三相变压器的工作原理及接线方法

三相变压器
三相变压器原理
三相变压器是3个相同的容量单相变压器的组合.它有三个铁芯柱,每个铁芯柱都绕着同一相的2个线圈,一个是高压线圈,另一个是低压线圈.
三相变压器是电力工业常用的变压器.
变压器接法与联结组
用于国内变压器的高压绕组一般联成Y接法，中压绕组与低压绕组的接法要视系统情况而决定。

所谓系统情况就是指高压输电系统的电压相量与中压或低压输电系统的电压相量间关系。

如低压系配电系统，则可根据标准规定决定。

1).国内的500、330、220与110kV的输电系统的电压相量都是同相位的，所以，对下列电压比的三相三绕组或三相自耦变压器，高压与中压绕组都要用星形接法。

当三相三铁心柱铁心结构时，低压绕组也可采用星形接法或角形接法，它决定于低压输电系统的电压相量是与中压及高压输电系统电压相量为同相位或滞后30°电气角。

500/220/LVkV─YN，yn0，yn0或YN，yn0，d11
220/110/LVkV─YN，yn0，yn0或YN，yn0，d11
330/220/LVkV─YN，yn0，yn0或YN，yn0，d11
330/110/LVkV─YN，yn0，yn0或YN，yn0，d11
2).国内60与35kV的输电系统电压有二种不同相位角。

如220/60kV变压器采用YNd11接法，与220/69/10kV变压器用YN，yn0，d11接法，这二个60kV输电系统相差30°电气角。

当220/110/35kV变压器采用YN，yn0，d11接法，110/35/10kV变压器采用YN，
yn0，d11接法，以上两个35kV输电系统电压相量也差30°电气角。

所以，决定60与35kV级绕组的接法时要慎重，接法必须符合输电系统电压相量的要求。

根据电压相量的相对关系决定60与35kV级绕组的接法。

否则，即使容量对，电压比也对，变压器也无法使用，接法不对，变压器无法与输电系统并网。

3).国内10、6、3与0.4kV输电与配电系统相量也有两种相位。

在上海地区，有一种10kV与110kV输电系统电压相量差60°电气角，此时可采用110/35/10kV电压比与YN，yn0，y10接法的三相三绕组电力变压器，但限用三相三铁心柱式铁心。

4).但要注意：单相变压器在联成三相组接法时，不能采用YNy0接法的三相组。

三相壳式变压器也不能采用YNy0接法。

三相五柱式铁心变压器必须采用YN，yn0，yn0接法时，在变压器内要有接成角形接法的第四绕组，它的出头不引出(结构上要做电气试验时引出的出头不在此例)。

5).不同联结组的变压器并联运行时，一般的规定是联结组别标号必须相同。

6).配电变压器用于多雷地区时，可采用Yzn11接法，当采用z接法时，阻抗电压算法与Yyn0接法不同，同时z接法绕组的耗铜量要多些。

Yzn11接法配电变压器的防雷性能较好。

7).三相变压器采用四个卷铁心框时也不能采用YNy0接法。

8).以上都是用于国内变压器的接法，如出口时应按要求供应合适的接法与联结组标号。

9).一般在高压绕组内都有分接头与分接开关相联。

因此，选择分接开关时(包括有载调压分接开关与无励磁调压分接开关)，必须注意变压器接法与分接开关接法相配合(包括接法、试验电压、额定电流、每级电压、调压范围等)。

对YN接法的有载调压变压器所用有载调压分接开关而言，还要注意中点必须能引出。

三相变压器的磁路
一、各相磁路彼此独立。

就是用三个单相变压器构成三相变压器组。

二、各相磁路彼此相关（三相铁芯式变压器）
三相变压器的连接组
一、三相变压器绕组的接法
基本接法：
星形（Y）：三相末端相连
三角形（D）：相邻相首末端相连
组合接法：
Yy或YNy或Yyn：高压侧和低压侧都是星形接法，某一侧的中性点可接地。

Yd或YNd；高压侧星形接法，低压侧三角形接法，高压侧的中性点可接地。

Dy或Dyn：高压侧三角形接法，低压侧星形接法，低压侧的中性点可接地。

Dd：高压侧和低压侧都是三角形接法。

注意：只有星形接法才有中性点。

二、连接组别及标准连接组
连接组：表示一、二次绕组电动势相位关系的一种方法。

同极性端：某一时刻高低压绕组上极性相同的对应端点称为同极性端。

注意：同极性端是客观存在的，它与高低压绕组的相对绕向有关。

首末端：绕组的两个端点，人为地指定其中一个是首端，则另一个就是末端。

时钟表示法：高压电动势看作时钟的长针，低压电动势看作时钟的短针，把代表高压电动势的长针固定指向12点，代表低压电动势的短针所指的时数作为绕组的组号。

1、单相变压器的连接组别
Ii0：同极性端同时标为首端。

Ii6：同极性端一个标为首端，一个标为末端。

2、三相变压器的连接组别
三相变压器的连接组别用一、二次绕组的线电势相位差来表示。

三相变压器的连接组别种类繁多，为统一制造，我国国标规定只生产五种标准连接组：Yyn0、Yd11、YNd11、YNy0和Yy0，其中前三种最为常用。

三相变压器三相变压器绕组连接法及其磁路系统对电动势波形的影响
绕组连接法及其磁路系统对电动势波形的影响由于磁路饱和，磁化电流为尖顶波，可以分解为基波和奇数次谐波，其中三次谐波分量最大，对变压器的影响也最大。

三次谐波电流分量分别为：
⎪⎩⎪⎨⎧=°−==°−==t I t I i t
I t I i t I i m m C
m m B m A ωωωωωµµµµµµµµ3sin )240(3sin 3sin )120(3sin 3sin 33333333特点：各相电流的三次谐波分量是同相位的！
由于三次谐波电流在时间上是同相位的，它们能否流通取决于三相绕组的连接方法。

一次侧YN 连接：三次谐波电流可以通过N 线流通，不论二次侧如何连接，各相磁化电流均为尖顶波，铁芯中的磁通为正弦波，二次侧各相电动势也为正弦波。

一次侧Y 连接：三次谐波电流不能流通，铁芯中的磁通波形和二次侧各相电动势波形与变压器的构造及二次侧的连接有关。

一、Yy 连接的三相变压器组
磁化电流：正弦波，因为三次谐波电流分量不能流通。

铁芯磁通：平顶波（因为磁路饱和），可以分解为基波和奇次谐波，其中三次谐波的影响较大。

相电势：尖顶波，由基波电势和三次谐波电势合成。

思考：铁芯磁通波形和相电势波形都是主要由基波和三次谐波合成的，为什么铁芯磁通波形是平顶波，而相电势波形是尖顶波？
注意：由于三相变压器组的各相有独立的磁路，三相谐波磁通能够通过铁芯流通，磁阻较小，磁通较大，而且其频率是基波的三倍，其感应的三次电势分量振幅可达基波的50% ~60%，不但使相电势波形严重畸变，而且使相电势辐值超过允许值。

所以，三相变压器组不能接成Yy运行。

二、三相铁芯式变压器Yy连接
和Yy连接的三相变压器组一样，三次谐波电流分量不能流通，磁通含有三次谐波分量。

只是磁通的三次谐波分量不能通过铁芯流通，只能通过变压器油、油箱壁合铁轭等形成回路，其磁路磁阻较大，磁通量很小。

其所感应的谐波电势也很小，相电势接近于正弦波。

所以，三相铁芯式变压器可以接成Yy形式。

注意：由于三次谐波磁通经过油箱壁等钢件时，会在其中感应电动势，产生涡流，引起油箱壁局部过热，降低变压器的效率。

国标规定，Yy连接的三相铁芯式变压器，其容量不能超过1800kVA。

三、Yd连接的三相变压器
二次侧的三次谐波电动势形成环流，该环流产生磁通与原有的三次谐波磁通相抵消，铁芯磁通波形接近于正弦波，相电势也接近于正弦波。

也可以理解为产生正弦磁通所需要的尖顶波由一次侧和二次侧共同提供，一次侧提供基波分量，二次侧提供三次谐波分量。

由于Yd连接的三相变压器，其相电势波形为正弦波，所以大容量的变压器可以接成Yd
连接。

四、附加三角形连接绕组的Yy变压器
大容量的变压器如需要接成Yy形式，必须在铁芯柱上另外安装一套三角形连接的绕组，该绕组可以为变压器提供励磁所需的三次谐波电流分量。

根据需要，还可以把该绕组的端点引出，成为三绕组变压器。