三相变压器

三相变压器在大负荷和大配电中更经济。虽然大多数利用设备采用单相变压器连接,但从经济角度看,单相变压器并不适合大配电。

三相电源几乎应用于电力系统的所有领域,如发电、输配电部门,所有工业部门都是由三相系统供电或连接的。因此,要提高(或增加)或降低(或减少)三相系统的电压,就要使用三相变压器。三相变压器与单相变压器相比,在功率处理容量相同的情况下,具有结构更小、更轻、运行特性更好等诸多优点。

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三相变压器

三相变压器

三相变压器用于电力传输系统各阶段的高压升压或降压。各电站发电为三相,电压在13.2千伏或22千伏范围内。为了减少配电端的功率损耗,在132或400KV等较高的电压下进行输电。因此,为了在更高的电压下传输功率,采用三相升压变压器来提高电压。在传输或分配的最后,这些高电压被降至6600,400,230伏特等水平。为此,采用三相降压变压器。

三相变压器有两种构造方法;一组三个单相变压器或单个三相变压器。

前者是通过适当连接三个具有相同额定值和运行特性的单相变压器而建成的。在这种情况下,如果故障发生在任何一个变压器,系统仍然保持在减少的容量与其他两个变压器的开式三角连接。因此,通过这种类型的连接来保持供电的连续性。这些用于矿山,因为更容易运输单个单相变压器。

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代替使用三个单相变压器,三相组可以由一个由六个绕组组成的单一三相变压器组成的一个共同的多腿铁芯。由于这个单一的单位,重量和成本比三个单位相同的额定值和绕组减少,铁芯和绝缘材料的数量是节省。安装单个单元所需的空间比安装三个单元组要小。但单机组三相变压器的唯一缺点是,如果任何一相发生故障,则必须整个机组退出服务。

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三相变压器的建设

三相变压器的一次绕组和二次绕组均采用普通磁芯构成。正如我们在单相变压器的情况下讨论的,结构可以是铁心型或壳型。因此,对于一组三相铁心型变压器,将三铁心型单相变压器组合在一起。同样,通过合理组合三壳式单相变压器,得到一组三相壳式变压器。在壳型变压器中,EI层压铁芯环绕线圈,而在铁芯型线圈中环绕铁芯。

核心式结构

在铁芯式三相变压器中,铁芯由三个支路或支腿和两个轭组成。磁路形成于这些轭和肢之间。在每一个翼上,主绕组和次级绕组都是同心负伤的。这种类型的变压器用圆柱形圆线圈作为绕组。一条腿上有单相的一次绕组和二次绕组。在平衡状态下,支腿各相的磁通量之和为零。因此,在正常情况下,不需要回腿。但在不平衡负载,高循环电流的情况下,因此,最好使用三个单相变压器。

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薄壳结构

与铁芯式变压器相比,壳式变压器的每一相都有独立的磁路,因此三相之间更加独立。其结构类似于建立在另一个之上的单相壳式变压器。这种变压器的磁路是并联的。因此,忽略了共磁路的饱和效应。然而,壳式变压器在实际应用中很少使用。

三相变压器
壳式

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三相变压器的工作

考虑下图,变压器的一次绕组以星形方式连接在铁芯上。为简单起见,图中只显示连接在三相交流电源上的一次绕组。这三个磁芯彼此以120度角排列。每个核心的空腿组合在一起,形成如图所示的中心腿。

变压器的工作
变压器的工作

当一次电源被三相电源激励时,电流IR、IY和IB开始流过各相绕组。这些电流在各自的磁芯中产生磁通量ΦR, ΦY和ΦB。由于中心支柱是共同的所有铁心,所有三个通量的总和由它携带。在三相系统中,在任意时刻所有电流的矢量和为零。反过来,在某一时刻,所有流量的总和都是相同的。因此,中心腿在任何时刻都不携带任何通量。因此,即使去掉中心支柱,它对变压器的其他条件没有影响。

同样地,在三相系统中,任意两个导体作为第三个导体中的电流的回路,如果在三相变压器的情况下去掉中心支柱,则任意两个支柱作为第三个支柱的磁链的回路。因此,在设计三相变压器时采用了这一原理。

这些磁通在各自的相位中诱导二次磁动势,使它们保持它们之间的相位角。这些电磁场驱动次级线圈的电流,从而驱动负载。根据所使用的连接方式和每一相上的匝数,为了获得电压的升压或降压,感应电压会发生变化。

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三相变压器接线

如前所述,无论是用一个单相三相变压器,还是用三个单相变压器组合,都可以进行三相变换。无论采用三相变压器的三个绕组还是采用三相变压器的三个绕组进行三相变换,其绕组的连接方式是相同的。初级绕组和次级绕组以不同的方式连接,如三角形或星形或这两种形式的组合。三相变压器的额定电压和电流取决于合适的连接方式。最常用的连接是

  • 星形三角
  • 三角星形
  • δ
  • 星形星形

星形-三角连接

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这种类型的连接通常用于在输电端变电所降压到较低的值。公用事业公司利用这种连接来降低配电系统的电压水平。

  • 在这种情况下,变压器的初级绕组以星形连接,次级绕组以三角形连接。
  • 一次侧或高压侧的中性点可以接地,这在大多数情况下是可取的。
  • 二次与一次的线路电压比为每台变压器的变换比的1/√3倍。
  • 一次和二次线电压存在30度相位差。
  • 由于实际初级线圈电压是初级线路电压的58%,高压绕组的绝缘要求通过使用这种绕组降低。
  • 在这种连接中,即使不平衡电流由于中性线在一次或高压侧流动,也能在二次或低压侧获得平衡的三相电压。零线接地还提供防雷防雷保护。

三角-星形连接

三角洲明星

  • 这种连接用于提高电压水平,通常用于高压传输系统的发送端或启动。
  • 在这种情况下,初级连接在delta时尚和次级在星时尚,使三相4线系统在次级是可能的。
  • 负载的二次电压是接通一次电压的√3倍。由于相同的串联电路,负载和次级电流也将相同。
  • 这种连接提供了三个低电压和高电压的单相电路和一个高电压的三相电路,从而可以提供单相和三相负载。
  • 双电压得到三角星形连接。通过在任何相与地之间接线,可以获得低单相电压。通过在任意两相之间接线可以获得更高的单相电压。将三相全部连接到负载上,得到三相电压。
  • 高电压侧的绝缘要求降低,因为二次连接的星形(每相匝数更少)。
  • 类似于星形三角,这种连接导致在一次和二次线电压之间产生30度的相位差。
  • 采用这种连接方式,由于一次和二次电压相位差,不能将其与三角变压器和星星变压器并联。

δ

δδ

  • 当电源是三角形连接,二次负载需要高电流的单电压时,使用这种类型的连接。这通常适用于三相功率负载(如三相电机)。
  • 在这种情况下,初级和次级绕组都以delta的方式连接。
  • 负载上的电压等于二次电压,一次绕组上的电压等于源电压。在这种情况下,通过负载的电流将是次级电流的1.732倍,馈线电流将等于通过初级绕组的1.732倍。由于这些高电源和负载电流,建议将变压器放置在离电源和负载电路更近的地方。
  • 在这种情况下,一次和二次电压之间不存在相位差。
  • 三相电压保持不变,即使不平衡负载,因此允许不平衡负载。
  • 这种连接的主要优点是,如果一个变压器有缺陷或被移除以供使用(开放式三角形连接),那么剩下的两个变压器继续在减少的负载容量下提供三相电源。

星型-星型连接

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  • 在这种情况下,一次和二次绕组都以星形方式连接,并且一次和二次电压之间不存在相位差。
  • 在这种情况下,流过初级和次级绕组的电流等于它们所连接的线路(电源和负载)的电流。两端线相之间的电压等于各自绕组电压的1.732倍。
  • 由于中性可用性,它非常适合三相四线系统。
  • 如果负载平衡,这种类型的连接可以令人满意地工作。但如果负载是不平衡的,中性点移位导致不平等的相电压。
  • 大的第三次谐波电压将出现在初级和次级绕组没有中性结。这可能会导致绝缘失效。
  • 这种连接在很大程度上对通信线路产生干扰,因此在这种连接配置下,电话线不能并行运行。
  • 由于这些缺点,星形连接很少使用,在实际中没有使用。

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斯科特连接

  • 这种连接是用两个单相变压器将三相电源转换成两相电源。
  • 一个变压器称为主变压器有中心或50%抽头,连接在三相线的两条线之间。另一个变压器称为引线变压器,有86.6分接头,连接在第三相线和主变压器的50%分接头之间。
  • 每个变压器的二次绕组提供两相系统的相。
  • 如果两个变压器的二次绕组匝数相等,则这两个变压器的二次电压将相等。产生的电压彼此相差90度。
  • 这种连接主要用于给两相电机供电。

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三相变压器的优点

  • 由于预先接线并准备安装,这些可以更容易安装。
  • 为了提供相同的KVA,所需的铁芯材料比一组三个单相变压器要少得多。
  • 它更轻更小。
  • 它需要更少的安装空间。
  • 更高的效率
  • 与三台单相变压器相比,成本低。
  • 运输方便,运输成本也更低。
  • 单相三相机组的母线结构和开关柜安装较为简单。
  • 三相变压器只需拿出三个端子,而三相变压器则需要拿出六个端子。

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三相变压器的缺点

一旦出现故障或缺相导致整机停机。这是因为在三相变压器中,三个单元共用一个共同的核心。如果一个单元是有缺陷的,这个有缺陷的单元的核心会立即饱和,因为没有一个相反的磁场。这导致了更大的磁通量逃逸到金属外壳从核心。这进一步提高了金属部分的热量,在某些情况下,这些热量足以引起火灾。因此,如果任何一个三相变压器有缺陷,必须关闭三相变压器(或整个机组)。

  • 三相变压器的维修费用较多。
  • 为了恢复业务,备用单元成本比单个变压器备用单元成本高。
  • 当它们自冷时,变压器的容量就会降低。

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