第07章-三相变压器解剖
三相变压器内部结构
三相变压器内部结构
三相变压器内部结构主要包括主变压器、辅助设备和保护装置。
1. 主变压器：主变压器通常由三个独立的相组成，每个相都包括一个原边线圈和一个副边线圈。
原边线圈将输入的三相电压变压为需要的输出电压，而副边线圈将输出电压提供给负载。
主变压器的核心由铁芯和绝缘材料组成，绝缘材料用于绕制线圈并分隔线圈和铁芯。
2. 辅助设备：辅助设备包括冷却系统、绝缘系统和连接系统。
冷却系统常用的是油冷却和风冷却两种方式，油冷却方式常用于大型变压器，风冷却方式常用于小型变压器。
绝缘系统由绝缘材料构成，主要用于保护线圈免受外界环境的影响。
连接系统包括输入、输出和地线的连接，确保电流能够正确的流动。
3. 保护装置：保护装置主要用于监测和保护变压器的正常运行。
常见的保护装置包括过载保护、短路保护和过电压保护等。
过载保护用于监测变压器是否超过额定容量，短路保护用于防止变压器由于短路而损坏，过电压保护用于防止输入电压过高而对变压器造成危害。
这些保护装置通常由继电器和传感器组成，能够实时感知变压器运行状态并采取相应的保护措施。
总之，三相变压器内部结构的设计旨在提供稳定可靠的电压转换和保护功能，确保变压器的安全运行。
三相变压器 ppt课件
A
A
B
B C
C
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
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B
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C
C
X
a
Y b
Zc
x
y
z
X
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，
A
A
B
B
C
C 优点：节省材料，体积 小，效率高，维护方便。
X
a
x
Y b y
Zc
应用：大、中、小容量 的变压器广泛用于电力
z
系统中。
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:
三相变压器的磁路系统
1.三相组式变压器
A
A
aB
U A
X
U B
x Y
B
b
C
U C
y Z
C
c
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。
(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。
三相变压器的构造和原理
三相变压器的构造和原理
三相变压器是一种将交流电能从一个电压级别转换到另一个电压级别的电力设备。
它由三个相同的单相变压器组成，每个单相变压器的一次绕组接在三相电源上，二次绕组则连接到负载。
三相变压器的构造和原理如下：
构造：
三相变压器由三个单相变压器组成，每个单相变压器有两个绕组（一次绕组和二次绕组）和一个铁芯。
三个单相变压器通过共享一个铁芯来组成三相变压器。
每个单相变压器的一次绕组都绕在铁芯上，而二次绕组则相互独立。
铁芯由硅钢片组成，这些硅钢片有助于降低电磁感应损失。
原理：
三相变压器的原理与单相变压器的原理相同。
当交流电流通过一次绕组时，它将在铁芯中产生一个磁场。
这个磁场会引起在二次绕组中产生电势差。
如果二次绕组的绕组数比一次绕组的绕组数少，则二次电压将比一次电压低。
如果二次绕组的绕组数比一次绕组的绕组数多，则二次电压将比一次电压高。
在三相变压器中，每个单相变压器的一次绕组都连接到三相电源中的一个相位。
这些一次绕组相互独立，但它们共享同一个铁芯。
当三个单相变压器一起运行时，它们的二次绕组的电压将相互关联，形成一个三相电压输出。
第07章-三相变压器分解
A
A
a
B
B
b C
C
X
xY
y
Z
c z
主讲教师：阎治安
1
电机学
这种变压器组的各相磁路是相互独立的。当一次侧加上三相对称正弦电压 时，三相空载电流是对称的，三相绕组的主磁通ΦA、ΦB、ΦC也对称。 对于特大容量变压器，采用这种变压器组时将方便运输。
二、三相芯式变压器的磁路
三相芯式变压器铁心是将三台单相变压器的铁心合在一起经演变过来的。 通过中间铁心柱的磁通便是A、B、C 三个铁心柱磁通的相量和。 如果三相电压对称，则三相磁通的总和 ΦA+ΦB+ΦC=0，因此，中间铁心柱 可以省去。
2
主讲教师：阎治安
电机学
为了使结构简单、制造方便、减小体积、节省材料，通常将三相铁心 柱的中心线布置在同一平面内，演变成常用三相心式变压器铁心。
B A C
A
B
C
0 A B C
省去中央芯柱
展平并缩短中间相轭部
这种铁心结构，两边两相磁路的磁阻比中间一相磁阻大一些。当外加三 相电压对称时，各相磁通相等，但三相空载电流不等，中间那相空载电流 小一些。在小容量变压器中表现较明显，一般I0A=I0C= (1.2-1.5) I0B在大型变 压器中，其不平衡度较小。
单相和三相变压器有很多联结组别，为了避免制造与使用时造成混乱， 国家标准规定：
单相双绕组变压器有一个标准联结组 I, i0 三相双绕组变压器有5种标准联结组：Y, yn0 , Y,d11, YN,d11, Y,z11, D,z0 。 z表示曲折形联结。 Y,yn0用作配电变压器，其二次侧可以引出中线作为三相四线制，可以 供动力电和照明电；（高压侧 U1<35 kV，低压侧U2<400V , 单相时为 230V）YN,d11用于110kV以上的高压输电线路，高压侧可以接地。 有z 形的联结适用于防雷性能较高的变压器
变压器结构图解
变压器结构图解变压器的基本结构部件是铁心和绕组，由它们组成变压器的器身。
为了改善散热条件，大、中容量变压器的器身浸入盛满变压器油的封闭油箱中，各绕组与外电路的连接则经绝缘套管引出。
为了使变压器平安牢靠地运行，还设有储油柜、气体继电器和平安气道等附件。
(一)铁心铁心既作为变压器的磁路;又作为变压器的机械骨架。
为了提高导磁性能、削减交变磁通在铁心中引起的损耗，变压器的铁心都采纳厚度为0.35-0.5mm的电工钢片叠装而成。
电工钢片的两面涂有绝缘层，起绝缘作用。
大容量变压器多采纳高磁导率、低损耗的冷轧电工钢片。
电力变压器的铁心一般都采纳心式结构，其铁心可分为铁心柱(有绕组的部分)和铁轭(联接两个铁心柱的部分)两部分。
绕组套装在铁心柱上，铁轭使铁心柱之间的磁路闭合。
在铁心柱与铁轭组合成整个铁心时，多采纳交叠式装配，使各层的接缝不在同一地点，这样能削减励磁电流，但缺点是装配简单，费工费时。
在一般变压器中，铁心柱截面采纳外接圆的阶梯形。
只有当变压器容量很小时才采纳方形。
沟通磁通在铁心中会引起涡流损耗和磁滞损耗，使铁心发热。
在大容量变压器的铁心中，往往设置油道。
铁心浸在变压器油中，当油从油道中流过时，可将铁心中的热量带走。
(二)绕组绕组是变压器的电路部分，用来传输电能，一般分为高压绕组和低压绕组。
接在较高电压上的绕组称为高压绕组;接在较低电压上的绕组称为低压绕组。
从能量的变换传递来说，接在电源上，从电源汲取电能的绕组称为原边绕组(又称一次绕组或初级绕组);与负载连接，给负载输送电能的绕组称副边绕组(又称二次绕组或次级绕组)。
绕组一般是用绝缘的铜线绕制而成。
高压绕组的匝数多、导线横截面小;低压绕组的匝数少、导线横截面大。
为了保证变压器能够平安牢靠的运行以及有足够的使用寿命，对绕组的电气性能、耐热性能和机械强度都有肯定的要求。
绕组是根据肯定规律连接起来的若干个线圈的组合。
依据高压绕组和低压绕组相互位置的不同，绕组结构型式可分为同心式和交叠式两种。
三相变压器构造
电力变压器的构造这是一个三相电力变压器的模型。
从外观看主要由变压器的箱体、高压绝缘套管、低压绝缘套管、油枕、散热管组成。
三相电力变压器移去变压器箱体可看到变压器的铁芯与绕组，铁芯由硅钢片叠成，硅钢片导磁性能好、磁滞损耗小。
在铁芯上有A、B、C三相绕组，每相绕组又分为高压绕组与低压绕组，一般在内层绕低压绕组，外层绕高压绕组。
图2左边是高压绕组引出线，右边是低压绕组引出线。
电力变压器的铁芯与绕组把铁芯与绕组放入箱体，绕组引出线通过绝缘套管内的导电杆连到箱体外，导电杆外面是瓷绝缘套管，通过它固定在箱体上，保证导电杆与箱体绝缘。
为减小因灰尘与雨水引起的漏电，瓷绝缘套管外型为多级伞形。
右边是低压绝缘套管，左边是高压绝缘套管，由于高压端电压很高，高压绝缘套管比较长。
电力变压器的绝缘套管变压器箱体（即油箱）里灌满变压器油，铁芯与绕组浸在油里。
变压器油比空气绝缘强度大，可加强各绕组间、绕组与铁芯间的绝缘，同时流动的变压器油也帮助绕组与铁芯散热。
在油箱上部有油枕，有油管与油箱连通，变压器油一直灌到油枕内，可充分保证油箱内灌满变压器油，防止空气中的潮气侵入。
电力变压器的油枕与散热管油箱外排列着许多散热管，运行中的铁芯与绕组产生的热能使油温升高，温度高的油密度较小上升进入散热管，油在散热管内温度降低密度增加，在管内下降重新进入油箱，铁芯与绕组的热量通过油的自然循环散发出去。
变压器油循环散热示意图一些大型变压器为保证散热，装有专门的变压器油冷却器。
冷却器通过上下油管与油箱连接，油通过冷却器内密集的铜管簇，由风扇的冷风使其迅速降温。
油泵将冷却的油再打入油箱内，下图是一台容量为400000kVA的特大型电力变压器模型，其低压端电压为20kV，高压端电压为220kV。
大型电力变压器采用油冷却的变压器结构较复杂，由于油是可燃物，也就存在安全性问题。
目前，在城市内、大型建筑内使用的变压器已逐渐采用干式电力变压器，变压器没有油箱，铁芯与绕组安装在普通箱体内。
三相变压器
三相变压器的联结组
三相绕组的联结： 三相绕组的联结：星形联结和三角形联结 三相变压器绕组的首、末端标志如下： 三相变压器绕组的首、末端标志如下： A、B、C代表高压绕组的首端，X、Y、Z代表高压绕组的末端 代表高压绕组的首端， 代表低压绕组的首端， a、b、c代表低压绕组的首端，x、y、z代表低压绕组的末端 在三相变压器中， 在三相变压器中，我国主要采用星形联结和三角形联结两种
b相，现标为a相：把c相作为 相；把a相作为 相。原边的 相绕组 相 现标为 相 相作为b相 相作为c相 原边的A相绕组 相作为 相作为 实际上和副边的c相绕组同套在一个铁心柱上 实际上和副边的 相绕组同套在一个铁心柱上
A
B
C
A
c
X c
Y a
Z b
b
o
c yx z (b)
a
C
B
z
x
(a)
y
b
a
图 3-11 Y,y4联 组 结
三相变压器
三相变压器
本章研究的重点问题 目前各国电力系统均采用三相制， 目前各国电力系统均采用三相制，故使用得最广的是三相 变压器。 变压器。 从运行原理上看，三相变压器在对称负载下运行时， 从运行原理上看，三相变压器在对称负载下运行时，各 相的电压、电流幅值相等，相位互差120 120度 相的电压、电流幅值相等，相位互差120度，故可以取三相中 的任一相来研究， 的任一相来研究，即三相问题可以简化成单相问题 所列的基本方程式、等效电路、 所列的基本方程式、等效电路、相量图以及性能计算公 式等等， 式等等，对于三相变压器仍然适用 本章将研究三相变压器的几个特殊问题。即磁路系统、 本章将研究三相变压器的几个特殊问题。即磁路系统、联 结组、电动势、空载电流及磁通波形， 结组、电动势、空载电流及磁通波形，以及不对称运行等问题
三相变压器内部结构
三相变压器内部结构
【实用版】
目录
1.三相变压器的基本概念
2.三相变压器的内部结构
3.三相变压器的绕组结构
4.三相变压器的铁芯结构
5.三相变压器的联接组别和铁芯结构对谐波电流、谐波磁通的影响
正文
三相变压器是一种用于输入和输出三相交流电压的设备，其内部结构主要包括绕组和铁芯。
为了输入不同的电压，输入绕组可以使用多个绕组以适应不同的输入电压，同时输出绕组也可以用多个绕组以输出不同的电压。
三个独立的绕组通过不同的接法（如：星形、三角形）接入三相交流电源，其输出亦如此。
三相变压器的绕组结构有多种，如双层圆筒式、多层圆筒式、饼式、螺旋式等。
其中，饼式又分为连续式、纠结式、纠结连续式，螺旋式又可分为单螺旋、双螺旋、四螺旋、八螺旋等。
三相变压器的铁芯结构主要有壳式和芯式两种。
壳式铁芯结构由三个独立的铁芯构成，每个铁芯都有自己的磁路，彼此独立、互不关联。
芯式铁芯结构则将三个铁芯合并成一个整体，每个相的磁路必须通过另外两相的磁路构成回路，即磁路彼此关联、互相影响。
三相变压器的联接组别和铁芯结构对谐波电流、谐波磁通有影响。
变压器的谐波电流是由其励磁回路的非线性引起的。
谐波电流会导致铜损和杂散损耗增加，影响变压器的性能。
第1页共1页。
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可组成三相变压器组，如图所示。
A
A
aB
B
C
bC
c
X
xY
yZ
z
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主讲教师：阎治安
电机学
❖这种变压器组的各相磁路是相互独立的。当一次侧加上三相对称正弦电压 时，三相空载电流是对称的，三相绕组的主磁通ΦA、ΦB、ΦC也对称。 ❖对于特大容量变压器，采用这种变压器组时将方便运输。
二、三相芯式变压器的磁路
❖三相芯式变压器铁心是将三台单相变压器的铁心合在一起经演变过来的。
E2
末端指向首端即X-
A。
在实验时，强迫Aa同 相位。
当同相时：
E1
U Xx U AX Uax
E2
当反相时：
U Xx U AX Uax
6
电机学 主讲教师：阎治安
电机学
根据绕向（用同名端表示）和标号，可以判断同一柱上一、二次侧之间的相 位关系。
单相变压器的联结组只有两种，即 I，i0 和 I，i6 。
B A
A B C 0
C
省去中央芯柱
AB C
展平并缩短中间相轭部
❖这种铁心结构，两边两相磁路的磁阻比中间一相磁阻大一些。当外加三 相电压对称时，各相磁通相等，但三相空载电流不等，中间那相空载电流 小一些。在小容量变压器中表现较明显，一般I0A=I0C= (1.2-1.5) I0B在大型变 压器中，其不平衡度较小。
电机学
第7章 三相变压器 Three-phase Transformer
❖目前的电力系统，输配电都是采用三相制， 三相变压器应用最广泛。 ❖本章将讲述三相变压器自身的有关知识，即磁路结构、联结组、波形等。
7-1 三相变压器的磁路结构
一、三相变压器组的磁路
❖将三台相同的单相变压器一次、二次侧绕组，按对称式做三相联结，
绕向相同，标号相同 ——— 则两侧相电势同相； 绕向相反，标号相同 ——— 则两侧相电势反相； 绕向相同，标号相反 ——— 则两侧相电势反相； 绕向相反，标号相反 ——— 则两侧相电势同相。
7
主讲教师：阎治安
电机学
三、三相变压器的联结组
❖三相变压器的联结组用高、低压侧对应线电势之间的相位关系来描述。 ❖相位关系判断原则：绕向、标号、三相联接方式； ❖相位关系的结论：实际变压器高低压侧对应线电势之 间的相位差一般为0o，30o, 60o, 90o, 120o, .. . 150o, 300o, 330o。正好对应 于钟表盘上的12个位置。
A
钟表法
Aa
c
Eab
b
UBb U AB Uab
b
O Eab Q
C
a
c
EAB
B
重心重合法
主讲教师：阎治安
例3： 已知接线图，确定联结组别
电机学
B
ABC
* **
X YZ
x yz
***
a bc
11
[析]
用相量图分析 （建议用钟表法）
A
E AB
O
C
zc
b
x
Eab y
Aa
钟表法(试验用方法)
ay
QOຫໍສະໝຸດ zb结论：YN ,y0
B
EAB b
X YZ
a bc
* **
Eab
Aa
钟表法
x yz UBb U AB Uab
c
C
C
A
a
O Eab EAB
Q
c
bB
重心重合法
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主讲教师：阎治安
电机学
例2、判断下图的 联结组别
A BC
* **
[析] 用相量图分析后
B 为： Y,y6
X YZ
x yz
* **
a bc
10
E AB
C
❖在相同的SN下，芯式变压器经济，省材料，体积小、重量轻。
4
主讲教师：阎治安
电机学
三相变压器的一、二次侧均有A、B、C三相绕组，它们之间的联结方
式对变压器的并联运行有较大影响。一般来说三相绕组可以连结成Y或者
Δ(d)型。
7-2 三相变压器的联结组
一、标号
❖高压侧用AX、BY、CZ，低压侧 用ax、by、cz来标记各相绕组的引
（2）重心重合法
❖分别做出一、二次侧的相量图；三角形联结时要注意绕组的首位端，并 画成三角形相量图。 ❖将一、二次侧相量图重心O和Q重合，比较OA和Qa的相对方位，即可确 定联结组别。
13
主讲教师：阎治安
3. 根据联结组别画绕组接线图
例5：根据联接组别 Y,d5 画出其接线图
C
x c
B Y,d11
重心重合法
主讲教师：阎治安
电机学
例4： 已知接线图，确定联结组别
BZ
A * B*C*
[析]
用相量图分析
E AB
C
X
X YZ
y
*
z* x*
（建议用钟表法）
Y
Aa
Eab
b
AY
c
钟表法分析
c
b ca
O Q
a
Xb
B
C
Z
重心重合法分析
结论：
D,y3
12
主讲教师：阎治安
电机学
（1）钟表法
❖通过中间铁心柱的磁通便是A、B、C 三个铁心柱磁通的相量和。 ❖如果三相电压对称，则三相磁通的总和 ΦA+ΦB+ΦC=0，因此，中间铁心柱 可以省去。
2
主讲教师：阎治安
电机学
❖为了使结构简单、制造方便、减小体积、节省材料，通常将三相铁心 柱的中心线布置在同一平面内，演变成常用三相心式变压器铁心。
接电源
接 用 户
线端的符号，简称标号。
二、同一铁心柱上高、低压侧 绕组之间相电势的相位关系
ABC
abc
❖同一铁心柱上一、二次侧之间的 相位关系仅有两种：同相或反相
❖判断原则：
绕向和编号 ！
YZX
yzx
Y,d11的接线
5
主讲教师：阎治安
规定感应电势的参
考正方向为由首端
E1
指向末端A-X。 而 电压的正方向则是
3
主讲教师：阎治安
电机学
❖在计算空载电流时，可取三者算术平均值。因为空载电流较小，对变压器 负载影响不大，与三相变压器组比较起来，还是非常经济的。
三、比较
❖组式变压器三相铁心相互独立，三相磁路互不关联，三相电压对称时,三 相电流平衡,便于拆开运输,并可以减少备用容量。
❖芯式变压器铁心互不独立，三相磁路互相关联；中间相的磁路短，磁阻 小，励磁电流不平衡，但对实际运行的变压器，其影响极小。
❖1、根据接线图画出一次侧相量图，并找出线电E势AB 的相位； ❖2、强迫aA同相位，画出与A相同一铁心柱上的低压绕组相量x a （与一次侧的绕组的相电势同相或者反相）； ❖3、按顺时针读abc的次序确定b、c相的相量； ❖4、凡是三角形联接时须标出绕组首末端和相值方向（末 首） ❖比较两侧线电势的相位差，对照钟表盘确定连接组别。
B
1. 钟时序法
❖将一次侧的某线电势固定在0 点，二次侧对应相的线电势所 指的位置(小时数)可以用来表示 二者之间的相位差，即可以用 来表征联结组。
E AB
A 150 a
Eab b
8
主讲教师：阎治安
电机学
2. 根据绕组连接图判断联结组别
例1、判断下图的联结组别
ABC N
* **
[析] 用相量图分析后为：