专题八 三相变压器的磁路结构（教案）-河北省对口升学《电机与变压器》（第5版）(高教社）专题复习讲练测

专题八 三相变压器的磁路结构（教案）-河北省对口升学《电机与变压器》（第5版）(高教社）专题复习讲练测

一、考纲解读

1.要要求学生准确识别三相变压器组、三相心式、三相五柱式铁心的核心结构组成（如变压器组由三台单相变压器组成、心式含三铁心柱 + 两磁轭、五柱式含三相主柱 + 两旁柱）。

2.强调学生对磁路结构与运行特性关联的理解能力，包括：变压器组磁路独立带来的磁通对称性（对称电压下三相磁通对称）与故障隔离性（一相故障不波及其他相）。

3.注重考查学生的场景适配与对比分析能力，要求能根据实际需求（如电压等级、容量大小、运输条件、谐波抑制要求）选择适配的磁路结构。

4.聚焦 “结构组成 — 磁路特性 — 应用场景”，不涉及复杂的磁路计算（如磁阻、磁通密度的定量推导），仅需掌握定性规律，符合职高学生认知水平。

二、知识点梳理

一、三相变压器组的磁路

目前电力系统中,输配电都是采用三相制,三相变压器应用最广泛。三相变压器可以由三台单相变压器组成,称为三相变压器组。大部分三相变压器是将三个铁心柱和铁轭连接成一个三相磁路,形成三相一体心式变压器,称为三相变压器。从运行原理来看,三相变压器在对称负载下运行时,各相的电流(电压)大小相等,相位彼此相差 120°。

将三台相同的单相变压器一次、二次绕组按对称式做成三相连接,可组成三相变压器组。三相变压器组的磁路如图 2-1所示,各相磁路是相互独立的,彼此无关。

当一次绕组加上二相对称交流正弦电压时,三相绕组的主磁通 ФU、Фv、ΦW。也是对称的,如图 2-2所示。三相空载电流也是对称的。在需要特大容量变压器的场所以及运输条件受到限制的地方,为了方便运输或减少备用容量,往往采用三相变压器组来解决以上问题。

二、三相心式变压器的磁路

三相心式变压器的铁心是将三台单相变压器的铁心合在一起演变而成的,如图 2-3 所示。

这种实用的三相心式变压器的铁心结构,两边两相磁路的磁阻比中间一相磁阻大一些。

当外加三相电压对称时,各相磁通相等,但三相空载电流不等,中间那相空载电流小一些。

在小容量变压器中表现较明显,在大型变压器中,其不平衡性较小,在计算空载电流时,可取三者算术平均值。因为空载电流较小,对变压器负载影响不大,与三相变压器组比较起来,还是非常经济的。

三、三相五柱式铁心结构

近代大容量变压器,由于受到安装场所空间高度和铁路运输条件的限制,必须降低铁心的高度,常采用五柱式铁心结构,如图 2-4 所示。

在中央三个铁心柱上套有 U、V、W 三相绕组,左右两侧铁心柱为旁轭,旁轭上没有绕组,专门用来作导磁通路。如果保持铁轭中的磁感应强度不变,经过计算,则铁轭截面及高度与三相心式变压器比较,可减为原来的 1/√3。

现代渐开线式铁心变压器的结构如图1-5所示。

以上几种变压器铁心结构形式,三相心式铁心结构应用较为普遍。三台单相变压器组成的变压器组只在特大容量时,为运输方便而采用,一般很少使用。三相五柱式铁心结构有很多优点，大型变压器多数采用这种结构。渐开线式铁心结构由于机械化程度高,设备复杂,工艺要求高,目前应用还不多。

三、真题练讲

1.（2022年河北省统一考试）三相五柱式变压器中，三次谐波磁通的闭合路径是（  ）

A. 主铁心柱 + 磁轭

B. 旁柱 + 磁轭

C. 油箱外壳

D. 相邻主铁心柱

答案：B

解析：三次谐波磁通无法在主磁路中闭合，旁柱提供专用路径，通过旁柱 + 上下磁轭形成闭合回路；A 是基波磁通路径，C 是心式谐波磁通路径。

2.（2023年广东省统一考试）三相五柱式变压器适用于以下哪种场景（  ）

A. 城市 10kV 配电

B. 山区变压器运输

C. 火电厂 220kV 主变压器

D. 农村小容量变压器

答案：C

解析：五柱式能抑制谐波、运行稳定，适配高压大容量主变场景；A、D 是心式变压器场景，B 是变压器组场景。

3.（2022年河北省统一考试）下列关于三相五柱式变压器的说法，正确的是（  ）

A. 磁路完全独立

B. 无法抑制三次谐波

C. 旁柱可降低附加损耗

D. 体积比心式变压器更小