磁路系统和绕组连接方式对电动势波形的影响

在分析单相变压器空载运行时曾指出：当空载电流产生的主磁通Φ及其感应电动势e1及e2是正弦波时，由于磁路饱和的影响，空载电流i0将是尖顶波，也就是说，空载电流中除基波外，还含有较强的三次谐波和其他高次谐波。而在三相变压器中，由于一、二次绕组的连接方法不同，空载电流中不一定能含有三次谐波分量，这将影响到主磁通和相电动势的波形，并且这种影响还与变压器的磁路系统有关。

1.Y，y连接的三相变压器

图1.35　正弦空载电流产生的主磁通波形

由于三相三次谐波电流大小相等且相位相同，因而当一次绕组采用星形连接且无中性线引出时，空载电流中不可能含有三次谐波分量，空载电流就呈正弦波形。由于变压器磁路的饱和特性，正弦波形的空载电流，必激励出呈平顶波的主磁通，如图1.35所示。平顶波的主磁通中除基波磁通Φ1外，还含有三次谐波磁通Φ3。而三次谐波磁通的大小将取决于磁路系统的结构。现分组式和芯式变压器两种情况来讨论。

（1）组式Y，y连接变压器。在三相组式变压器中，由于三相磁路彼此无关，三次谐波磁通Φ3和基波磁通Φ1沿同一铁芯磁路闭合。由于铁芯磁路的磁阻很小，故三次谐波磁通较大，加上三次谐波磁通的频率为基波频率的3倍，即f3=3f1，所以由它所感应的三次谐波相电动势较大，其幅值可达基波幅值的45%～60%，甚至更高，如图1.36所示。结果使相电动势的最大值升高很多，造成波形严重畸变，可能将绕组绝缘击穿。因此对于三相组式变压器不准采用Y，y连接。但在三相线电动势中，由于三次谐波电动势互相抵消，故线电动势仍呈正弦波形。

图1.36　Y，y连接组式变压器电动势波形

图1.37　芯式变压器中三次谐波磁通路径

（2）芯式Y，y连接变压器。在三相芯式变压器中，由于三相磁路彼此相关联，而三相三次谐波磁通大小相等且方向相同，不能沿铁芯闭合，只能借助油和油箱壁等形成回路，如图1.37所示。这种磁路的磁阻很大，使三次谐波磁通Φ3很小，主磁通仍接近于正弦波，相电动势波形也接近于正弦波。但由于三次谐波磁通通过油箱壁等时将产生涡流，引起变压器局部过热，降低变压器效率。因此三相芯式变压器容量大于1800kVA时，不宜采用Y，y连接。

2.YN，y连接的三相变压器

由于变压器的一次侧与电源之间有中性线连接，空载电流的三次谐波分量i03有通路，故i0呈尖顶波，则主磁通Φ及相电动势e均为正弦波形，所以三相变压器可采用此种连接。

3.D，y及Y，d连接的三相变压器

（1）D，y连接变压器。由于变压器一次侧为三角形连接，在绕组内有三次谐波空载电流i03的通路，故i0呈尖顶波，则主磁通及相电动势e均为正弦波形，其情况同YN，y连接相同。

（2）Y，d连接变压器。当三相变压器采用Y，d连接时，如图1.38所示。由于一次绕组作Y连接，无三次谐波空载电流通路，故i0为正弦波，而主磁通为平顶波。主磁通中的三次谐波3在二次绕组中感应三次谐波电动势23，且滞后390°。在23作用下，二次侧闭合的三角形回路中产生三次谐波电流23。由于二次绕组电阻远小于其三次谐波电抗所以23滞后23接近90°，23建立的磁通23的相位与接近相反，其结果大大削弱了的作用，如图1.39所示。因此合成磁通及其感应电动势均接近正弦波。

图1.38　Y，d连接变压器

图1.39　Y，d连接变压器三次谐波电流的去磁作用

4.Y，yn连接的三相变压器

变压器二次侧为yn接线，负载时可为三次谐波电流提供通路，使相电动势波形有所改善，但由于负载阻抗的影响，其三次谐波电流数值小，因此相电动势波形仍得不到较大的改善，这种连接基本上与Y，y连接一样，只适用于容量较小的三相芯式变压器，而三相组式变压器Y，yn连接仍不能采用。(www.xing528.com)

综上分析，当变压器运行在磁化曲线的饱和段时，要得到正弦变化的磁通和相电动势就必须有三次谐波电流，它可由原绕组产生，也可由副绕组产生。例如，由原绕组产生三次谐波电流的有YN，y和D，y连接，由副绕组产生三次谐波电流的有Y，d连接。因此在大容量高压变压器中，当需要一、二次侧均作星形连接时，可另加一个三角形连接的第三绕组，以改善相电动势的波形。另外，无论相电动势中有无三次谐波分量，线电压均为正弦波。

小　结

三相变压器分为三相组式变压器和三相芯式变压器。三相组式变压器每相有独立的磁路，三相芯式变压器各相磁路彼此相关。

三相变压器的电路系统实质上就是研究变压器两侧线电压（或线电动势）之间的相位关系。变压器两侧电压的相位关系通常用时钟法来表示，即所谓连接组别。影响三相变压器连接组别的因素除有绕组绕向和首末端标志外，还有三相绕组的连接方式。变压器共有12种连接组别，国家规定三相变压器有5种标准连接组。

在三相变压器中，由于一、二次绕组的连接方法不同，空载电流中不一定能含有三次谐波分量，这将影响到主磁通和相电动势的波形，并且这种影响还与变压器的磁路系统有关。

习　题

（1）三相芯式变压器和三相组式变压器在磁路结构上有何区别？

（2）三相芯式变压器和三相组式变压器相比，具有哪些优点？

图1.40　

（3）在测取三相芯式变压器的空载电流时，为何中间一相的电流小于两边相的电流？

（4）什么是单相变压器的连接组别？影响其组别的因素有哪些？如何用时钟法来表示？

（5）什么是三相变压器的连接组别？影响其组别的因素有哪些？如何用时钟法来表示？

（6）三相变压器的一、二次绕组按题图1.40连接，试画出它们的线电动势相量图，并判断其连接组别。

（7）3次谐波电流与变压器绕组的连接方式有何关系？若励磁电流中没有3次谐波电流，对绕组电势波形有何影响？

（8）试分析为什么三相组式变压器不能采用Y，y0接线，而小容量的三相芯式变压器却可以？

综合实训

1.实训目标

学会三相变压器连接组别判断。

2.实训要求

测定绕组极性和三相变压器连接组别。