优点和缺点:三相变压器连接

时间:2023-12-21
  变压器连接类型
  变压器初级和变压器次级的三个绕组可以以三角形或星形连接以创建三相变压器。三相变压器的连接方式有四种:
  达美/达美
  三角洲/星形
  星形/三角形
  星形/星形
  标准是首先列出 H 绕组连接,然后列出 X 绕组连接。每种连接类型都可以将相同的三相线电压变换为相同的三相二次线电压。
  然而,不同连接的相电压有时会不同。例如,要将 12,500 V 电压变换为 480 V,可以使用三角形/三角形变压器连接三个 12,500 V – 480 V 单相变压器,使用星形/三角形变压器连接三个 7,225 V – 480 V 单相变压器,与三个 12,500 V – 277 V 单相变压器进行三角形/星形连接,或与三个 7,225 V – 277 V 单相变压器进行星形/星形连接。每个都有优点和缺点。
  本文中的变压器连接图适用于标准连接,并将指出初级绕组和次级绕组之间的角位移。角位移测量一个电压与另一个电压的异相程度。以此处所示标准连接以外的方式连接三个单相变压器将导致变压器次级线电压可能具有相同的值,但与标准连接产生的次级电压异相。当次级电压异相时,不能并联。
  达美/达美联运

  如图 1 所示,三角形/三角形连接用于仅需要一个次级电压或大部分负载由三相设备组成的应用,例如拥有大型三相 480 V 或 240 V 的工厂。 V 电机负载和相对较小的 120 V 照明和插座负载。初级和次级绕组所需的匝数与所需的初级和次级电压成正比。因此,使用这种变压器连接来变换相差很大的电压没有任何优势。

  

     图 1. 标准 0° 角位移三角形/三角形连接。图片由艾哈迈德·谢赫提供

  优点
  事实上,相电流仅为线路电流的 57.8%,这意味着每个单相变压器的导体不必与为三相负载供电的线路导体一样大。
  谐波电流往往会相互抵消,并且变压器可以在初级和次级之间提供良好的电噪声隔离。
  次级电压随着负载电流的浪涌而波动较小。
  如果三台单相变压器之一发生故障,三相电压仍可在开口三角区供电,但容量仅为原始容量的 58%。
  缺点
  事实上,次级仅提供一个电压,这意味着必须有其他变压器来为照明供电,并且可能需要插座。
  初级绕组的导体必须针对完整初级电压进行绝缘,这需要针对高初级电压进行额外绝缘。
  次级上的任何点都无法提供共同点。结果,对地电压可能达到非常高的水平。
  三角/星形连接

  这种类型的变压器连接(如图 2 所示)适用于次级需要多个电压的情况,例如同时需要三相 208 V 电机负载以及 120 V 照明和插座负载时。三角形/星形 连接也常用作升压变压器连接。

  图 2. 标准 30° 角位移 Delta/Y 形连接。图片由艾哈迈德·谢赫提供

  优点
  匝数比使得当每个单相变压器的初级和次级绕组使用相同匝数时,由于星形连接,次级线电压将增加1.73倍。当使用该变压器作为升压变压器时,这是一个优点。
  次级绕组的导体不必针对完整的次级线路电压进行绝缘,当变压器用作升压变压器时,这需要较少的绝缘。
  次级上的多个电压可以消除额外变压器的需要,以便在线路电压为 208 V 的三相系统中为 120 V 负载供电。
  系统的二次接地有一个公共点,它限制了对地电压,使其不会超过二次相电压。
  缺点
  初级绕组必须针对完整的三相线电压进行绝缘,当使用此连接来降低高电压时,可能需要额外的绝缘。
  次级 Y 形连接不会消除谐波电流。
  次级绕组的导体将承载全部三相线路电流,因此必须大于相同容量的三角形系统的导体。
  星形/三角形连接
  当仅需要一个次级电压或大部分负载由三相设备组成时(例如具有大型三相 480 V 或 240 V 电机的工厂),可使用图 3 所示的星形/三角形变压器连接负载和相对较小的 120 V 照明和插座负载。星形/三角形连接也常用作降压变压器连接。
  图 3. 标准 30° 角位移星形/三角形连接。图片由艾哈迈德·谢赫提供
  优点
  匝数比使得当每个单相变压器的初级和次级绕组使用相同匝数时,由于星形连接,次级线路电压将减小 1.73 倍(57.8%)。当使用该变压器作为降压变压器时,这是一个优点。
  在这种变压器连接中,二次谐波电流 相互抵消,并且变压器在初级和次级之间提供良好的噪声隔离。
  初级绕组不需要针对全三相线电压进行绝缘,这可能会导致从高电压降压时绝缘程度降低。
  如果三台单相变压器之一发生故障,三相电压仍可在开口三角区供电,但容量仅为原始容量的 58%。
  缺点
  事实上,次级仅提供一个电压,这意味着必须有其他变压器 来为照明供电,并且可能需要插座。
  与 Delta/Delta 一样,次级上的任何点都不会提供公共接地。结果,对地电压可能达到非常高的水平。
  初级绕组的导体必须承载全部三相线电流,并且比相同容量的三角形连接的初级绕组更大。
  Y形初级绕组的公共点应连接到系统中性点,否则负载不平衡可能会出现电压波动。
  星形/星形连接

  如图 4 所示,星形/星形变压器连接很少使用。初级和次级绕组的公共点通常接地。结果,来自初级的噪声被转移到次级,反之亦然。该系统本质上还受到谐波的影响,不仅来自负载,还来自变压器铁芯中的磁化电流。该连接还会造成通信干扰。不稳定的相电压并不罕见。

 

 图 4. 标准 0° 角位移 Y 形/Y 形连接。图片由艾哈迈德·谢赫提供

  Y 形/Y 形连接有很多缺点,但优点很少。
  变压器连接的优缺点总结
  对于电力系统工作的人员来说,充分了解各种三相变压器 连接至关重要。选择和配置适当的连接类型(无论是三角形/三角形、三角形/星形、星形/三角形还是星形/星形)的能力可以实现高效的配电,以满足特定的电力需求。熟悉这些连接的优点和缺点有助于确保变压器配置为有效运行,同时考虑导体尺寸、绝缘要求和谐波电流。这些知识构成了电气系统可靠运行的重要基础,使其成为各种工业和商业环境中有效配电和管理的基本要素。
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