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三相变压器综合指南：了解其工作原理

创作时间:

作者:

@小白创作中心

三相变压器综合指南：了解其工作原理

引用

来源

https://yoocas-electric.com/zh-CN/three-phase-transformer/

三相变压器是电力系统中的关键设备，它能够将一个电路中的电能转换为另一个电路中的电能，从而实现电压的升高或降低。本文将深入探讨三相变压器的工作原理、结构特点以及其在现代电力系统中的重要应用。

什么是三相变压器？

三相变压器是一种能够在三相电力系统中将交流电能转换为交流电压的电气设备。它由一个共同的铁磁芯上的三对初级和次级绕组组成，使其能够接受和处理三相电。这种结构有助于以平衡有效的方式传输电能，这对于重工业应用和长距离电力传输至关重要。

变压器基础知识

变压器的原理是基于电磁感应，通过耦合将一个电压等级的电能转换为另一个电压等级的电能。当载有交流电的初级线圈通电时，磁芯周围会产生磁场。该磁场振荡，从而在次级线圈中感应出交流电。初级电压关系的变换和感应电压仅在初级线圈和次级线圈内协调。电压由初级和次级线圈的数量决定。因此，变压器会升高（增加）其腰围或降低（减少）其腰围。因此，它根据电气系统对有效分配电力的要求来调节电压等级。

相位在电力分配中的作用

了解相位对于操作电气系统至关重要。在三相系统中，电气负载由三个相差 120 度的交流电分担；因此，与单相到三相的转换相比，这是一种更理想的解决方案。使用共享同一相的三个绕组，可以实现比单相系统更有效、更稳定的能量分配，因为电力传输遍及每个完整周期。三相系统在许多重工业中更具优势，因为大多数应用需要的负载大于高传导尺寸可以承载的负载，同时保持较低的功率损耗。此外，它们还可以使用非常高效的三相电机，从而降低各种应用的能耗。

为什么选择三相系统？

三相系统在工业和商业运营中特别有用，因为它利用相位变压器简化了电能分配。该系统最重要的优势之一是功率分配效率；三相电源是“恒定的”，几乎不会中断发电。这意味着电源中的闪烁更少，这对于精密设备至关重要。此外，三相系统使用与单相系统相同的电流，但提供更大的功率。这减少了导体的尺寸，从而降低了材料成本。由于使用了具有高效率的三相电机，因此甚至可以精确控制电压。这些因素共同解释了为什么在电力需求高的地区，三相系统比其他系统更受欢迎。

三相变压器的工作原理

初级和次级绕组的功能

交流变压器的一个具体例子是三相变压器的初级绕组。在这里，交流电压被馈送到变压器。这直接连接到电源，当电流通过时，它会在其周围产生磁场，从而通过电磁感应在次级绕组中产生电压。相反，次级绕组是变压器的输出线圈。其主要目的是向负载提供变换后的负载电流和电压，它是根据绕组配置和匝数比来升高还是降低电压。虽然上述内部运作的工作原理包括电力交换和变换，但它使其在电力系统中得到实际应用，这就是三相变压器在电力系统中必不可少的原因。

三相电源流的探索

三相电力流同时使用三股频率和幅度相同但相隔 120 度且面朝下的交流电。此配置以恒定且完全平衡的功率为负载供电。三相电力系统的分析主要与向工业和商业终端用户输送电力有关。它包括电网和配电网。这些配置比单相或双相配置具有更高的容量：改进的负载分布和更薄更轻的导体，从而节省了施工和维护成本。来自三相电源的旋转磁场使在工业中应用广泛的交流电机平稳运行。权威和受人尊敬的研究以及来自重要资源的信息表明，与三相电力流数值建模和优化相关的工程实践和程序包括特殊程序和数据分析工具。

变压器绕组的意义

变压器的绕组与变压器的铁芯一起，是决定变压器性能和效率的最关键部分，主要决定了变压器在电气系统中的作用。初级和次级绕组的铜和铝线圈是使用电磁感应转换电压的结构。这些绕组的设计（例如匝数和方向）会影响变压器上可用的电压和电流值以及额定电流。材料和线圈绕组设计中的特定发明也被用于使电阻和热损耗尽可能低，以提高效率和性能。遵守绕组尺寸公差可确保线圈之间的磁耦合有效，从而减少能量损耗并提高变压器的可靠性和使用寿命。此外，绝缘和冷却系统也必须有效运行以避免过热，这对变压器设备的效率和耐用性有很大帮助。

三相变压器的配置

三角形配置的理解

在讨论三相变压器的三角形配置时，它将描述其初级绕组以三角形或三角形结构连接。绕组中电流流动方式的理解是环路，从而平衡负载，并有过载空间。在大多数情况下，这种实现方式在工厂中使用，因为它可以有效地分配大功率负载，并且在大多数情况下，即使一个相位断电，运行仍会继续。这也有助于在重载电机应用中非常有效地降低电压水平。

连接类型的探索

对三相变压器中各种连接类型的全面分析将考虑三角形和星形（或星形）配置。在星形配置中，三个绕组中的每一个都连接到中性点或中心抽头，因此三个绕组将呈现 g 形结构。从这种布置可以获得两种电压水平，即线对线和线对中性点电压，从而使其在配电系统中更加通用。星形连接通常是限制高线对中性点电压安全问题的最有利选择，因为线对中性点电压始终较低。在工程实践中，这两种连接形式将与满足不同的电力需求工业和办公系统中。它们的配置对于提高能源资源的效率和管理也至关重要。

单相变压器和三相变压器的关键差异

单相变压器和三相变压器在结构、功能和实际应用中有所不同。单相变压器由一组初级线圈和一组次级线圈构成。这些类型可用于小功率需求，通常用于家庭应用和小型企业。它们不能像三相变压器那样有效地将电力传输到更长的距离，但可以更有效地利用相电流。另一方面，三相变压器包括三个绕组，三角形或星形，更适合大功率工业用途。这种类型的变压器可确保更高的功率流，同时将长距离电压损失降至最低。由于三相系统具有更多相，因此也更经济；使用更少的导体材料来传输更多的电力。这是因为它们在配电系统中是首选，尤其是在高效率和低基础设施成本至关重要的情况下。

如何选择正确的变压器尺寸？

选择正确的变压器尺寸对于系统的可靠性、效率和安全性至关重要。确定变压器的正确尺寸时必须考虑几个因素：

负载能力：关键方面是变压器必须满足的全部负载或需求。在这种情况下，它以千伏安 (kVA) 表示，连接的变压器的额定值应高于预期的最大负载，以避免过载情况。
电压水平：输入和输出电压水平显著影响变压器的尺寸。通常，变压器初级和次级绕组之间的电压差越大，所需的变压器构造材料就越大。
环境条件：嵌入温度和安装环境会影响变压器的热量管理。一些变压器（如壳式变压器）可能更大，以便高效散热，尤其是在环境温度较高的地区。
效率和损耗：效率更高的商用变压器运行成本更低，因此使用寿命更长、热量排放更少，这可能有助于设计更小、更紧凑的变压器。
阻抗和调节：低阻抗变压器的阻抗较低，因此电压降较小，调节在可接受的范围内。这一因素对于开发大幅减小变压器体积和材料的理念至关重要。
标准和法规：国家和行业标准通常会规定某些设计和测试，从而导致变压器的尺寸不同。
未来扩展计划：随着未来的扩展和负载需求的增加，有时可能需要选择额定值稍高的变压器，以便在不进一步改变的情况下增加负载。

工程师和规划人员在选择高效变压器时，应从操作、尺寸和成本方面考虑这些因素。

相电压和电流匹配的重要性

相电压和电流的匹配对于电气系统正常和安全运行至关重要。相电压和电流的充分匹配可最大限度地减少能量损失，并最大限度地提高设备和设备的效率。偏差会导致功率损失、过热，并可能损坏电气系统的某些部件。这在三相系统中很重要，因为它有助于调节相位并降低过载和不稳定的可能性。观察到适当的匹配以符合电气安全规范和规定，从而确保系统的安全性和可靠性。

三相变压器的应用

工业和商业用途

三相变压器，尤其是在工业和商业运营中，不可低估，因为它们保证了配电和其他用途的有效性。它们主要用于电力传输和分配，它们通过分配传输过程中的最小能量损失，特别是在低压绕组配置中，促进电力转换为电路可用的形式。这些变压器为重型机器或工业操作提供所需的高功率。它们对于控制保持设备良好工作状态所需的电压至关重要，主要用于需要稳定高效电源的领域。除此之外，三相变压器还用于商业领域，用于办公楼、购物中心和数据中心等大型建筑群的配电，这些建筑群维持足够的电压来支持大型电气系统。

在三相电气系统中的应用

在三相电力系统中，三相变压器在电压转换和调节方面起着至关重要的作用，因此使用三个单相变压器非常方便。这些结构使得在所有三相中分配电流成为可能，当某些相因未被使用而过载时，这是必要的。这些变压器有助于在不同环境中保持能源效率，确保充足的电力供应，减少浪费，提高安全性和效率。此外，增加或降低电压水平使电力很容易适应几个不同的电路和系统，从而广泛应用于工业、商业和能源基础设施环境。

配电和效率方面的优势

在电力分配和更高效的能源利用方面，三相变压器是脱颖而出的更好选择之一。三相变压器的显著优势之一是能够比单相系统更有效地管理更大的负载，这主要有利于商业和工业用途。与三相电网的情况一样，电力也得到了更有效的利用；电力不会集中在一根电线上，而是分散得更广，发生故障或损坏的可能性更小。因此，三相变压器通过使从低压到高压的转换更容易，减少了损耗并提高了系统的性能。这些三相系统的性质还允许较小的导体传输相同的电力，从而降低成本和所用材料的数量。这些因素使三相变压器成为独立的关键，并用于向各个行业提供清洁和最佳的电力。