電力三相變壓器的初步認知

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電力三相變壓器的初步認知

田嘉琛
（西安工程大學電子信息學院,西安 710600）

摘 要：隨著中國經濟的持續發展，在電力需求快速增長的同時，變壓器的應用量也隨之迅速增加。本文通過對電力三相變壓器結構與原理的初步認知，以期不斷加強理論和實際相結合的目的。

關鍵詞：變壓器；原理及連接方式；結構

近年來，我國電力行業發展迅速，電網規模的大幅建設推動了輸變電設備的需求，而變壓器作為電力輸送的關鍵電氣設備，目前的應用量也呈現出穩步增長的態勢，其中尤以110KV、220KV中低端變壓器的應用最為普遍和穩定。

1 變壓器簡介

變壓器是根據電磁感應的原理，通過內部的主要部件如初級線圈、次級線圈和鐵芯來改變交流電壓的裝置，變壓器主要的基本功能是電壓變換、電流變換和阻抗變換等，目前，根據變壓器的用途，可分為油浸式變壓器、干式變壓器、單相變壓器、整流變壓器等。此外，對于變壓器的其他技術數據，例如額定容量（KVA）、額定電壓（V）、額定頻率（Hz）、空載電流（A）、損耗（KW）、重量（Kg）等，都可以直接從變壓器一側的銘牌上看到。

2 變壓器構造

變壓器最主要的部件是由鐵芯和繞組兩部分組成。其中，鐵芯構成了變壓器的磁路，鐵芯中內含鐵芯柱、鐵扼兩個部分，鐵芯柱的外面是繞組，鐵扼則是把鐵芯柱連在一起，以此形成閉合磁路，為了提高磁路的導磁性能，減少鐵芯中的損耗，鐵芯一般是由硅鋼片疊加而成；繞組則是由銅或鋁絕緣導線繞制而成，它是變壓器的電路部分，一次繞組稱為初級繞組，其作用是輸入電能，二次繞組稱為次級繞組，其作用是輸出電能，它們通常套裝在同一個芯柱上。初級繞組和次級繞組有不同的匝數，通過電磁感應，初級繞組的電能就可傳遞到次級繞組，從而使初級、次級繞組具有不同的電壓和電流。在通常情況下，人們把電壓較高的繞組稱為高壓繞組，把電壓較低的繞組則稱為低壓繞組。此外，變壓器上還裝有油箱、變壓器油、絕緣套管和繼電保護裝置等部件。

3 變壓器的連接方式

三相變壓器的初級、次級側根據需要可接成“星形”或“三角形”，常見的連結方式是“星形”連接法和“三角形”連接法。

在國家標準中把用于連接電網導線的端子稱為線路端子，高壓繞組的線路端子常常是用大寫的A、B、C表示，低壓繞組的線路端子常常是用小寫a、b、c表示。通常把跟線路端子連接的繞組那端稱為首端（或始端），把同一個繞組的另一端稱為尾端（或末端），高壓繞組的尾端通常用大寫的X、Y、Z表示，低壓繞組的尾端通常用小寫的x、y、z表示。

下面以高壓繞組為例，分別說明變壓器的連接方式：

“星形”連接是將三相繞組的末端連接在一起結為中性點，把三相繞組的首端分別引出，畫接線圖時應將三相繞組豎直平行畫出，相序是從左向右，電勢的正方向是由末端指向首端，電壓方向則相反。畫相量圖時應將B相電勢豎直畫出，其它兩相分別與其相差120°，按順時針排列，三相電勢方向由末端指向首端，線電勢也是由末端指向首端。

“三角形”連接是將三相繞組的首、末端順次連接成閉合回路，把三個接點順次引出，三角形連接又有順接、倒接兩種接法，畫接線圖時三相繞組應豎直平行排列，相序是由左向右，順接是上一相繞組的首端與下一相繞組的末端順次連接。倒接是將上一相繞組的末端與下一相繞組的首端順次連接。畫相量圖時仍將B相豎直向上畫出，三相接點順次依照順時針方向排列，構成一個閉合的等邊三角形，順接時三角形指向右側，倒接時三角形指向左側，每一相的電勢與電壓方向及“星形”接線相同。

4 工作原理

變壓器是改變交流電壓、交變電流和阻抗的裝置，當給變壓器初級線圈施加交流電壓后，交流電流流入該繞組就產生了勵磁作用，在鐵芯中產生交變的磁通，使得初級繞組和次級繞組發生電磁效應，根據電磁感應原理，該交變磁通穿過這兩個繞組就會感應出電動勢，這時如果次級側與外電路的負載接通，便有交流電流流出，于是輸出了電能。

綜上所述，變壓器的工作原理可概括為：在變壓器正常工作時，初級繞組吸收電能，次級繞組釋放電能；在變壓器正常工作時，兩側繞組電壓比近似等于它們的匝數比；當變壓器帶有較大負荷運行時，兩側繞組的電流比近似等于匝數的反比；當變壓器帶有較大負荷運行時，兩側繞組所產生的磁通，在鐵芯中的方向相反。

5 變壓器主要參數的計算

額定容量（kVA）是指變壓器在額定電壓、額定電流下連續運行時輸送的容量。其計算公式為：變壓器容量=1.732×線電壓×相電流，單位是千伏安（KVA）。

額定功率（KW）是指三相變壓器的額定功率，即三個單相功率之和，其計算公式為：三相額定功率=1.732×額定電流×額定線電壓（380V）=3相×額定電流×額定相電壓（220V）。

額定電壓（kV）通常是指長時間運行時變壓器自身能承受的工作電壓。為適應電網電壓的量值變化，變壓器高壓一側都設置有多個抽頭，通過調整抽頭的位置來達到改變高壓繞組匝數的目的，以此用來調節低壓側的輸出電壓。

額定電流（A）是指變壓器在額定容量下允許長期通過的電流。

變壓器損耗有空載損耗和負載損耗兩種，空載損耗包括磁滯損耗和渦流損耗，即“鐵損”，；負載損耗主要是指負載電流通過繞組時在電阻上產生的損耗，即“銅損”。變壓的全損耗=空載損耗+負載損耗。

6 結束語

在全球化競爭的浪潮下，雖然我國小容量變壓器已經擁有了一定的實力，并在國際市場中占有一定的地位，但是在大容量、超大容量變壓器方面，我們的技術實力還非常薄弱，有待進一步加強。針對未來變壓器的研發，需要向高壓、超高壓，尤其是750KVA、1100KVA的方向發展，同時還要兼顧環保節能、體積趨小。通常情況下，高壓、超高壓變壓器都是應用在長途輸變電線路上，而在城市中的輸變電線路，通常都是采用的中低端變壓器。由此可以想象，未來的變壓器行業前景還是很光明的。

參考文獻：

［1］張植保.變壓器原理與應用［M］.化學工業出版社,2009（01）.

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.12.161