三相变压器：结构与配置

与水、电、下水道等服务一样，电力是发达世界中最重要的公共设施之一。根据使用的地点不同，电力可以以不同的电压提供。将在两个系统之间将电力降压（或升压）的关键是什么？变压器。这篇来自 Bel 的文章探讨了三相变压器四种主要绕组配置的优缺点。

变压器是一种电气设备，通过电磁感应在相同频率下将功率在电路之间进行转换，通常改变电压和电流的数值。由于所有电源都是以三相格式生成的，因此三相变压器在远距离电力输送、区域电网、本地电网以及工业和商业设施中起着关键作用。

三相变压器绕组配置

三相电力变压器是通过将三个单相变压器绕组绕在一个单一铁芯上构建而成。由于铜和铁芯的利用效率更高，对于给定的伏安 (VA) 额定值，三相变压器相比于三个独立的单相变压器更加小巧、更具成本效益且更轻便。

三相变压器通常至少有6个绕组 - 3个初级绕组和3个次级绕组。初级绕组和次级绕组可以连接成不同的配置，以满足不同的需求。在常见的应用中，这些绕组通常以两种常见的配置之一连接：三角形（Delta）或星形（Wye）。

Delta连接

在三角形连接中，有三个相位且没有中性线。输出的三角形连接只能为三相负载供电。线电压 (VL) 等于电源电压。相电流 (IAB = IBC = ICA) 等于线电流 (IA = IB = IC) 除以 √3 (1.73)。当变压器的次级连接到大型不平衡负载时，三角形初级连接能为输入电源提供更好的电流平衡。

星形连接

在星形连接中，有三相和一个中性线 (N)——总共四根线。星形连接的输出能够使变压器提供三相电压（相间电压），以及为单相负载供电的电压，即任一相与中性线之间的电压。中性点还可以接地，在需要时提供额外的安全保护：VL-L = √3 x VL-N。

四种主要的绕组配置

三相变压器可以连接成四种常见的接线方式：三角形-三角形（Delta-Delta）、星形-星形（Wye-Wye）、三角形-星形（Delta-Wye）和星形-三角形（Wye-Delta）。每种接线方式通过其原边和副边绕组的连接方式来区分，具有各自的优点和缺点，这会影响这些变压器的性能和应用适用性。

1. 三角形 / 三角形 (D/D)

D/d 优势

在三角-三角变压器（标识为 D/d）中，初级和次级绕组均以三角形配置连接。这种配置提供了若干优势。如果三个线圈中的一个发生故障或失效，其余两个未受损的线圈仍然可以提供三相电力，其容量约等于变压器原始输出的三分之二。   在变压器的次级连接到较大的不平衡负载的情况下，三角形初级在为输入电源提供更好的电流平衡方面表现出色。   一个关键的优点是初级和次级绕组之间没有任何相移，从而确保电力传输的协调一致。此种配置通常在涉及低电压和高电流电力传输的应用中较为偏好，或者在发生相故障时需要保持服务连续性的情况下尤为适用。

D/d 缺点

在这种配置中，某些特性会影响三相变压器的设计和功能。初级和次级绕组的高匝数导致线圈更大且成本更高。这种设计需要额外的绕组间和层间绝缘。使用较细的漆包线会提高每磅的成本，值得注意的是，这种配置缺少中性连接。

2. 三角形/星形 (D/Y)

D/y 优势

主要的三角形与次级星形（D/y）配置因其能够向发电设备提供三线平衡负载而脱颖而出，能够无缝适应各种应用。这种配置通常被选择用于为商业、工业和高密度居民区供电。   这种设置能够同时提供三相和单相负载，并且当电源缺失时，可以生成一个公共输出中性点。它还能有效抑制从线路到次级侧的噪声（谐波）。

D/y 缺点

如果三个线圈中有一个发生故障或失效，可能会危及整个组的功能，并且初级绕组和次级绕组之间的30度相移可能会导致直流电路中更大的波纹。

3. 星形/三角形 (Y/D)

Y/d 优势

Y/Δ配置利用高电压输入，将单个线圈上的电压减少到原来的1/√3，从而减少绕组匝数并降低绝缘需求。该设计可以作为降压变压器，主要用于输电线路的末端。此外，它还在电源侧包含一根接地线（中性线）。

Y/d 缺点

Y/d与D/y配置具有相同的潜在缺点——如果单个线圈发生故障，整个组的功能可能会失效。此外，在初级和次级绕组之间引入30度相位偏移，可能会导致直流电路中的纹波增加。

4. 星形连接 / 星形连接 (Y/Y)

Y/y 优势

在四种常见的三相变压器接线配置中，Y/y 配置是最具成本效益的选择，能够实现无相移的主次绕组功率传输。在一次侧和二次侧均有接地（中性）线，可灵活地为三相和单相负载提供电力。

Y/y 劣势

为了确保最佳性能，需要尽可能在此配置中平衡单相负载。需要注意的是，Y/y 配置可能更容易在电源和负载之间传递噪声。

干式和油浸式变压器

根据功率和电压等级，三相变压器可以分为两大类：依靠空气作为冷却介质的干式变压器，以及使用油作为冷却介质的油浸式变压器。

干式变压器：开放式框架或环氧树脂线圈

在干式变压器中，主要分为两大类：

充油变压器

与之相反，油浸式变压器完全浸没在真空密封金属容器内的特殊矿物油中，电气额定值为电压 – 6.0 kV 至 1,500 kV，功率 – 达到 1000+ MVA。

最佳开放式框架变压器配置

在条件允许的情况下，对于开放式框架变压器，大多数行业倾向于在电力分配应用中使用三相变压器的三角形输入和星形输出连接方式。   三角形配置的最常见输入电压包括600V、480V、415V、400V、230V和208V。而星形配置的最常见输出电压如下：在加拿大为600V（相间电压，L-L）和347V（相对中性点电压，L-N）；在美国，对于大型工业负载，输出电压为480V（L-L）和277V（L-N）；对于小型工业、商业及住宅负载，输出电压为208V（L-L）和120V（L-N）。   Signal Transformer公司是这一领域的知名制造商，专注于生产干式开放式框架三相变压器。拥有超过50年的变压器、电抗器、电感器以及定制或改进型标准产品的制造经验，Signal Transformer公司在设计和制造高效且专业的解决方案平台方面表现卓越。