称 为同极性端或称同名端。用符号“.”表示。
X、ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ、Z
x、 y、 z X m、 Y m、Z m
N
n Nm
首 端
高压侧 A B C或U1 V1 W1 低压侧 a b c或u1 v1 w1
高压侧 X Y Z或U2 V2 W2 低压侧 x y z或u2 v2 w2
二、三相变压器绕组的连接法
在三相变压器中，不论是高压绕组还是低压绕组，我国主要 主要采用星形连接（Y连接）和三角形连接（D连接）两种接法。
三相变压器的应用和特点: 应用：三相变压器广泛应用于电力 系统中。 特点：在对称三相负载下运行时， 变压器的各相电压、电流大小相等， 相位角互差120°，三相完全对称。 第一节 三相变压器的磁路系统
三相变压器的磁路系统是指主磁通的磁路系统，按 铁芯结构型式的不同可分为两种，一种是三相组式变压 器磁路，另一种是三相芯式变压器磁路。这两种三相变 压器的磁路各具有不同的特点。
四、三相变压器连接组别
1.单相变压器的连接组别 变压器不但能改变电压(电动势)数值，还能使高、低压侧的 在单相变压器中，首先分别用首尾端标记高、低压侧绕组出线 电压 (电动势)之间具有不同的相位关系。所谓变压器的连接组别， 端；把高压绕组首端记为“ A”、尾端记为“X”；低压绕组首端记 就是把高、低压侧绕组的连接法以及高、低压侧电动势之间的相 为“ a”、尾端记为“x”。 位关系，用符号表示出来。
1.星形连接
以高压绕组为例，把三相绕组的３个末端X、Y、Z连在一起， 结成中点，而把它们的三个首端A、B、C引出，便是星形连接， B 以符号Y(或y)表示。 C A B
E E AB B
E A
Z
E BC
E C
E A
E B
E C
A
X
Y
Z Y X Y 接法的三相绕组 Y 接法的三相绕组
2.三相芯式变压器
(又称三相三铁 芯柱式变压器)
中柱（中间铁芯柱）磁通 平面铁芯，磁路不完全对 为三相磁通之和，对称时 称，各相I0不完全相同， 中柱磁通为零，可省去。 但相差很小，忽略区别。
B A
将3个芯柱安排在同 一平面上，就形成芯 式变压器的磁路。
C
A
B
三相变压器的连接组别
三相变压器的连接组别是一个很重要的问题，它关到变压器 电动势的相位及波形问题。
一、变压器的绕组首尾端标记(端头标号)
绕组名称 高压绕组
低压绕组 中压绕组 单相变压器 首端 尾端 首端 三相变压器 尾端
中性点
A
a Am
X
x Xm
A、B、 C
a、 b、 c A m、 B m、C m 尾 端
三相变压器的连接组别判法:
------时钟表示法
(1)对于任意标定的A、X(或a、x)，变压器高、低压侧绕组感应电 同相或反相。 和E 与E 的相位关系只有两种结果，即E 势E AX ax AX ax
(2)时钟表示法的目的：标志三相变压器高、低压侧绕组线电动 势的相位关系。
AX
E AX
ax
和E 反相。 (3)绕向相同，标号相反--- E AX ax 和E 反相。 (4)绕向相反，标号相同--- E
AX
ax
注:单相变压器高、低压侧绕组相电动势的相位关系，只能是一 个铁芯柱上的两个绕组方能进行比较。
2.三相变压器的连接组别
三相变压器的连接组别：是反映三相变压器高、低压侧绕组 的连接方式及高、低压侧绕组线电动势（或线电压）的相位关系。 它由高、低压侧绕组连接法和代表对应线电动势相位关系的组别 号两个部分组成。国家规定的连接组可归并为Y，y和Y ，d两大 类。 (1)三相变压器的连接组别不仅是用高压侧绕组线电动势与低 压侧绕组线电动势的相位差来决定。 (2)三相变压器的连接组别还与绕组的绕向(极性)和首尾端标 志有关。 (3)三相变压器的连接组别还与三相绕组高、低压侧绕组的连 接方式有关。 (4)确定三相变压器的连接组别还需通过画相量位形图来判别。 此外，为了避免制造和使用上的混乱，国家标准规定对单相 双绕组电力变压器只有Ⅰ/Ⅰ- 0联结组别一种。对三相双绕组电 力变压器规定只有Yyn0、Yd11、YNd11、YNy0和Yy0五种。（Yy0、 Yd11两类）。
连接组别为 I / I 12( I , I 0 )
连接组别为 I / I 6( I , I 6 )
关于单相变压器的相位问题，常用“连接组别”这一表示方法 来表明高、低压侧绕组的连接组及电动势相位关系，其表示方法 如下:单相变压器高、低压侧绕组连接用I，I表示。根据国际电工 (IEC)标准，其组别号是用时钟的点数表示的，其含义是把高压侧 绕组相电动势 EAX及低压侧绕组相电动势Eax相量，形象地看成为 综上所述，单相变压器高、低压侧电动势的相位关系， 时钟上的长针和短针，并且令高压侧绕组相电动势EAX固定指向时 取决于绕组的绕向和首尾端的标记。单相变压器的标准 钟盘面上的数字“12”，那么低压侧绕组相电动势Eax指向时钟的 连接组别为 I，I-0。 数字，即为组别号。
A
X
A
B
Y b y
B
C
Z
C
优点：节省材料，体积 小，效率高，维护方便。 应用：大、中、小容量 的变压器广泛用于电力 系统中。
a x
c z
三相三柱旁轭式铁芯和绕组
大容量的电力变压器，当受到运输条件和空间高度的限制， 需要降低铁芯高度时，常采用三相三柱旁轭式铁芯。它就是在三 相芯式变压器的铁芯两边加上两个旁轭。如下图所示: 5.低压绕组 2.上铁轭 1.铁芯柱 4.旁轭 6. 高 压 绕 组
C
0 A B C
、U 、U 三相对称 U A B C
、 、 A B C
三相对称
芯式变压器磁路特点：具有共同铁芯，彼此关联，互为通路。
三相三铁芯柱式变压器
在这种铁芯结构的变压器中，任一瞬间某一相的磁 通均以其他两相铁心为回路，因此各相磁路彼此相关联。 但由于各相磁路长度不等，中间B相最短，当外加三相对 称电压时，三相励磁电流不对称， B相最小。但因励磁 电流很小，可忽略对负载运行的影响，可以略去不计。
3.下铁轭 特点:铁轭中的磁通仅为芯柱中的磁通的 3 ，在相同的磁通密 度的条件下，上、下铁轭的截面及其高度，可缩小为原来的 1 3。
1
三相组式和三相芯式变压器的比较：
组式变压器特点：(1)有三个 独立的变压器铁芯；(2)三相 磁路互不关联；(3)三相电压 平衡时，三相电流、磁通也平 衡。 C B A C A B
(1)掌握三相组式变压器和芯式变压器磁路特点；
(2)掌握变压器组别，能用位形图判断连接组别； (3)掌握绕组连接方式(电路)和铁芯结构(磁路)对三相变压器空 载电动势波形的影响 ； (4)了解对称分量法是分析变压器的各种不对称运行情况的有效 方法，知道中点位移现象。
本章节重点和难点： 重点: (1)三相变压器的磁路和电路系统；
E CA
电动势相量图 电动势相量图
C
2.三角形连接方式 A C B 三角形接法 ZB 把一相绕组的首端和另一相尾端连接起来，三相绕组自行构 的两种形式: E C 成一闭合三角形电路，称为三角形连接，用D(或d)表示。 E X E E E E AB C B B EA C 1.右向三角形连接 A (AX-CZ-BY) 注意各种连接方 式相量图的画法。
芯式变压器特点：(1)三个铁 芯互不独立；(2)三相磁路相 互关联；(3)中间相的磁路短、 磁阻小，当三相电压平衡时， 三相励磁电流稍有不对称。
A
X
A
B
Y b y
B
C
Z
C
a x
X
c z
Y
Z
此外两种三相变压器的结构存在的一定的差异：三相组式变 压器备用容量小，搬运方便。三相芯式变压器节省材料，效率高， 安装占地面积小，价格便宜。所以目前电力系统大多采用三相芯 式变压器。
三相变压器的磁路系统
1.三相组式变压器
A
A a B
B
b C
C
c
U A
x X
U B
y Y
U C
z Z
磁路特点：由三个独立的单相变压器组成各相铁芯,各相 磁通、磁阻都相等。彼此独立，互不关联。
三相组式变压器优缺点是：对特大容量的变压器制造容易，备用 量小。但其铁芯用料多，占地面积大，只适用于超高压、特大容 量的场合。
其次，统一高、低压侧绕组相电动势的正方向；从首端指向尾 端。即高压侧绕组相电动势正方向为EAX，低压侧绕组相电动势正 方向为Eax。 X A * A * X A * A *
X
a * x
X
x
x
a
高、低压绕组的同极性端同标志时， 高、低压绕组的电动势同相位。
*
A
a
X x * a
X
a x
A
a
x
*
高、低压绕组的同极性端异标志时， 高、低压绕组的电动势反相位。
A
X
a x
X
a x
a
E ax x
x
E ax
X
高、低压绕组相电动势之间的相位关系：
a
(1)高、低压绕组首端A与a为同极性端，则高、低 压相电动势相位相同； E AX (2)高、低压绕组首端A与a为异极性端，则高、低 A 压相电动势相位相反。
2.变压器绕组极性的测定
变压器绕组极性测定的方法有两种:一是直流测定法；二是交 流测定法。 一次侧绕组通过开关S与直流电池连接， (1)直流测定法 二次侧绕组接直流毫伏电压表，当开关S