03第3章 三相变压器

1、第3章 三相变压器 3.1 3.1 三相变压器的磁路结构三相变压器的磁路结构 3.2 3.2 三相变压器的联结组别三相变压器的联结组别 3.3 3.3 磁路结构和联结组别对电动势波形的影响磁路结构和联结组别对电动势波形的影响 内容内容 要求要求 掌握三相组式变压器和三相心式变压器磁路结构的特点；掌握三相组式变压器和三相心式变压器磁路结构的特点； 掌握三相变压器联结组别的概念，联结组别的判定方法；掌握三相变压器联结组别的概念，联结组别的判定方法； 掌握联结组别和磁路结构对相绕组感应电动势波形的影响掌握联结组别和磁路结构对相绕组感应电动势波形的影响。 第3章 三相变压器 3.1 3.1 三相变压器

2、的磁路结构三相变压器的磁路结构 一、三相组式变压器的磁路特点 （1）三相磁路彼此独立，互不关联，即各相主磁通都有自己独立的磁路；）三相磁路彼此独立，互不关联，即各相主磁通都有自己独立的磁路； （3）外加三相对称电压时，三相主磁通对称，三相空载电流也对称。）外加三相对称电压时，三相主磁通对称，三相空载电流也对称。 （2）三相磁路几何尺寸完全相同，即各相磁路的磁阻相等；）三相磁路几何尺寸完全相同，即各相磁路的磁阻相等； 三相组式变压器：三相组式变压器： 由三台相同的单相由三台相同的单相 变压器组合而成。变压器组合而成。 磁路特点：磁路特点： 三相变压器的磁路结构：组式、心式。三相变压器的磁路结构：

3、组式、心式。 第3章 三相变压器 二、三相心式变压器的磁路特点 三相心式变压器的铁心结构是从三相组式变压器铁心演变而来的。三相心式变压器的铁心结构是从三相组式变压器铁心演变而来的。 1W 2W 1w 2w u v w 1U 2U 1u 2u 1V 2V 1v 2v （2）各相磁路长度不等。中间相磁路长度略小于其它两相磁路长度，中间相磁）各相磁路长度不等。中间相磁路长度略小于其它两相磁路长度，中间相磁 阻阻 略小于其它两相的磁阻；略小于其它两相的磁阻； （1）各相磁路不独立，每相磁通都要借助其它两相磁路而闭合；）各相磁路不独立，每相磁通都要借助其它两相磁路而闭合； 磁路特点：磁路特点： （3）外

4、加三相对称电压时，三相主磁通对称，三相空载电流近似对称。）外加三相对称电压时，三相主磁通对称，三相空载电流近似对称。 第3章 三相变压器 3.2 3.2 三相变压器的联结组别三相变压器的联结组别 连接组别连接组别：是反映变压器连接方式及一、二次电动势相位关系的一种标志。：是反映变压器连接方式及一、二次电动势相位关系的一种标志。 三相绕组有两种连接方式：星形联结（三相绕组有两种连接方式：星形联结（Y） 、三角形联结（、三角形联结（D） 。 一、三相绕组的连接方式 变压器绕组的首、末端标志变压器绕组的首、末端标志 绕组名称绕组名称 单相变压器单相变压器三相变压器三相变压器 中性点中性点 首端首端末

5、端末端首端首端末端末端 高压绕组高压绕组U1U2U1、V1、W1U2、V2、W2N 低压绕组低压绕组u1u2u1、v1、w1u2、v2、w2n 为了正确连接三相绕组，变压器每相绕组的两个出线端都有一个标志。为了正确连接三相绕组，变压器每相绕组的两个出线端都有一个标志。 第3章 三相变压器 星形联结与三角形联结的接线图星形联结与三角形联结的接线图 第3章 三相变压器 二、单相变压器的联结组别 1同名端（同极性端） 判别法：判别法：在绕组电流与磁通正方向符合右手螺旋关系时，可根据：在绕组电流与磁通正方向符合右手螺旋关系时，可根据： “凡是从凡是从 同名端流进的电流所产生的磁通是同方向的同名端流进的

6、电流所产生的磁通是同方向的”这一特点来判断同名端。这一特点来判断同名端。 同名端：同名端：高、低压绕组感应电动势是交变的，即高、低压绕组的极性是交变的。高、低压绕组感应电动势是交变的，即高、低压绕组的极性是交变的。 某一瞬间，高、低压绕组为某一瞬间，高、低压绕组为同极性同极性的两个端点，称为同名端。的两个端点，称为同名端。 相量图相量图绕向同、标志反绕向同、标志反绕向反、标志同绕向反、标志同 U1、u1为异名端为异名端 绕向同、标志同绕向同、标志同 绕向反、标志反绕向反、标志反 相量图相量图 U1、u1为同名端为同名端 第3章 三相变压器 2高、低压绕组电动势相位关系 UU1U2 EE uu1

7、u2 EE 规定： 3 3单相变压器的联结组别 时钟表示法：时钟表示法： U E 时钟分针（长针），固定指向时钟的时钟分针（长针），固定指向时钟的“0 0点点” u E 时钟时针（短针），时钟时针（短针），它指向的时钟数字，就是联结组别号。它指向的时钟数字，就是联结组别号。 I,I0I,I0是标准联结组是标准联结组 I,I0I,I0 I,I6I,I6 单相变压器的联结组别有两种：单相变压器的联结组别有两种： I I表示单相绕组表示单相绕组 同相位与表示 Uu 0EE 反相位与表示 Uu 6EE 由同名端指向非同名由同名端指向非同名 端的电动势同相位，端的电动势同相位， 根据根据 则则 （1）当

8、）当 U1、u1为同名端时，为同名端时，同相位与 uU EE （2）当）当 U1、u1为异名端时，为异名端时， 反相位与 uU EE 第3章 三相变压器 三、三相变压器的联结组别 高、低压绕组的连接方式高、低压绕组的连接方式 高、低压线电动势相位关系高、低压线电动势相位关系 三相变压器的联结组别反映：三相变压器的联结组别反映： 时钟表示法：时钟表示法： UV E 分针（长针），固定指向时钟的分针（长针），固定指向时钟的“0 0点点” uv E 时针（短针），时针（短针），它指向的时钟数字，就是联结组别号。它指向的时钟数字，就是联结组别号。 三相变压器连接组别判别方法：三相变压器连接组别判别方法

9、： （1）高、低压侧电动势相序必须一致；）高、低压侧电动势相序必须一致； （2）电动势相量图形与绕组连接方式相对应：）电动势相量图形与绕组连接方式相对应： Y联结绕组，相量图呈联结绕组，相量图呈Y形；形；D联结绕组，相量图呈三角形形。联结绕组，相量图呈三角形形。 （1）根据高压侧三相绕组连接方式（）根据高压侧三相绕组连接方式（Y或或D）画出高压侧电动势相量图，并使）画出高压侧电动势相量图，并使 指向指向“0点点” UV E （2）根据低压侧三相绕组连接方式（）根据低压侧三相绕组连接方式（y或或d）及低压侧与高压侧相电动势相位关系（同向或）及低压侧与高压侧相电动势相位关系（同向或 反反 向）画出

10、低压侧电动势的相量图，并画出向）画出低压侧电动势的相量图，并画出 ，它指向的数字就是联结组别号。，它指向的数字就是联结组别号。 uv E 画相量图时注意两点：画相量图时注意两点： 第3章 三相变压器 Y,y0 联结组 Y,y6 联结组 Y,y0 含义：含义： 高、低压绕组均为星形连接，高、低压绕组均为星形连接， 高、低压侧对应线电动势同相位。高、低压侧对应线电动势同相位。 Y,y6 含义：含义： 高、低压绕组均为星形连接，高、低压绕组均为星形连接， 高、低压侧对应线电动势反相位。高、低压侧对应线电动势反相位。 低压绕组三相标志依次后移，低压绕组三相标志依次后移， 可得到可得到Y,y4、Y,y8

11、联结组别。联结组别。 低压绕组三相标志依次后移，低压绕组三相标志依次后移， 可得到可得到Y,y10、Y,y2联结组别。联结组别。 第3章 三相变压器 Y,d11,d11联结组联结组Y,d1,d1联结组联结组 Y,d11 含义：含义： 高压绕组为高压绕组为Y接，低压绕组为接，低压绕组为d接，接， 低压线电动势超前高压线电动势低压线电动势超前高压线电动势30o。 低压绕组三相标志依次后移，低压绕组三相标志依次后移， 可得到可得到Y,d3、Y,d7联结组别。联结组别。 Y,d1 含义：含义： 高压绕组为高压绕组为Y接，低压绕组为接，低压绕组为d接，接， 低压线电动势滞后高压线电动势低压线电动势滞后高

12、压线电动势30o。 低压绕组三相标志依次后移，低压绕组三相标志依次后移， 可得到可得到Y,d5、Y,d9联结组别。联结组别。 第3章 三相变压器 总之总之: : 对于对于Y,yY,y（或（或D,dD,d）连接，可得到）连接，可得到0 0、2 2、4 4、6 6、8 8、1010等六个偶数组别；等六个偶数组别； 对于对于Y,dY,d（或（或D,yD,y）连接，可得到）连接，可得到1 1、3 3、5 5、7 7、9 9、1111等六个奇数组别。等六个奇数组别。 标准连接组别有标准连接组别有5种：种： Y,yn0： 二次带中线构成三相四线制，作二次带中线构成三相四线制，作400V配电变压器供三相动力

13、和单相照明负载。配电变压器供三相动力和单相照明负载。 Y,d11： 用于低压侧电压超过用于低压侧电压超过400V，高压侧电压在，高压侧电压在35kV以下的变压器中。以下的变压器中。 YN,d11：用在高压输电线路中，高压侧可以接地，电压一般在：用在高压输电线路中，高压侧可以接地，电压一般在35110kV及以上。及以上。 YN,y0： 用在高压侧中性点需要接地的场合。用在高压侧中性点需要接地的场合。 Y,y0： 用在只供三相负载的场合。用在只供三相负载的场合。 其中，前三种最为常用。其中，前三种最为常用。 第3章 三相变压器 3.3 联结组别和磁路结构对相电动势波形影响 一、励磁电流与主磁通的波

14、形关系 波形关系与 0 . 1 i 为正弦波时为正弦波时， 0 i将是尖顶波将是尖顶波 0 i为正弦波时，为正弦波时，将是平顶波将是平顶波 原因：磁路的饱和特性。原因：磁路的饱和特性。 第3章 三相变压器 尖顶波电流分解成基波和三次谐波尖顶波电流分解成基波和三次谐波 平顶波磁通分解成基波和三次谐波平顶波磁通分解成基波和三次谐波 根据数学中的级数理论，根据数学中的级数理论，尖顶波和平顶波都可分解成基波和一系列奇次谐波。尖顶波和平顶波都可分解成基波和一系列奇次谐波。 忽略幅值很小的五次及以上谐波情况下忽略幅值很小的五次及以上谐波情况下 03010 iii 尖 31 平 2.非正弦波的分解非正弦波的

15、分解 第3章 三相变压器 tItIi tItIi tIi 3sin)240(3sin 3sin)120(3sin 3sin m0303mW03 m0303mV03 03mU03 在三相系统中，三相三次谐波分量在三相系统中，三相三次谐波分量大小相等、相位相同大小相等、相位相同。例如。例如 3. 三次谐波的特点三次谐波的特点 W03V03U03 iii 4. 三次谐波的流通情况三次谐波的流通情况 03010sin1sin111sin1 iiieeueu 尖 的产生外加 在单相变压器中：在单相变压器中： 在三相变压器中：在三相变压器中： 3 i能否流通，取决于三相绕组的连接方式。能否流通，取决于三相

16、绕组的连接方式。 一样可流过单相绕组，故单相变压器的空载电流为尖顶波。一样可流过单相绕组，故单相变压器的空载电流为尖顶波。 0103 ii与 3 能否流通取决于三相铁心结构。能否流通取决于三相铁心结构。 第3章 三相变压器 能通过中线流通能通过中线流通 能在三角形内部流通能在三角形内部流通 无中线，无中线， 不能流通不能流通 3 i 3 i 流流 通通 情情 况况 3 能在各相独立的主磁能在各相独立的主磁 路铁心中流通，其值很大。路铁心中流通，其值很大。 组组 式式 不能在不能在“Y形形”铁心中流通，只铁心中流通，只 能通过漏磁路流通，其值很小能通过漏磁路流通，其值很小。 3 心心 式式 3

17、流流 通通 情情 况况 第3章 三相变压器 二、联结组别和磁路结构对相电动势波形的影响 1YN,y 联结时的电动势波形联结时的电动势波形 一次侧有中线，一次侧有中线，i03 03能流通， 能流通，i0 0为尖顶波，为尖顶波，为正弦波，为正弦波，e 也为正弦波。也为正弦波。 2Y,y 联结时的电动势波形联结时的电动势波形 一次侧无中线，一次侧无中线，i03不能流通，不能流通，i0为为 正弦波，正弦波，为平顶波，为平顶波，= 1+3 但但3能否流通取决于铁心结构：能否流通取决于铁心结构： （1）对于组式变压器：）对于组式变压器： 3能在铁心中流通，能在铁心中流通，= 1+3 11 e 33 e 3

18、1 eee为尖顶波为尖顶波 E3可达可达50%E1，使，使e最大值升高很多，可能击穿绕最大值升高很多，可能击穿绕 组绝缘，因此，组绝缘，因此，三相组式变压器不采用三相组式变压器不采用Y,yY,y联结联结。 第3章 三相变压器 3 3只能通过磁阻很大的漏磁路闭合，只能通过磁阻很大的漏磁路闭合，3 3很小，很小，基本为正弦波，基本为正弦波，e 基本为正弦波。基本为正弦波。 （2）对于心式变压器：）对于心式变压器： 但但3 3通过油箱壁时将产生涡流损耗，造成局部过热，降低变压器的效率。通过油箱壁时将产生涡流损耗，造成局部过热，降低变压器的效率。 因此，只有小容量（因此，只有小容量（1800kVA18

19、00kVA以下）三相心式变压器才可以采用以下）三相心式变压器才可以采用Y,yY,y联结。联结。 一次一次D联结，联结，i03能在三角形内部流通，故能在三角形内部流通，故i0为尖顶波，为尖顶波，为正弦波，为正弦波，e 为正弦波为正弦波。 3D,y 联结时的电动势波形联结时的电动势波形 4Y,d 联结时的电动势波形联结时的电动势波形 一次一次Y Y接无中线，接无中线，i03 03=0 =0，i0 0为正弦波，为正弦波，=1 1+3 3为平顶波；为平顶波； 其中其中3 3在二次绕组中产生在二次绕组中产生e23 23，并在 ，并在d d接绕组内产生接绕组内产生i23 23； ； i23 23建立的磁通

20、 建立的磁通23 23将大大削弱 将大大削弱3 3的作用，的作用， 因此合成磁通和电动势均接近正弦波。因此合成磁通和电动势均接近正弦波。 第3章 三相变压器 i23 对对3去磁作用去磁作用 从磁动势平衡关系来看从磁动势平衡关系来看: 由于一次侧没有由于一次侧没有i03与二次侧与二次侧i23相平衡，因此相平衡，因此 二次侧二次侧i23起励磁电流作用，此时变压器的主磁通起励磁电流作用，此时变压器的主磁通 由一次侧由一次侧i01与二次侧与二次侧i03共同建立，其效果与一次共同建立，其效果与一次 侧单方面提供尖顶波励磁电流的效果是相同的。侧单方面提供尖顶波励磁电流的效果是相同的。 23 E 90 3

21、滞后滞后 R2X23 23 I 23 E 90近近滞后滞后 23 I 23 与与 同相同相 第3章 三相变压器 二次二次y接带中线，负载时为接带中线，负载时为 i23 提供通路，与提供通路，与Y,d联结类似，可以改善联结类似，可以改善 电动势波形。但由于负载阻抗较大，电动势波形。但由于负载阻抗较大， i23很小，因此电动势波形改善不多。很小，因此电动势波形改善不多。 这种联结与这种联结与Y,y联结一样，只适用于容量较小的三相心式变压器，联结一样，只适用于容量较小的三相心式变压器， 组式变压器不能采用。组式变压器不能采用。 5 5Y,yn 联结时的电动势波形联结时的电动势波形 结论结论 （1）因磁饱和：）因磁饱和：为正弦波时，为正弦波时，i0为尖顶波；若为尖顶波；若i0为正弦波，则为正弦波，则为平顶波。为平顶波。 尖顶波电流或平顶波磁通可以看成是由基波和三次谐波组成。尖顶波电流或平顶波磁通可以看成是由基波和三次谐波组成。 （2）为了使相电动势为正弦波，主磁通应为正弦波，这就要求励磁电流为尖）为了使相电动势为正弦波，主磁通应为正弦波，这就要求励磁电流