第 3章 三相变压器

3.1 三相变压器的磁路结构

3.2 三相变压器的联结组别3.3 磁路结构和联结组别对电动势波形的影响

[ 内容 ]

[ 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。

第 3章 三相变压器3.1 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；

（ 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。

（ 2 ）三相磁路几何尺寸完全相同，即各相磁路的磁阻相等；

三相组式变压器：由三台相同的单相变压器组合而成。

磁路特点：

三相变压器的磁路结构：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。

1W

2W1w

2w

u v w

1U

2U1u

2u

1V

2V1v

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；磁路特点：

（ 3 ）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 三相变压器的联结组别连接组别：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。

三相绕组有两种连接方式：星形联结（ Y ） 、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

绕组名称单相变压器 三相变压器

中性点首端 末端 首端 末端

高压绕组 U1 U2U1、 V1、

W1U2、 V2、

W2N

低压绕组 u1 u2u1、 v1、 w

1u2、 v2、 w

2n

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

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：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

同名端流进的电流所产生的磁通是同方向的”这一特点来判断同名端。

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。 某一瞬间，高、低压绕组为同极性的两个端点，称为同名端。

相量图绕向同、标志反 绕向反、标志同

U1 、 u1 为异名端

绕向同、标志同 绕向反、标志反 相量图

U1 、 u1 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 uu1u2 EE 规定：

3 ．单相变压器的联结组别

时钟表示法： UE 时钟分针（长针），固定指向时钟的“ 0 点”uE 时钟时针（短针），它指向的时钟数字，就是联结组别号。

I,I0 是标准联结组

I,I0

I,I6

单相变压器的联结组别有两种：

I 表示单相绕组同相位与表示 Uu0 EE

反相位与表示 Uu6 EE

由同名端指向非同名 端的电动势同相位，

根据 则（ 1 ）当U1 、 u1 为同名端时， 同相位与 uU EE

（ 2 ）当U1 、 u1 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、低压线电动势相位关系三相变压器的联结组别反映：

时钟表示法： UVE 分针（长针），固定指向时钟的“ 0 点”uvE 时针（短针），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：

（ 1 ）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： Y 联结绕组，相量图呈 Y 形； D 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（ Y 或 D ）画出高压侧电动势相量图，并使 指向“ 0点” UVE

（ 2 ）根据低压侧三相绕组连接方式（ y 或 d ）及低压侧与高压侧相电动势相位关系（同向或反 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。

uvE

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：高、低压绕组均为星形连接，高、低压侧对应线电动势同相位。

Y,y6 含义：高、低压绕组均为星形连接，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，可得到 Y,y4 、 Y,y8 联结组别。

低压绕组三相标志依次后移，可得到 Y,y10 、 Y,y2 联结组别。

第 3章 三相变压器 Y,d11 联结组 Y,d1 联结组

Y,d11 含义：高压绕组为 Y 接，低压绕组为 d 接，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，可得到 Y,d3 、 Y,d7 联结组别。

Y,d1 含义：高压绕组为 Y 接，低压绕组为 d 接，低压线电动势滞后高压线电动势 30o 。

低压绕组三相标志依次后移，可得到 Y,d5 、 Y,d9 联结组别。

第 3章 三相变压器

总之 :

对于 Y,y （或 D,d ）连接，可得到 0 、 2 、 4 、 6 、 8 、 10 等六个偶数组别；

对于 Y,d （或 D,y ）连接，可得到 1 、 3 、 5 、 7 、 9 、 11 等六个奇数组别。标准连接组别有 5 种：

Y,yn0 ： 二次带中线构成三相四线制，作 400V 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 400V ，高压侧电压在 35kV 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 35~110kV 及以上。YN,y0 ： 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。

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形关系

波形关系与0.1 i为正弦波时， 0i 将是尖顶波

0i 为正弦波时， 将是平顶波原因：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 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，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

03010 iii 尖 31 平

2. 非正弦波的分解

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，三相三次谐波分量大小相等、相位相同。例如

3. 三次谐波的特点

W03V03U03 iii

4. 三次谐波的流通情况

03010sin1sin111sin1 iiieeueu 尖的产生外加

在单相变压器中：

在三相变压器中：

3i 能否流通，取决于三相绕组的连接方式。

一样可流过单相绕组，故单相变压器的空载电流为尖顶波。0103 ii 与

3 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 能在三角形内部流通无中线， 不能流通3i

3i流通情况

3 能在各相独立的主磁

路铁心中流通，其值很大。组式

不能在“ Y 形”铁心中流通，只 能通过漏磁路流通，其值很小。

3心式

3流通情况

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

1 ． YN,y 联结时的电动势波形

一次侧有中线， i03能流通， i0 为尖顶波，Φ为正弦波， e 也为正弦波。 2 ． Y,y 联结时的电动势波形

一次侧无中线， i03 不能流通， i0 为

正弦波， Φ 为平顶波， Φ= Φ1+Φ3

但 Φ3 能否流通取决于铁心结构：

（ 1 ）对于组式变压器：Φ3能在铁心中流通， Φ= Φ1+Φ3

11 e33 e 31 eee 为尖顶波

E3 可达 50%E1 ，使 e 最大值升高很多，可能击穿绕

组绝缘，因此，三相组式变压器不采用 Y,y 联结。

第 3章 三相变压器

Φ3 只能通过磁阻很大的漏磁路闭合，Φ3很小，Φ基本为正弦波， e 基本为正弦波。

（ 2 ）对于心式变压器：

但Φ3 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（ 1800kVA以下）三相心式变压器才可以采用 Y,y 联结。

一次 D 联结， i03能在三角形内部流通，故 i0 为尖顶波，Φ为正弦波， e 为正弦波。

3 ． D,y 联结时的电动势波形

4 ． Y,d 联结时的电动势波形 一次 Y 接无中线， i03=0 ， i0 为正弦波，Φ=Φ1+Φ3 为平顶波；

其中Φ3 在二次绕组中产生 e23 ，并在 d 接绕组内产生 i23 ；

i23建立的磁通Φ23 将大大削弱Φ3 的作用，

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 Φ3去磁作用

从磁动势平衡关系来看 :

由于一次侧没有 i03 与二次侧 i23 相平衡，因此

二次侧 i23起励磁电流作用，此时变压器的主磁

通由一次侧 i01 与二次侧 i03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。

23E 903滞后

R2<<X23

23I 23E 90近滞后

23I23 与 同相

第 3章 三相变压器

二次 y 接带中线，负载时为 i23 提供通路，与 Y,d 联结类似，可以改善

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。

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，组式变压器不能采用。

5 ． Y,yn 联结时的电动势波形

结论（ 1 ）因磁饱和： Φ 为正弦波时， i0 为尖顶波；若 i0 为正弦波，则 Φ 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。

（ 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 顶波，即要求变压器能为三次谐波电流提供通路。

第 3章 三相变压器

（ 5 ）无论相电动势中有无三次谐波分量，线电动势中都没有三次谐波分量。 带中线的星形联结绕组，其线电流（即相电流）中有三次谐波分量； 三角形联结绕组，其相电流中有三次谐波分量，线电流中没有三次谐波分量。

（ 4 ） Y,y 联结的三相变压器，没有三次谐波电流通路，而含有三次谐波磁通分量。 对于心式变压器：其三次谐波磁通成为很小的漏磁通，故相电动势接近正弦波； 对于组式变压器：其三次谐波磁通成为较大的主磁通，故相电动势波形发生严 重畸变，产生过电压现象。

所以小容量心式变压器可以采用 Y,y 联结，组式变压器不能采用 Y,y 联结。

（ 3 ）单相变压器和采用 YN,y 、 D,y 、 Y,d 联结的三相变压器能为三次谐波电流 提供通路，因此它们的主磁通及相电动势为正弦波。 所以大容量变压器多采用 Y,d 或 D,y 联结。

第 3章 三相变压器

本章结束