三相变压器极性与连接组问题分析

【学习任务】（1）正确标注单相绕组极性。

（2）正确判断单相变压器连接组别。

（3）时钟表示法的理解和应用。

（4）正确判断三相变压器的连接组别。

（5）正确说出三相变压器的标准连接组别及应用场合。

微课2.4：变压器的连接组别

1.变压器的连接组别

变压器不但能改变电压（电动势）的数值，还可以使高压、低压侧的电压（电动势）具有不同的相位关系。对电力变压器来说，三相绕组的连接方式有两种基本形式，即星形连接和三角形连接。三相绕组的连接方式、绕组的缠绕方向和绕组端头的标志这三个因素会影响三相变压器一、二次线电压的相位关系。所谓变压器的连接组别，就是讨论高、低压绕组的连接方式以及高、低压侧线电动势之间的相位关系。这里要解决的主要问题是分析一、二次线电动势的相位差。一般用时钟表示法来表明变压器一、二次线电动势的相位关系。

所谓时钟表示法，即以变压器高压侧线电动势的相量作为长针，并固定指着“12”；以低压侧同名线电动势的相量作为短针，它所指的时钟数即表示该连接组的组号。例如，对于Y，y连接，当同相时，则连接组别为Y，y0。绕组连接图均以高压侧的视向为准，连接组的表示式中，逗号前面的符号表示高压绕组的连接方式，逗号后面的符号表示低压绕组的连接方式，后面的数字表示组号。

对于单相变压器，常以其高、低压侧电动势相量的相位关系来表示其组别。

下面先讨论单相变压器的极性及连接组，再分析三相变压器的连接组。顺便指出，高、低压侧电动势之间的相位关系完全等同于电压之间的相位关系。

2.单相绕组的极性

对于三相变压器的任意一相（或单相变压器），其高、低压绕组之间存在瞬时极性问题，即高、低压绕组交链同一磁通感应电动势时，高压绕组某一侧端头的电位若为正（高电位），低压绕组必有一个端头的电位也为正（高电位），这两个具有正极性或另两个具有负极性的端头，称为同极性端或叫同名端，用符号“·”或“*”表示。

如图2－16（a）所示的单相绕组，高、低压绕组套装在同一铁芯柱上，绕向相同，被同一主磁通交链。当磁通交变时，在同一瞬间，根据楞次定律可判断两个绕组感应电动势的实际方向，均由绕组上端指向下端，在此瞬间，两个绕组的上端同为负电位，即为同极性端，而两个绕组的下端同为正电位，也为同极性端，只要标出一对同极性端即可。

同样的方法分析两绕组绕向相反，同极性端的标记就要改变，如图2－16（b）和图2－16（e）所示。由此可见，极性与绕组的绕向有关。对已制好的变压器，其相对极性也就被确定。

图2－16　单相绕组的极性

（a）高、低压绕组绕向相同—正接；（b）高、低压绕组绕向相反—反接并且端头标记对换；
（c）正接和反接对换端头标记时的相量图；（d）正接低压绕组端头标记对换；
（e）反接接线图；（f）反接和端头标记对换的相量图

3.单相变压器的连接组

下面分析单相变压器高、低压绕组感应相电动势之间的相位关系。绕组端头标记如图2－16所示，感应电动势正方向的规定如下：高、低压各绕组相电动势正方向从尾端指向首端。这样，高、低压绕组相电动势之间只有两种相位关系：

（1）若高、低压绕组首端为同极性端，则高、低压绕组相电动势相位相同；

（2）若高、低压绕组首端为异极性端，则高、低压绕组相电动势相位相反。

单相变压器高、低压绕组连接用I/I表示。数字标号用时钟的点数表示，其含义是：把高压绕组相电动势相量看成时钟上的长针（分针），低压绕组相电动势相量看成时钟上的短针（时针），并且令高压绕组相电动势相量固定在钟盘面上的数字“12”作为参考相量，那么低压绕组相电动势相量所指的时钟的数字即为组号；而高、低压绕组的相电动势的相量差即为时钟数×30°。

按照上述规定，则如图2－16（a）和图2－16（b）所示的连接组为I，I0；如图2－16（e）和图2－16（d）所示的连接组为I，I6。

4.三相绕组的连接方法

三相绕组主要有星形连接和三角形连接两种。我国规定同一铁芯柱上的高、低压绕组为同一相绕组，并采用相同的字母符号为端头标记。

为了分析和使用方便起见，电力变压器绕组的首、尾都有标号，标法见表2－2。

表2－2　变压器绕组的端头标号

1）星形连接

以高压绕组星形连接为例，其接线图及电动势相量图如图2－17所示。

图2－17　星形接法的三相绕组及电动势相量图

（a）星形接法的三相绕组；（b）电动势相量图

在如图2－17所示正方向的前提下，有。

2）三角形连接

三角形接法有两种，一种是右向三角形，另一种是左向三角形，如图2－18和图2－19所示。

图2－18　右向三角形接法三相绕组及电动势相量图

（a）右向三角形接法的三相绕组；（b）电动势相量图

以低压绕组右向三角形连接（d连接）为例，其接线及电动势相量图如图2－18所示。在图2－18（b）所规定的正方向下，有。

以低压绕组左向三角形连接（d连接）为例，其接线及电动势相量图如图2－19所示。在图2－19（b）所规定的正方向下，有。

图2－19　左向三角形接法三相绕组及电动势相量图

（a）左向三角形接法绕组；（b）电动势相量图

5.三相变压器的连接组别

三相变压器的连接组，是由表示高、低压绕组连接法及其对应线电动势相位关系的组号两部分组成的。

高、低压绕组对应线电动势的相位关系可用相位差表示，高、低压绕组的连接法（星形或三角形）不同，相位差也不一样，但总是30°的整数倍，仍然可用时钟字标号来表示对应线电动势之间的相位差。具体方法是，分别作出高、低压侧电动势相量图，选高压侧线电动势相量作长针，且固定指着时钟盘面上的“12”；对应的低压侧线电动势相量作短针，其所指的钟点数即为连接组标志中的组号。

下面分别以Y，y及Y，d连接的三相变压器连接组进行分析。

1）Y，y0连接组（见图2－20）

由图2－20（b）可见，指向“12”，也指向“12”，其连接组记为Y，y0。

图2－20　Y，y0连接组

（a）接线图；（b）电动势相量图

改变低压绕组同极性端，或者在保证正相序下改变低压绕组端头标记，还可以得到2、4、6、8、10五个偶数组号。

2）Y，d11连接组（见图2－21）

图2－21　Y，d11连接组

（a）接线图；（b）电动势相量图

改变低压绕组为右向或左向三角形连接，也可改变低压绕组同极性端或者在保证正相序的情况下改变低压绕组端头标记，还可以得到1、3、5、7、9这五个奇数组号。(www.xing528.com)

综上所述，变压器有很多连接组，为了制造和使用方便及统一，避免因连接组过多造成混乱，以致引起不必要的事故，同时又能满足工业上的需要，国际规定了一些标准连接组。三相双绕组电力变压器的标准连接组有Y，y0、YN，y0、Y，yn0、Y，d11、YN，d11五种；单相变压器只有I，I0一种。其中符号YN，yn表示三相绕组为星形接法，并把中点引出箱外。

各种标准连接组使用范围如下：

（1）Y，yn0主要用在配电变压器中，供给动力与照明混合负载。这种变压器的容量可做到1 800 kV·A，高压边额定电压不超过35 kV，低压边电压为400/230 V。

（2）Y，d11用在副边电压超过400 V的线路中，最大容量为5 600 kV·A，高压边电压在35 kV以下。

（3）YN，d11用在高压边需要中点接地的变压器，在110 kV以上的高压输电线路，一般需要把中点直接接地或通过阻抗接地。

（4）YN，y0用在原边中点需要接地的场合。

（5）Y，y0一般只供三相动力负载。

自测题

答案2.9

一、填空题

1.组式变压器由三台单相变压器组合而成，其特点是____________。

2.变压器的连接组，就是讨论高、低压绕组的连接法以及高、低压侧线电动势之间的________关系。

3.对电力变压器来说，三相绕组的连接方式有两种，即________和__________。

4.高、低压绕组对应线电动势的相位关系，可用相位差表示，高、低压绕组的连接法不同，相位差也不一样，但总是____________的整数倍。

5.________主要用在配电变压器中，供给动力与照明混合负载。

二、选择题

1.一台Y，d11连接的三相变压器，额定容量SN＝500 kV·A，额定电压U1N/U2N＝10/0.4 kV，二次侧的额定电流是（　　）。

A.21 A　B.36.4 A　C.525 A　D.721 A

2.一台三相变压器绕组连接标号为D，y11，说明是（　　）。

A.一次侧三角形接法，其线电势滞后星形接法的二次侧线电动势相位330°

B.二次侧星形接法，其线电势滞后一次侧三角形接法的线电动势相位330°

C.一次侧星形接法，其线电势滞后二次侧三角形接法的线电压相位330°

D.二次侧三角形接法，其线电压滞后一次侧星形接法的线电压相位330°

3.一台变压器绕组连接标号为Y，d2，说明是（　　）。

A.一次侧三角形接法，其线电压滞后星形接法的二次侧线电压相位60°

B.二次侧星形接法，其线电势滞后一次侧三角形接法的线电动势相位60°

C.一次侧星形接法，其线电势滞后二次侧三角形接法的线电动势相位60°

D.二次侧三角形接法，其线电压滞后一次侧星形接法的线电压相位60°

4.（　　）是三相变压器绕组中有一个同名端相互连在一个公共点（中性点）上，其他三个线端接电源或负载。

A.三角形连接　B.球形连接

C.星形连接　D.方形连接

5.（　　）是三个变压器绕组相邻相的异名端串接成一个三角形的闭合回路，在每两相连接点即三角形顶点上分别引出三根线端，接电源或负载。

A.三角形连接　B.球形连接

C.星形连接　D.方形连接

6.Y，yn0表示三相变压器一次绕组和二次绕组的绕向相同，线端标号一致，而且一、二次绕组对应的相电势是（　　）的。

A.同相　B.反相　C.相差90°　D.相差270°

7.三相变压器D，yn11绕组接线表示一次绕组接成（　　）。

A.星形　B.三角形　C.方形　D.球形

8.变压器极性接错，有可能导致两个绕组在铁芯中产生的（　　）相互抵消。

A.磁通　B.电流　C.电压　D.有功

三、判断题

1.在使用变压器时，要注意绕组的正确连接方式，否则变压器不仅不能正常工作，甚至会烧坏变压器。（　　）

2.变压器星形连接是三个绕组相邻相的异名端串接成一个三角形的闭合回路，在每两相连接点即三角形顶点上分别引出三根线端，接电源或负载。（　　）

3.一般配电变压器常采用Y，yn0（即Y/Y0—12）和D，yn11（即△/Y0—11）两种连接组。（　　）

4.三相变压器D，yn11绕组接线表示一次绕组接成星形。（　　）

5.三相变压器高、低压绕组的连接法不同，高、低压绕组对应线电动势的相位差也不一样，但总是60°的整数倍。（　　）

四、分析计算题

1.什么是变压器的连接组序号？

2.什么是变压器的极性？

3.求变压器的连接组别号，连接方式如图2－22所示。

图2－22　变压器连接方式

4.有三台单相变压器，一、二次侧额定电压均为220/380 V，现将它们连接成Y，d11三相变压器组（单相变压器的低压绕组连接成星形，高压绕组接成三角形），若对一次侧分别外施380 V和220 V的三相电压，试问两种情况下空载电流I0、励磁电抗xm和漏抗x1σ与单相变压器比较有什么不同？