第三节 三相变压器

一、三相变压器的组成

目前，各国电力系统均采用三相制，所以实际上使用最广的是三相变压器。三相变压器可以用三个单相变压器组成，这种三相变压器称为三相变压器组；如果把三个单相壳式变压器的铁心构成一体，则成为三相壳式变压器，如图2-20所示；还有一种是由铁轭把三个铁心柱连在一起的三相变压器，则称为三相心式变压器，如图2-21所示。从运行原理和分析方法来说，三相变压器在对称负载下运行时，各相电压、电流大小相等，相位上彼此相差120°，故可取一相进行分析。这时三相变压器的任意一相和单相变压器之间就没有什么区别，因此，前一节所述的分析方法及其结论完全适用于三相变压器在对称负载下的运行情况。至于三相变压器的特点，如三相绕组的连接方法、三相磁路的构成方法、感应电动势的波形以及三相变压器的并联运行等问题将在本节中讨论。

图2-20 壳式变压器

a）单相 b）三相

图2-21 三相心式变压器

1—铁心柱 2—铁轭 3—高压绕组 4—低压绕组

二、三相变压器的磁路系统

三相变压器的磁路系统，可以分成各相磁路彼此无关和彼此相关的两类。

三相变压器组是由三台单相变压器组成的，如图2-22所示。由于每相的主磁通各沿自身的磁路闭合，彼此毫无联系，所以三相变压器组的磁路系统属于彼此无关的一种。当一次侧外施对称三相电压，三相主磁通、、也是对称的，如图2-23所示。因此，三相空载电流也是对称的。

三相心式变压器的各相磁路彼此相关，如图2-24所示。这种铁心结构是从单相变压器演变过来的。如果把三台单相变压器的铁心合并成图2-24a，当三相绕组外施对称三相电压时（图2-23），由于三相主磁通是对称的，中间铁心柱的磁通为，这和负载对称时三相电流中的中线电流等于零一样，因此，可将中间铁心柱省掉，如图2-24b所示。为了使结构简单和节省硅钢片，将三相铁心布置在同一平面内，如图2-24c所示，这就是现在常用的三相心式变压器的铁心。在这种磁路系统中，因每相主磁通都要借另外两相的磁路闭合，故属于每相磁路彼此相关的一种。在这种变压器中，三相磁路长度不相等，中间B相较短，两边A、C相较长，所以三相磁阻不相等。当外施三相对称电压时，三相空载电流便不相等，B相较小，A、C两相大些。但由于变压器的空载电流的百分值很小，它的不对称对变压器负载运行的影响极小，可略去不计。

图2-22 三相变压器组的磁路

图2-23 三相对称磁通

图2-24 三相心式变压器的磁路

有时，在大型变压器中，由于安装场所和运输的限制，需要降低铁心高度，常采用三相三柱旁轭式铁心。它就是在普通三相心式变压器铁心加上两个旁轭，如图2-25所示。通常旁轭的截面取与上、下轭的截面相等。不难证明，在这种铁心中，铁轭中的磁通量约为铁心柱中磁通量的倍，因而，在同样磁通

图2-25 三相三柱旁轭式铁心

密度的条件下，上、下铁轭的截面及其高度可缩小为原来的倍。

现在用得较多的是三相心式变压器，它具有消耗材料少、效率高、占地面积小、维护简单等优点。但在大容量的巨型变压器以及运输条件受限制的地方，为了便于运输及减少备用容量，往往采用三相变压器组。

三、三相变压器的电路系统

在绕组的连接中，绕组首端和末端的标志规定见表2-2。

表2-2 电力变压器的出线标志

在三相变压器中，不论一次绕组或者二次绕组，我国主要采用三角形联结和星形联结两种。

把一相绕组的末端和另一相绕组的首端连接在一起，顺次连成一个闭环回路，便是三角形联结，用△表示，如图2-26a所示。

把三相绕组的三个末端X、Y、Z连接在一起，而把他们的三个首端A、B、C引出，便是星形联结，用表示，如图2-26b所示。

图2-26 三相绕组的联结法

a）三角形联结 b）星形联结

在对称三相系统中，当绕组为三角形联结时，线电压等于相电压，而线电流为相电流的3倍。当绕组为星形联结时，线电流等于相电流，而线电压为相电压的3倍。我国生产的电力变压器用，，△等联结；其中斜线上面的字母表示高压绕组的联结法，斜线下面的表示低压绕组的联结法；表示有中点引出的星形联结。

图2-27 Z形联结

a）绕组联结 b）电动势星形图

如果把每一相绕组都分成两半，将一相绕组的上一半和另一相绕组的下一半反接串联，组成新的一相，再把A₁、B₁、C₁引出，将A₂、B₂、C₂连接在一起作为中点，称为Z形联结或曲折形联结，如图2-27a所示。图2-27b是它的相电动势星形图。从图可见，每相电动势是半个绕组电动势的倍。但用星形联结时，相电动势是半个绕组电动势的2倍。所以，在相同材料消耗下，Z形联结的相电动势和额定容量都减少到只有星形联结时的0.866倍。因此，除特殊情况（如整流变压器）外，不采用Z形联结。