三相变压器-4课件讲解

铁道信号自动控制专业教学资源库《铁路信号电源设备维护》德修身技立业铁道信号自动控制专业教学资源库变压器-4德修身技立业绕组连接方式及铁芯结构形式对电动势波形的影响

变压器的主磁通是由励磁电流建立的，但主磁通的量值大小是受到外施电压及电路参数的制约。当外施电压为额定值时，主磁通一定为常数。当外施电压u1为正弦波时，与之相平衡的电动势e1以及感应该电动势的主磁通Φ也应时正弦波，但考虑到变压器铁芯磁路的饱和现象，磁通和励磁电流之间具有非线性关系，故空载电流必定为尖顶波，这种波除基波成分外，还包含有较强的三次谐波和较弱的更高次的奇次谐波。（1）绕组连接组别对变压器的空载电流波形的影响。（2）变压器的磁路系统对主磁通波形的影响。（3）绕组连接组别和磁路系统对电动势波形的影响。本节课主要解决的三大问题空载电流波形——取决于铁芯主磁路的饱和程度由于磁路饱和，空载电流与由它产生的主磁通呈非线性关系。当磁通按正弦规律变化时，空载电流呈尖顶波形。当空载电流按正弦规律变化时，主磁通呈平顶波形。

若空载电流为正弦波，磁通的波形就为非正弦的平顶波，它也包含有三次谐波和其它高次谐波。

在分析单相变压器的空载运行时指出，由于磁路存在着饱和现象，当主磁通为正弦波时，励磁电流为尖顶波，根据谐波分析方法，尖顶波可分解为基波和3、5、7…次谐波。除基波外，三次谐波分量的幅值最大。但在三相变压器中，各相基波彼此互差1200，而三次谐波的频率为基波的三倍，故空载电流中的三次谐波为：由上式可知，三相空载电流中的三次谐波大小相等，在时间上是同相位的。同理，磁通中的三次谐波磁通也是大小相等方向相同。问题在三相系统中，三次谐波电流(磁通)大小相等在时间上同相位，它的流通是否存在与三相绕组的连接方法及磁路结构有关?

首先是考虑i0中有无i03

，看电路连接中有无i03通路，而三相变压器绕组的接法主要有星形(Y)和三角形(D)两种。Y连接中，无i03通路，则i0为正弦波；YN或D连接，i03可以在绕组中流过，则i0为尖顶波。

其次是考虑Φ中有无Φ3

，看磁路结构，而三相变压器铁芯的结构主要有组式和芯式两种。三相组式变压器，Φ3可以在铁芯心中流过，则Φ为平顶波；三相芯式变压器，Φ3不能在铁芯中流过，只能借助油和油箱壁等形成回路，磁路磁阻很大，Φ3很小，则Φ基本为正弦波。

变压器的空载电流的波形与三相绕组的连接法(星形或三角形)有关，而且铁芯中磁通的波形又与磁路的结构型式(组式或芯式变压器)有关。基于绕组的连接法和铁芯结构上的特点，使空载电流和磁通的三次谐波受到限制，从而使绕组电动势波形受到影响。一、Y,y连接的组式变压器的电动势波形(1)电路分析:当三相变压器绕组一、二次侧都采用星形不带中性线（Y）连接时，三次谐波电流不能在绕组中流通，空载电流中不可能有三次谐波，若忽略五次以上的高次谐波，空载电流近似为正弦波，从而就不能够提供三次谐波磁势。加上由于铁心的饱和现象，产生的磁通近似为平顶波，除基波磁通外，还主要包含有三次谐波磁通，(忽略较弱的五、七次等高次谐波)。(2)磁路分析:在组式变压器中，由于各相磁路彼此独立，三次谐波磁通φ3和基波φ1磁通沿铁芯闭合。铁芯的磁阻很小，三次谐波磁通φ3较大。又因为三次谐波的频率为基波的三倍，所以由它感应的三次谐波电动势将很大，基波电动势e1与三次谐波电动势e3相叠加，得到空载时绕组的相电动势波形为尖顶波。Y,y连接中由于空载电流中没有三次谐波磁动势，所建立的磁通波近似于平顶波，在各次谐波磁通中以三次谐波磁通幅度最大。三次谐波磁通与基波磁通有相同磁路，其磁阻较小，感应产生的三次谐波电动势相当大。其幅幅可达基波幅幅的45％一60％。导致相电动势波形严重畸变。所产生的过电压有可能危害线圈绝缘。规定：三相组式变压器不允许接成Y，y运行。思考：相电势中存在三次谐波电势，则线电势的波形如何？

在三相组式变压器Y,y连接这种接法里，三次谐波电流不能流通，空载电流近似为正弦波。由于铁芯的饱和现象，磁通近似为平顶波，除基波外，还主要包含有三次谐波磁通，但三次谐波磁通的大小决定于三相变压器的磁路系统。由于各相磁路独立的三相变压器组三次谐波磁通较大，加之，所以三次谐波电动势相当大，其幅值可达基波电动势幅值的45～60%，导致相电动势波形严重畸变，所产生的过电压可能危害绕组的绝缘。因此，三相变压器组不能采用Y，y连接，但在线电动势中，由于三次谐波电动势互相抵消，其波形仍为正弦波。相电势中存在三次谐波电势，则线电势的波形如何？二、Y,y连接的芯式变压器的电动势波形

一次侧空载电流近似为正弦波，产生的磁通近似为平顶波，除基波磁通外，还主要包含有三次谐波磁通。但在彼此关联的芯式变压器磁路中，三次谐波磁通虽不能沿铁芯闭合，但它能借助变压器油和油箱壁等形成闭合回路，如图所示。

由于这条磁路的磁阻很大，使得三次谐波磁通大大削弱，这样主磁通就接近正弦波，相电动势波形也接近正弦波。

这种变压器虽被采用，但由于φ3要通过油箱壁等构成的回路，会在油箱内引起三倍频率的涡流损耗而局部发热，降低变压器的效率，故只适用于容量小于1800KVA，且电压又较低的芯式变压器。三、D,y(YN，y)连接的变压器的电动势波形

当变压器一次侧绕组为三角形接法时，空载电流的三次谐波分量可以在闭合的三角形回路流通，所以空载电流为尖顶波，建立的主磁通为正弦波，绕组中感应的相电势为正弦波，线电势为正弦波。四、Y,d连接的变压器的电动势波形

变压器一次侧绕组Y连接，空载电流三次谐波不能流通，波形为正弦波，铁芯中的主磁通的三次谐波分量会在二次侧绕组中感应出三次谐波电动势，并在二次侧三角形接法中三次谐波同相位、同大小，形成三次谐波电流(环流)，如图所示:

从磁动势平衡式可知，由于一次侧没有三次谐波电流与二次侧三次谐波电流相平衡(去磁)，因此二次侧三次谐波电流同样起着励磁作用。由此可认为二次侧三次谐波电流作为励磁电流，与一次侧中的基波电流共同建立主磁场。铁芯中的主磁通就接近正弦波。它在绕组中感应的相电势近似为为正弦波，线电势也为正弦波。

根据上述几种情况分析得出结论：在三相变压器中，希望在一次侧或二次侧绕组中有一个接成三角形，保证相电动势接近正弦波，避免畸变。

现在有些大容量三相变压器，有时专门装设有一个三角形接法的第三绕组，该绕组不接电源也不接负载，只提供三次谐波电流的通路，以保证相电动势接近正弦波，发生畸变。如图所示:本节小结（1）影响三相变压器空载电流i0波形的因素是：取决于变压器的电路，即绕组连接方式（Y连接，还是D连接）；取决于变压器的磁路，即铁芯结构型式（组式，还是芯式）。（2）影响三相变压器主磁通量φ0波形的因素是：

03与

01沿同一磁路闭合，

03大，感应得到的E3可达45-60%.感应电势称为尖顶波，最大值升高，影