三相变压器：应用和连接配置

变压器的功能和应用

变压器的类型和用途多种多样，可根据其应用、结构类型和尺寸进行分类。

一般来说，变压器的主要功能是改变交流电（AC）的电压水平，提高电压以供长距离传输或降低电压以供家庭和工业消费者使用。

它们的尺寸从微型低压变压器和仪表变压器到电力变压器不等。在大型水力发电站，电力的电压等级从 11 kV 到 25 kV 不等。随后，变压器将电压升压到 220 kV 或 500 kV，通过高压输电线将电力输送到遥远的地区，然后降压后再输送给工业和家庭使用。

一个简单的变压器由一个绕组组成，该绕组连接到缠绕在层压铁芯上的交流发电机，而另一个单独的绕组则缠绕在同一铁芯上，连接到负载。

当电能从发电机流向负载时，与发电机相连的绕组为初级绕组。与负载相连的另一个绕组为次级绕组。

升压变压器和降压变压器

如果次级绕组中感应的电压高于电源电压，则变压器称为升压变压器，初级绕组也称为低压绕组，次级绕组也称为高压绕组。如果次级绕组中感应的电压低于电源电压，则变压器称为降压变压器。初级是高压绕组，次级是低压绕组。

变压器可以升压至更高的电压以供传输，而相同的变压器可以降低线路另一端的电压。因此，术语升压、降压、初级绕组和次级绕组仅在考虑电路时使用——变压器本身不一定局限于一种功能。

两个线圈的电压比取决于变压器的设计特性。高压和低压绕组这两个术语指的是确定的线圈，与变压器连接到哪个电路无关。匝数比是初级绕组匝数与次级绕组匝数之比。

变压器类型

从结构上考虑，变压器可分为两类：电力和配电变压器以及仪器变压器。

变压器可以存在于工业控制系统内部，以将电压降至设备适用的水平。

电力变压器的额定功率为 500 kVA 以上，用于传输电力。配电变压器的额定功率为 500 kVA 或以下，用于将电压降压以标准服务电压进行配电。

从发电系统到变电站，电力变压器用于输电网络，可升压和降压。从变电站开始，配电变压器安装在配电网中，例如在工业区和住宅区，并直接连接不同的负载。

虽然仪器变压器与电力变压器的基本工作原理相同，但它们的用途和构造可能有所不同。它们用于将电力电路的电量、电流和电压降低到仪器可读取或用于操作继电器的值。

根据铁芯和线圈的布置，变压器可分为铁芯式和壳式，这两种变压器都可以制造，并且性能令人满意。三相变压器可以采用铁芯式或壳式制造，与三个单相变压器相比，三相变压器的优势在于它需要的材料、劳动力和空间更少。主要缺点是，如果一个线圈发生故障，则必须拆除整个变压器进行维修。相比之下，如果一组三个单相变压器中的一个线圈发生故障，其余两个线圈仍可承载减少的负载。

变压器绕组

三相变压器用于在三相电气系统中变换三相电压，绕组可以以多种组合连接。例如，初级可以连接到三角形，次级可以连接到星形，反之亦然。

在此方案中，变压器的初级和次级绕组采用 Delta-Delta 配置连接，这种配置通常用于发电系统或接收站。在这种连接类型中，我们只有三相，没有中性线，因此它用于不需要中性线的地方，例如输电线。这种输电系统称为三相三线系统。

三角形-星形连接

降压变压器安装在配电层，以降低用于配电的电压水平，并以三角形星形连接方式配置。我们使用星形连接，因为我们在配电层需要中性线。它也被称为三相四线系统。在三角形中，我们在侧有三相，在二次侧有四根电线，包括三相线和一根中性线。在三角形连接中，线电流是相电流的线电压等于相电压。

星形连接

在星形连接中，初级绕组和次级绕组以星形配置连接。星形连接中有两点需要记住：线电流和相电流相等且同相，但线电压是相电压的

星形-三角形连接

在星形-三角形连接中，初级绕组连接到星形，而次级绕组连接到三角形。在变压器的初级侧，以启动配置连接，线电压等于初级相电压的 \(\sqrt{3}\) 倍，初级线电流与相电流相同。同样，变压器的次级绕组以三角形配置连接。线电压等于相电压，线电流是相电流的 \(\sqrt{3}\) 倍。在初级侧采用星形配置的优点是可以使用中性线，可以将其接地以避免失真。这些类型的变压器可以处理较大的不平衡负载。

乘以相电压，线电流与相电流相同。同样，变压器的二次绕组采用三角形连接。线电压等于相电压，线电流为

倍相电流。在初级侧采用星形配置的优点是可以使用中性线，可以接地以避免失真。这些类型的变压器可以处理较大的不平衡负载。

三角形-星形连接常用于高压和低压应用。星形-星形连接用于高压和低电流额定值变压器（KVA）。三角形-三角形连接用于低压和高电流额定值变压器。

输电变压器的故障类型

变压器是输配电网络中昂贵和不可或缺的部件之一。因此，定期维护和测试是先决条件。与所有电气设备一样，变压器因多种原因而出现不同故障。它们可能严重影响电力系统，例如大面积供电中断和火灾风险等。

多种机械和电气因素会导致变压器内部和外部部件发生故障。让我们讨论一下变压器中常见的故障。

开路和短路

开路和短路测试是在变压器不带负载的情况下进行的，目的是确定其效率和调节能力。开路测试也称为空载测试，短路测试称为带载测试。

开路试验是在变压器的低压侧进行的，目的是确定变压器的空载电流和损耗，即铁心和铁损。由于变压器空载，变压器的次级绕组保持开路，并且非常小的“空载”电流流过初级绕组。因此，变压器空载时的功率损耗是由于铜损引起的，由于次级绕组开路，铜损仅发生在初级绕组上。变压器的开路会导致变压器内部异常发热，这是很危险的，这里有必要提一下，当发生开路故障时，重要的是断开并隔离变压器与系统。

在短路试验中，变压器的次级绕组短路，并向初级绕组施加额定电压。该试验旨在确定变压器次级绕组短路时的阻抗和损耗，并使用参数信息确定变压器的效率和电压调节。电流表测量短路电流，电压表测量初级绕组两端的电压。

冷却系统故障

大多数电力和配电变压器都是油浸式的，根据其尺寸采用不同类型的冷却。随着变压器额定功率的增加，必须通过增加外部冷却管、风扇、散热器和热交换器来增加表面积。冷却系统故障会使变压器发热，从而导致变压器内部产生气压。

如果有足够的冷水供应，油浸式水冷变压器是令人满意的。在这种方法中，冷却水通过变压器内部的冷却线圈循环。这种类型的主要缺点是线圈存在泄漏的危险，因为水会从线圈中漏出并污染油。

变压器效率

效率是输出功率与输入功率之比，用符号“η”表示。在理想变压器中，所有输入功率都转换为输出功率；因此，效率为 100%，但在实际应用中，一些损耗会降低变压器的效率。变压器中的损耗可分为两类：

由于导线电阻导致初级和次级绕组中的 I2R损耗

磁滞和涡流引起的磁芯损耗

因此，如果 P c = 总铁芯损耗，则变压器的总损耗为：

磷C+我21R1+我22R2

埃FF我C我埃nC是=η

η=磷o你吨页你吨磷我n页你吨