在分析單相變壓器的空載運行時指出,由于磁路存在著飽和現(xiàn)象,當主磁通為正弦波時,勵磁電流為尖頂波,其中除基波外還主要包含有三次諧波。但在三相變壓器中,三次諧波電流在時間上相位相同。即
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可見其大小相等,相位相同,三次諧波電流是否在變壓器中流通,將直接影響主磁通和相電動勢的波形。
如果三相變壓器的繞組為yn或d接法,則三次諧波電流可以流通,各相磁化電流可以為尖頂波。
如果三相變壓器的繞組為y接法,則三次諧波電流不能流通,認為各相磁化電流為正弦波。
主磁通若不是正弦波,可以分解為基波和三次諧波,對三次諧波:
(2)
大小相等,相位相同:
三相組式變壓器,各相磁路彼此無關,三次諧波磁通走鐵心磁路,其磁阻較小;
三相心式變壓器,各相磁路彼此相關,三次諧波磁通被擠到鐵心柱周圍的氣隙,通過油箱壁構成閉合磁路,其磁阻較大;
圖1 三相變壓器的三次諧波磁通
而三相變壓器繞組的聯(lián)結法及磁路系統(tǒng)都決定三次諧波電流在變壓器中的存在與否,下面進行分析。
1.y,y聯(lián)結組
我們知道三次諧波電流構成零序對稱組,不能存在于無中線的星形連接的三相電路中,所以當正弦電壓施加于y連接的變壓器時,im接近正弦波,主磁通為平頂波,其中三次諧波磁通的大小及對電勢波形的影響還要看磁路系統(tǒng)的結構.
(1)三相變壓器組
組成磁路系統(tǒng)的特點是互相獨立,彼此無關,所以三次諧波磁通和基波一樣可以存在于各相磁路中,在一,二次側繞阻中每相感應電勢為:
(3)
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加之三次諧波頻率 ,所以感應的三次諧波電勢相當大,可達基波的50%,結果使相電勢波形嚴重畸形,幅值很高,可使繞阻絕緣擊穿,所以三相變壓器組不允許采用y,y聯(lián)結。
(2)三相心式變壓器
心式磁路特點是互相聯(lián)系,彼此相關,而三次諧波磁通,也是零序對稱組,由于磁路構成三相行星形磁路,三個同相,同大小的磁通不能沿鐵心磁路閉和,這和三次諧波電流不能在y接三相電路中流通相似,但他們可以經油箱壁等形成閉路,由于這些磁路的磁阻很大,使三次諧波磁通大為削弱,所以相電勢中也接近正弦波。但三相諧波磁通沿油箱閉和,引起附加渦流損耗,降低變壓器效率,因此,對心式變壓器y,y接僅在容量為1600千伏安以下的中,小容量的變壓器中采用。
2.y,d或d,y聯(lián)結組
(1)d,y聯(lián)結組
d,y聯(lián)結組的三相變壓器,因一次側為△接,三次諧波電流可在△接的電路中流通,所以主磁通為正弦波,由它感應的一二次側相電勢e都接近正弦波。
(2)y,d聯(lián)結組
y,d聯(lián)結組的三相變壓器,因一次側電流無三次諧波分量,所以主磁通和一,二次側相電動勢出現(xiàn)電動勢出現(xiàn)三次諧波分量。
滯后,由于三相的方向一到,故在△接的二次閉路中產生,因電阻遠于電抗,所以滯后近90度,產生幾乎完全抵消了的作用,所以合成磁通及電勢接近正弦波。
只要變壓器有一側采用“角形”接,就能保證主磁通及電勢波形為正弦波。在大容量變壓器中,當一、二側都是“y”聯(lián)結時,可另加一個接成“角形”的小容量第三側。供改善電勢波形之用。
綜上所述:三相變壓器的相電勢波形與繞組接法和磁路系統(tǒng)有密切的關系。只要變壓器有一側是角接。就能保證主磁通及電勢波形為正弦波。