三相变压器原理、结构以及连接方式

三相系统用于产生、传输和分配电力，它大规模发电以满足工业和商业机构的需求。三个相同的单相变压器适当连接或组合在一个铁芯上，形成一个三相系统。

根据各种工业需要，采用升压和降压变压器来产生、传输和分配电力。与连接三个单独的单相变压器相比，三相变压器单元的建造是经济的，因为它消耗的材料更少。此外，三相系统传输交流电而不是直流电，并且易于构建。

三相变压器的定义

众所周知，单相变压器是一种能够基于互感概念将电能从一个电路传输到一个或多个电路的设备，它包括两个线圈——一个初级线圈和一个次级线圈，有助于转换能量。初级线圈连接到单相电源，而次级线圈连接到负载。

类似地，三相变压器由三个初级线圈和三个次级线圈组成，表示为3-phase或3ɸ。三相系统可以使用三个独立的相同单相变压器构成，这种三相变压器称为三相变压器组。另一方面，三相变压器可以构建在一个铁芯上。变压器的绕组可以三角形或星形连接。三相系统的工作类似于单相变压器，它们通常用于发电厂。

三相变压器结构

三相变压器的示意图如下图所示：

单个单元的三相变压器被广泛使用，因为它比三个单相变压器组更轻、更便宜且占用空间更小。三相变压器结构有两种类型：铁芯型和壳式型。

1、铁芯型结构

在这种结构中，有三个芯和两个轭。如下图所示，每个铁芯都有螺旋缠绕的初级和次级绕组。铁芯的每条腿都带有高压和低压绕组。铁芯被叠层以最小化铁芯和磁轭上的涡流损耗。因为层压低压（LV）绕组比高压（HV）绕组更容易。LV绕组位于铁心附近，中间有适当的绝缘和油道，而HV绕组位于LV绕组上方，它们之间有适当的绝缘和油道。

2、壳式变压器

三相壳式变压器一般由三个单独的单相变压器叠置而成，壳式变压器的三相独立于铁心式变压器，而每一相都有单独的磁路。这些磁路相互平行，每个绕组感应的磁通同相。壳式变压器是高度优选的，因为电压波形失真较小。

三相变压器的工作原理

下图显示了三相变压器工作过程，其中三个铁芯彼此呈120°放置。该图经过简化，仅显示初级绕组及其与三相电源的连接。一旦三相电源被激励，电流IR、IY和IB就由初级绕组承载，从而在每个磁芯中分别感应出磁通量ɸR、ɸY和ɸB。中心腿将携带所有通量的总和，中心轴结合了核心的所有轴。

例如，如果在三相系统中电流IR+IY+IB的总和为零，则所有三个磁通的总和也为零，导致中心支路不承载磁通。因此，移除中心轴对其他变压器条件没有影响。

三相变压器连接方式

下面介绍各种三相变压器的连接方式。

主要配置	二级配置
Wye	Wye
Wye	Delta
Delta	Wye
Delta	Delta

Wye和Delta配置适用于三相变压器，因为Wye连接提供了具有多个电压的选项，而Delta配置提供了高可靠性，Wye和Delta的相图如下所示。对于Wye连接，绕组的所有负点或所有正点都应连接在一起。然而，在三角形连接中，绕组的极性以相反的方式连接。任意两相之间的相位差为120˚。

1、Wye-wye（星形连接）

YY连接变压器示意图如下，它可以服务于单相和三相负载。在此连接中，所有以点结尾的绕组都连接到A、B和C相，而非点结尾的绕组则连接成为“Y”配置的中心。

2、Wye-Delta（星三角连接）

下图的Y-Delta连接表示次级绕组（位于图中底部）连接成链。一侧点接的绕组与另一侧不点接的绕组相接，形成“三角形”回路。

3、Delta-Wye连接

Delta-Y的连接如下图所示，这种类型的配置允许星形连接的次级连接多个电压，例如线对线或中性线。由于Delta-Wye配置在初级和次级之间呈现30˚相移，因此它不能用于与Delta-Delta 和YY配置并联。

4、Delta-Delta连接

Delta-Delta连接图如下所示，可以使用三个相同的单相变压器或一个三相变压器进行这些连接。由于其固有的可靠性，优选Delta-Delta配置。

三相变压器的优缺点

下面简单介绍下三相变压器的优缺点。

1、三相变压器的优点

• 安装空间更小，安装更方便
• 重量更轻，尺寸更小
• 更高的效率
• 低成本
• 运输成本低

2、三相变压器的缺点

• 如果变压器的任何一个单元发生故障或丢失，整个单元将关闭，因为所有三个单元共享一个公共铁芯。
• 维修费用较高
• 备件成本高

三相变压器常见问题

1、三相变压器的应用？

答：三相变压器用于电网、电力变压器和配电变压器。

2、三相变压器的种类有哪些？

答：三相变压器包括：Delta-Delta (Dd)、Star-Star (Yy)、Star-Delta (Yd) 和 Delta-Star (Dy)。

3、如果三相电机失去一相会发生什么？

答：如果三相电机在运行过程中失去一个相位，电机将继续以较低的速度运行并经历振动。电流在其他阶段也会突然增加，从而导致电机组件内部发热。

4、Delta/Wye在什么条件下可以正常的工作？

答：Delta/Wye连接在大不平衡和平衡负载下都能令人满意地工作。由于三角形中的循环电流，它可以处理三次谐波分量。

5、对于Wye-Wye连接，相移是多少？

答：相移为0°。

注意：尽管大多数行业首选单相变压器，但它不适合大型配电。因此，大型工业使用三相系统来大规模发电。