变压器磁路结构及连接组对电动势波形的影响

   变压器的铁心是由铁磁材料构成的，铁磁材料的磁化曲线是一条呈饱和特性的曲线。在铁心处于饱和状态时，如果磁通为正弦波，则励磁电流为尖顶波，除基波电流外，以三次谐波电流分量最大；如果励磁电流为正弦波，则磁通为平顶波，除基波磁通外，以三次谐波磁通分量最大。如果忽略影响不大的其他高次谐波，绕组中的电动势主要由基波磁通和三次谐波磁通感应产生。三相变压器的磁路结构与连接组会影响磁通的流通路径，因而也会对感应电动势的波形有直接影响。下面以YN，y.Y，y以及Y，d.D，y为例对其进行研究。

    1.YN，y.Y，y联结的三相变压器

    励磁电流中的三次谐波分量的幅值.相位均相同，故可构成零序对称组。在原边绕组有中线的情况(YN，y)下，三次谐波电流会以中线作为自己的回路。由于三次谐波电流的存在，励磁电流呈尖顶波，所对应磁通及绕组感应电动势接近于正弦波。但当原边绕组没有中线(Y，y)时，三次谐波电流由于没有回路而无法存在，因此励磁电流呈正弦波，所对应磁通便是含有三次谐波分量的平顶波。磁通的三次谐波分量的流通路径与三相变压器的磁路结构有关。

    （1)三相组式变压器

    构成三相组式变压器的3个单相变压器磁路彼此独立。所以在每个单相变压器的铁心中，三次谐波磁通分量都可以流过。每相绕组的电动势由基波磁通和三次谐波磁通共同感应产生，以原边绕组感应电动势为例，是由基波磁通的感应电动势和三次谐波磁通的感应电动势组成，即。式中，。虽然，三次谐波磁通比基波磁通要小，但三次谐波磁通的交变频率为基波磁通频率的3倍，故。该比值有时可达到45%～60%，甚至更大。相电动势的波形会发生畸变而成尖顶波。这种现象会引起危险的过电压，严重时有可能击穿绕组绝缘。但在线电动势中，由于相电动势的三次谐波分量相互抵消，仍呈正弦波。

    （2)三相心式变压器

    三相心式变压器的磁路彼此关联，励磁电流的三次谐波分量由于没有回路在铁心中无法流通。虽然它仍可以通过油路或空气形成闭合回路，但由于该磁路的磁导率小，磁阻大，其数量是不大的。因此可以忽略三次谐波磁通所产生的感应电动势。认为绕组中的电动势单独由磁通的基波分量所感应产生，呈正弦波。但以三倍于基波频率交变的三次谐波磁通，会在油箱中产生涡流损耗，致使油箱局部过热，降低变压器的效率。

    2.Y，d.D，y联结的三相变压器

    在Y，d连接的三相变压器中，原边绕组采用没有中线的星形(Y)连接，所以励磁电流便呈正弦波，而不存在三次谐波电流分量。铁心中的磁通会出现三次谐波磁通，每相绕组中便会感应出三次谐波电动势。由于副边绕组采用三角形(d)连接方式，自身形成一闭合回路，因此便会有产生的三次谐波电流流通。原边绕组中不存在三次谐波电流，无法抵消对铁心中磁通的影响，便会在铁心中产生三次谐波磁通。因为绕组的电抗远大于电阻，在相位上滞后近90°，即滞后近90°，而在相位上超前它所产生的感应电动势90°。由此可见，三次谐波电流所产生的会抵消铁心中原先存在的三次谐波磁通，从而大大削弱绕组中的三次谐波电动势，使其趋近于正弦波。

    在D，y连接的三相变压器中，原边绕组采用三角形(D)连接方式，可以流过三次谐波电流，从而使得励磁电流呈正弦波，致使铁心中的磁通为正弦波，绕组中的感应电动势也为正弦波。

    由以上的分析可以看出，为了改善绕组中感应电动势的波形，最好使原边.副边绕组中的一个为三角形连接。