任務1 三相變壓器的結構
學習目標
了解三相變壓器的結構及分類。
任務描述
前面，我們通過拆裝小型單相變壓器直觀地認識了其結構及作用，那么三相變壓器的結構是怎樣的？其工作原理又是如何呢？
任務分析
三相變壓器的結構很復雜，要想透徹地了解它的結構，需要掌握單相變壓器的基本結構。將三個單相變壓器通過一定的連接方式組合起來便構成了一個三相變壓器，需要強調的是制作三相變壓器時尺寸要求非常嚴格。
相關知識
現代的電力系統都采用三相制供電，因而三相變壓器被廣泛應用于電壓的轉換。三相變壓器可將某一電壓等級的三相交流電能轉換為同頻率的另一電壓等級的三相交流電能。
一、三相變壓器的結構形式
三相變壓器按磁路系統可分為三相組合式變壓器和三相心式變壓器。
1．三相組合式變壓器
三相組合式變壓器是由三臺完全相同的單相變壓器按一定連接方式組合而成的，如圖2-1所示。
圖2-1 采用星形連接的三相變壓器組
磁路特點：三相磁路彼此獨立，互不關聯，即各相主磁通都有自己獨立的磁路；三相磁路幾何尺寸完全相同，即各相磁路的磁阻相等；外加三相對稱電壓時，三相主磁通對稱，三相空載電流也對稱。
2．三相心式變壓器
三相心式變壓器是把三個單相變壓器合成一個鐵心柱的結構形式的變壓器，如圖2-2（a）所示。由于三相繞組接入對稱的三相交流電源，三相繞組中產生的主磁通也是對稱的，所以
，即中間鐵心柱的磁通為零，因此中間鐵心柱可以省略，如圖2-2（b）所示。在實際應用中，為了簡化變壓器鐵心的剪裁與疊裝工藝，均采用U、V、W三個鐵心柱置于同一個平面上的結構形式，如圖2-2（c）所示。
圖2-2 三相心式鐵心形成過程
磁路特點：各相磁路不獨立，每相磁通都要借助其他兩相磁路而閉合；各相磁路長度不等。中間相磁路長度略小于其他兩相磁路長度，中間相磁阻略小于其他兩相的磁阻；外加三相對稱電壓時，三相主磁通對稱，三相空載電流近似對稱。
3．兩種磁路系統的比較
與同容量的三相變壓器組相比較，三相心式變壓器（如圖2-3所示）的優點是所用材料少、自重輕、價格便宜。因此大多數三相變壓器都采用心式結構。但對于大型變壓器而言，為減少備用容量以及確保運輸方便，一般采用三相組式變壓器。
圖2-3 三相心式變壓器的結構示意圖
本書主要講解的是三相心式變壓器，其外形如圖2-4所示。
圖2-4 三相心式變壓器的外形
二、三相油浸式電力變壓器的結構
三相電力變壓器的鐵心一般都采用心式，目前使用最廣的是油浸式電力變壓器，其外形如圖2-5所示。其主要由鐵心、繞組、油箱和冷卻裝置、保護裝置等部件組成。
圖2-5 油浸式電力變壓器
1—放油閥門；2—繞組；3—鐵心；4—油箱；5—分接開關；6—低壓套管；7—高壓套管；8—氣體繼電器；9—安全氣道；10—油表；11—儲油柜；12—吸濕器；13—濕度計
1．鐵心
鐵心是三相變壓器的磁路部分。與單相變壓器一樣，它也是由厚度為0.35mm或0.5mm的硅鋼片疊裝而成。鐵心的裝配方式有對接式和疊接式兩種。如圖2-6所示為三相六片鐵心交疊方法。
圖2-6 三相六片鐵心交疊方法
2．繞組
繞組是三相變壓器的電路部分。與單相變壓器一樣，三相變壓器有同心式繞組和交疊式繞組。
3．油箱和冷卻裝置
由于三相變壓器主要用于電力系統中電能的傳輸，因此其容量都比較大，電壓也比較高。為了保證鐵心和繞組具有一定的散熱和絕緣能力，均將其置于絕緣的變壓器油內。同時，為了增加散熱面積，一般在油箱四周加裝散熱裝置。
4．保護裝置
在變壓器油箱與儲油柜之間的連接管中裝有氣體繼電器，如圖2-5所示，當變壓器發生故障時，內部絕緣物氣化，使氣體繼電器繼續動作，發出信號或使開關跳閘。
思考題
一、填空與選擇題
1．根據磁路系統不同，三相變壓器可分為（）、（）。
2．三相組合式變壓器的磁路特點是，各相磁路（），相互間（）；三相心式變壓器的磁路特點是，各相磁路（），相互間（）。
A．獨立
B．不獨立
C．關聯
D．不關聯
二、問答題
說一說三相心式變壓器的特點。