三相变压器

三相变压器对于大负荷供电和大功率配电更经济。虽然大部分用电设备采用单相变压器连接,但在经济上不适合大型配电。

三相电力几乎应用于电力系统的所有领域,如发电、输配电等部门,所有工业部门也都采用三相电力系统供电或与之相连。因此,为了提高(或增加)或降低(或减少)三相系统中的电压,需要使用三相变压器。与单相变压器相比,三相变压器具有结构更小、重量更轻、处理能力相同、运行特性更好等优点。

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三相变压器

三相变压器

三相变压器用于在电力传输系统的各个阶段的高压升压或降压。各电站所发电力为三相性质,电压范围在13.2KV或22KV。为了减少配电端的功率损失,电力以较高的电压传输,如132或400KV。因此,为了在更高的电压下传输电力,采用三相升压变压器来提高电压。同样在传输或分配的末端,这些高电压被降压到6600伏、400伏、230伏等等。为此,使用了一个三相降压变压器。

三相变压器有两种构造方式;一组三个单相变压器或一个三相变压器单元。

前者是将三个具有相同额定值和运行特性的单相变压器进行适当连接而成。在这种情况下,如果任何一个变压器发生故障,系统仍然保持在降低容量的其他两个变压器与开三角形连接。因此,这种连接方式可以保持供电的连续性。它们被用于矿山,因为更容易运输单独的单相变压器。

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不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。由于这个单一的单元,重量和成本相比于三个相同等级的单元,以及绕组,铁芯和绝缘材料的数量是节省的。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唯一的缺点是,如果任何一相发生故障,则必须将整个机组移出服务。

三相变压器

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建设三相变压器

一、二绕组均可采用共用磁芯构成三相变压器。正如我们在单相变压器的情况下讨论的,结构可以是铁芯式或壳式。因此,对于一组三相铁芯式变压器,需要将三铁芯式单相变压器组合起来。同样,通过对三个壳式单相变压器的合理组合,得到了一组三相壳式变压器。在壳式变压器中,EI层压铁芯围绕线圈,而在铁芯式变压器中,线圈围绕铁芯。

核心式结构

在铁心式三相变压器中,铁心由三个支路或支路加两个轭架组成。磁路在这些轭和肢之间形成。在每条肢体上,初级绕组和次级绕组都是同轴的。这种变压器的绕组采用圆柱形线圈。一相的初级和次级绕组在一条腿上受伤。在平衡状态下,腿各相的磁通加起来为零。因此,在正常情况下,不需要返回腿。但在不平衡负载的情况下,大的循环电流流量,因此可能最好使用三个单相变压器。

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薄壳结构

壳式变压器与铁芯式变压器相比,三相独立,每相具有独立的磁路。其结构类似于在另一个变压器上建造的单相壳式变压器。这种变压器的磁路是并联的。因此,忽略了共磁路中的饱和效应。然而,在实际应用中,壳式结构变压器很少使用。

三相变压器
壳式

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三相变压器的工作

考虑下面的图,其中变压器的初级部件以星形方式连接在铁芯上。为简单起见,图中只显示了一次绕组,它连接在三相交流电源上。三个磁芯彼此以120度的角度排列。每个核心的空腿被组合在一起,使它们形成如图所示的中心腿。

变压器工作
变压器工作

当用三相电源激励一次电源时,电流IR, IY和IB开始流过单独的相绕组。这些电流在各自的磁芯中产生磁通量ΦR, ΦY和ΦB。由于中心支路对所有的核心是共同的,所有三个通量的总和由它携带。在三相系统中,所有电流的矢量和在任何时刻都为零。反过来,在瞬间,所有通量的总和是相同的。因此,中心腿在任何时候都不会携带任何通量。因此,即使中心腿被移除了,在变压器的其他情况下也没有区别。

同样,在三相系统中,任意两条导线作为第三条导线电流的回流,如果三相变压器的中心支路被拆除,则任意两条支路作为第三条支路磁通的回流路径。因此,在设计三相变压器时,采用了这一原理。

这些通量在各自的相中诱发次级电磁场,使它们保持相位角。这些电磁脉冲驱动次级电流,从而到达负载。根据所使用的连接类型和每一相的匝数,感应电压将随电压的上升或下降而变化。

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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。三相变换绕组的连接方式,无论是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。一次绕组和二次绕组以不同的方式连接,如三角形、星形或这两种方式的组合。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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这种连接方式通常用于将传输端变电站的电压降至较低的值。公用事业公司使用这种连接来降低配电系统的电压水平。

  • 在这种情况下,变压器的一次绕组采用星形连接,二次绕组采用三角形连接。
  • 一次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、一次线路电压比为每台变压器变化率的1/√3倍。
  • 一次线电压和二次线电压之间存在30度相位差。
  • 由于实际一次线圈电压为一次线电压的58%,使用该绕组可以降低高压绕组的绝缘要求。
  • 在这种连接中,平衡的三相电压在二次侧或低压侧获得,即使不平衡电流通过中性线在一次侧或高压侧流动。中性线接地也提供雷击保护。

三角-星型连接

三角洲明星

  • 这种连接用于提高电压水平,通常用于高压输电系统的发送端或启动。
  • 在这种情况下,primary以delta方式连接,secondary以星型方式连接,从而使secondary的三相4线系统成为可能。
  • 负载的二次电压为√3乘以连接的一次电压增量。此外,由于相同的串联电路,负载和次级电流将是相同的。
  • 这种连接提供了低电压和高电压下的三个单相电路和一个高电压下的三相电路,从而可以提供单相和三相负载。
  • 双电压采用三角形星形连接。低的单相电压是通过在任何一相和地之间布线获得的。较高的单相电压是通过在任意两相之间布线获得的。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了,因为次级连接的星形(每相较少的匝数)。
  • 类似于星形三角形,这种连接导致主次线电压之间产生30度的相位差。
  • 使用这种连接方式,由于一次电压和二次电压相位差,无法与delta-delta和星形变压器并联。

δ

δδ

  • 这种类型的连接用于电源是三角连接和二次负载需要单电压和大电流。这通常用于三相电力负载(如三相电机)。
  • 在这种情况下,一次绕组和二次绕组都以三角形方式连接。
  • 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。这样,通过负载的电流将是二次电流的1.732倍,馈线电流将等于通过一次绕组的1.732倍电流。由于这些高电源和负载电流,建议将变压器放置在离源和负载电路更近的地方。
  • 在这种情况下,一次电压和二次电压之间不存在相位差。
  • 即使在不平衡负载下,三相电压也保持恒定,因此允许不平衡负载。
  • 这种连接的主要优点是,如果其中一个变压器有缺陷或被拆除以供使用(开三角连接),那么剩下的两个变压器将继续以降低的负载容量提供三相电力。

星型-星型连接

明星的明星

  • 在这种情况下,一次和二次绕组都是星形连接的,并且一次和二次电压之间不存在相位差。
  • 在这种情况下,流过一次绕组和二次绕组的电流等于它们所连接的线路(电源和负载)的电流。线两端相间电压为各自绕组电压的1.732倍。
  • 由于中性可用性,它非常适合于三相四线制。
  • 如果负载平衡,这种类型的连接可以令人满意地工作。但是如果负载是不平衡的,中性点的移动会导致不相等的相位电压。
  • 在没有中性点的情况下,在一次和二次绕组中都会出现大的三次谐波电压。这可能会导致绝缘失效。
  • 这种连接会对通信线路产生相当大的干扰,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,星星式连接很少被使用,在实践中不被使用。

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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,并连接在两根三相线之间。另一个变压器被称为牵引变压器,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。
  • 如果两个变压器在二次绕组上的匝数相等,则两个变压器的二次电压大小相等。产生的电压彼此相差90度。
  • 此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

  • 通过预先连接并准备安装,这些可以更容易地安装。
  • 要提供相同的KVA,所需的铁芯材料比一组3个单相变压器要少得多。
  • 它更轻,更小。
  • 它需要更少的空间安装。
  • 更高的效率
  • 与三台单相变压器相比成本低。
  • 运输方便,运输成本低。
  • 单相三相机组母线结构和开关柜安装更简单。
  • 三相变压器只需要引出三个端子,而三相变压器需要引出六个端子。

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三相变压器的缺点

如果发生故障或失去一相导致整个机组停机。这是因为在三相变压器中,三个单元共用一个铁芯。如果一个部件有缺陷,这个缺陷部件的核心将立即饱和,因为没有一个相反的磁场。这导致更大的磁通量从核心逃逸到金属外壳。这进一步提高了金属部件的热度,在某些情况下,这种热度足以引起火灾。因此,如果任何一个三相变压器(或整个机组)有缺陷,则必须关闭。

  • 三相变压器的维修费用较高。
  • 对于恢复服务,备件单位成本高于单个变压器备件单位。
  • 当这些自冷时,变压器的容量减少。

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