三相变压器电路系统连接组优化

三相变压器的连接不仅是构成电路的需要，还关系到一、二次侧绕组电动势谐波的大小以及并联运行等问题，下面加以分析。

1.连接法

为了说明连接方法，首先对绕组的首端、末端的标记作如表1-2的规定。

表1-2　绕组首端、末端的标记规定

在三相变压器中，不论一次绕组或二次绕组，我国主要采用星形和三角形两种连接方法。把三相绕组的三个末端U2、V2、W2（或u2、v2、w2）连接在一起，而把它们的首端U1、V1、W1（或u1、v1、w1）引出，便是星形接法，用字母Y或y表示，如图1-36（a）所示。把一相绕组的末端和另一相绕组的首端联接在一起，顺次连接成一个闭合回路，然后从首端U1、V1、W1（或u1、v1、w1）引出，如图1-36（b）、（c）所示，便是三角形接法，用字母D或d表示。其中，在图1-36（b）中，三相绕组按U1—U2W1—W2V1—V2U1的顺序连接，称为逆序（逆时针）三角形接法；在图1-36（c）中，三相绕组按U1—U2V1—V2W1—W2U1的顺序连接，称为顺序（顺时针）三角形接法。

连接组是变压器运行中的一个重要概念。下面，首先来研究单相变压器的连接组，在此基础上引入三相变压器的连接组。

图1-36　三相绕组连接方法及相量图

（a）星形连接；（b）三角形连接（逆序连接）；（c）三角形连接（顺序连接）

2.单相变压器的极性

由于一台三相变压器可以看成是由三台单相变压器组成，故要弄清楚三相变压器一、二次侧线电动势（线电压）间的相位关系，需首先掌握单相变压器一、二次侧电动势（电压）之间的相位关系，即单相变压器的极性。

单相变压器的主磁通及一、二次绕组的感应电动势都是交变的，无固定的极性。这里所讲的极性是指某一瞬间的相对极性，即任一瞬间，高压绕组的某一端点的电位为正（高电位）时，低压绕组必有一个端点的电位也为正（高电位），这两个具有正极性或另两个具有负极性的端点，称为同极性端，用符号“*”来表示。同极性端可能在绕组的对应端，也可能在绕组的非对应端，这取决于绕组的绕向。当一、二次绕组的绕向相同时，同极性端在两个绕组的对应端；当一、二次绕组的绕向相反时，同极性端在两个绕组的非对应端。

按照惯例，统一规定原边、副边绕组感应电动势的方向均从末端指向首端。一旦两个绕组的首、末端定义完之后，同名端便唯一的由绕组的绕向决定。当同名端同时为原边、副边绕组的首端（末端）时，和同相位，否则，和相位就相差180°。

为了形象的表示高、低压绕组电动势之间的相位关系，采用所谓的“时钟表示法”，即把高压绕组电动势相量作为时钟的长针，并固定在“12”上，低压绕组电动势相量作为时钟的短针，其所指的数字即为单相变压器连接组的组别号，故此图1-37可写成：I，I0；图1-38可写成：I，I6，其中I，I表示高、低压绕组均为单相绕组，0表示两绕组的电动势（电压）同相位，6表示反相位。我国国家标准规定，单相变压器以I，I0作为标准连接组。

3.三相变压器的连接组别

前已述及，三相变压器一、二次侧三相绕组均可采用Y（y）连接或YN（yn）连接，也可采用D（d）连接。因此三相变压器的连接方式有Y，yn；Y，d；YN，d；Y，y；YN，y；D，yn；D，y；D，d等多种组合，其中前三种为最常见的连接方式，逗号前的大写字母表示高压绕组的连接；逗号后的小写字母表示低压绕组的连接方式，N（或n）表示有中性点引出。

图1-37　连接组I，I0(www.xing528.com)

图1-38　连接组I，I6

由于三相绕组可以采用不同连接，使得三相变压器一、二次侧绕组的线电动势之间出现不同的相位差，因此按一、二次侧线电动势的相位关系把变压器绕组的连接分成各种不同的连接组别。三相变压器连接组别不仅与绕组的绕向和首末端标记有关，而且还与三相绕组的连接方式有关。理论与实践证明，无论采用怎样的连接方式，一、二次侧线电动势的相位差总是30°的整数倍。因此，仍采用时钟表示法，将一次侧某两相间的线电动势作为长针始终指在“12”点的位置上，将二次侧相应两相间的线电动势作为短针，将从长针顺时针转向短针所滑过的角度除以30°，即为三相变压器连接组别的标号。

下面具体分析不同连接方式变压器的连接组别。

（1）Y，y连接。图1-39（a）为三相变压器Y，y连接时的接线图。在图中同极性端子在对应端，这时一、二次侧对应的相电动势同相位，同时一、二次侧对应的线电动势与也同相位，如图1-39（b）所示。这时把指向“12”点，则也指向“12” 点，故其连接组别就写成Y，y0。

图1-39　Y，y0连接图

（a）Y，y连接图；（b）相位图

如高压绕组三相标志不变，而将低压绕组三相标志依次后移一个铁芯柱，在相位图上相当于把各相相应的电动势顺时针转了120°（即4个点），则得Y，y4连接组；如后移两个铁芯柱，则得8点钟接线，即为Y，y8连接组。

在图1-39（a）中，如将一、二次侧绕组的极性端子标在非对应端，如图1-40（a）所示，这时一、二次侧对应相电动势反向，则线电动势与的相位相差180°，如图1-40（b）所示。因而就得到了Y，y6连接组。同理，将低压侧三相绕组依次后移一个或两个铁芯柱，便得到了Y，y10或Y，y2连接组。

图1-40　Y，y6连接图

图1-41　Y，d11连接

（2）Y，d连接。图1-41（a）是三相变压器Y，d连接时的接线图。图中将一、二次绕组的同极性端标为首端（或末端），二次绕组则按u1-u2w1-w2v1-v2u1的顺序做三角形连接，这时一、二次侧对应相的相电动势也同相位，但线电动势与的相位差为330°，如图1-41（b）所示，当指向“12”点时，则指向“11”，故其组号为11，用Y，d11表示。同理，高压侧三相绕组不变，而相应改变低压侧三相绕组的标号，则得Y，d3和Y，d7连接组。如将二次绕组按u1-u2v1-v2w1-w2u1顺序做三角形连接，如图1-42（a）所示。这时一、二次侧对应相的相电动势也同相，但线电动势与的相位差为30°，如图1-42（b）所示，故其组号为1，用Y，d1表示。

图1-42　Y，d1连接组

综上所述可得，对Y，y连接而言，可得0（相当于12点）、2、4、6、8、10六个偶数组别；而对Y，d连接而言，则可得1、3、5、7、9六个奇数组别。

变压器连接组别很多，为便于制造和并联运行，国家标准规定Y，yn0；Y，d11；YN，d11；YN，y0和Y，y0五种作为三相双绕组电力变压器的标准连接组。其中以前三种最为常用。Y，yn0连接组的二次绕组可引出中性线，成为三相四线制，用作配电变压器时可兼供动力和照明负载。Y，d11连接组用于低压侧电压超出400V的线路中。YN，d11连接组主要用于高压输电线路中，使电力系统的高压侧可以接地。