专题八 三相变压器的磁路结构（课件）-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

《电机与变压器》（第5版） 高教社 专题八 三相变压器的磁路结构 目录 01 考纲解读 04 内容归纳小结 02 知识点梳理和重点概念复习 03 真题或常考题讲解 2 考纲解读—常见考点 03 02 01 明确三相变压器组由三台单相变压器的铁心和绕组组合而成（每相对应一台单相变压器）。 掌握三相变压器组的适用场景（如高压、大容量变压器，或运输条件受限需拆分运输的场景），明确其结构优点。 结合三相电源电压的对称性，分析三相变压器组的磁通特性 —— 当输入对称三相电压时，三相磁通也对称。 考纲解读—考试要求 熟记三类结构的关键参数：如铁心柱数量、磁路闭合路径（变压器组每相自身闭合、心式边相依赖中相、五柱式谐波磁通经旁柱闭合），确保基础参数记忆准确无误。 能准确判断三类结构的磁路独立性：区分 “三相变压器组磁路完全独立”“三相心式 / 五柱式磁路相互关联”，明确三相心式中 “中相磁路短、边相磁路依赖中相闭合”。 能完整描述三相变压器组、三相心式、三相五柱式铁心的结构组成：明确三相变压器组由三台单相变压器组合而成（每相独立铁心 + 绕组）。 4 考纲解读—易考题型 三相五柱式铁心需明确 “三相主柱 + 两旁柱” 的结构改进逻辑，核心考点是旁柱为三次谐波磁通提供低磁阻闭合路径以抑制谐波损耗的原理，及高压大容量主变的应用场景。 实际分析题 三相心式变压器需突出 “三铁心柱 + 两磁轭、三相磁路相互关联” 的结构特征，易考中相（B 相）与边相（A、C 相）磁路长度差异导致的励磁电流不对称。 填空题 三相变压器组需重点掌握其 “三台单相变压器组合而成、三相磁路完全独立” 的结构特点，常考磁路独立性对磁通对称性的影响及拆分运输的适用场景 选择题 5 知识点梳理和重点概念复习—知识点思维导图 知识点梳理和重点概念复习 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°。 一、三相变压器组的磁路 知识点梳理和重点概念复习 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。 一、三相变压器组的磁路 知识点梳理和重点概念复习 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。 一、三相变压器组的磁路 知识点梳理和重点概念复习 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。 二、三相心式变压器的磁路 知识点梳理和重点概念复习 如图 2-3(a)所示,当绕组流过三相交流电时,通过中间铁心柱的磁通便是 U、V、W 三个铁心柱磁通的相量和。如果外接三相电源电压对称,则三相磁通的总和 U +v+W=0,因此，中间铁心柱可以省去,变成了图 2-3(b)所示的铁心。为了使结构简单、制造方便、减小体积、节省材料,将三相铁心柱的中心线布置在同一平面内,于是演变成图 2-3(c)所示的常用三相心式变压器铁心。 二、三相心式变压器的磁路 知识点梳理和重点概念复习 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。 二、三相心式变压器的磁路 知识点梳理和重点概念复习 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。 二、三相心式变压器的磁路 知识点梳理和重点概念复习 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。 三、三相五柱式铁心结构 知识点梳理和重点概念复习 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/。 三、三相五柱式铁心结构 知识点梳理和重点概念复习 现代渐开线式铁心变压器的结构如图1-5所示。 三、三相五柱式铁心结构 知识点梳理和重点概念复习 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、三相五柱式铁心结构 常考习题练习与讲解—选择题 答案：B 解析：三相变压器组由三台结构独立的单相变压器组合而成，每台单相变压器对应一相，A 是三相心式结构，C、D 是五柱式结构。，A、C、D 均混淆原副边参数，故 B 正确。 1.三相变压器组的核心组成是（ ） A. 一台三铁心柱变压器 B. 三台独立的单相变压器 C. 五铁心柱加两磁轭 D. 三铁心柱加两旁柱 18 常考习题练习与讲解—选择题 答案：A 解析：因三相变压器组由三台单相变压器组成，每相磁通仅在自身铁心内闭合，与其他相互不影响，故磁路完全独立，B、C、D 是心式或五柱式磁路特点。 2.三相变压器组的磁路特点是（ ） A. 三相磁路完全独立 B. 三相磁路相互关联 C. 仅中相磁路独立 D. 边相磁路依赖中相闭合 19 常考习题练习与讲解—选择题 答案：B 解析：磁路独立且电压对称时，每相磁通仅由自身电压决定，故幅值相等、相位差 120°，符合对称三相电路特性。 3.当三相变压器组输入对称三相电压时，其三相磁通的特性是（ ） A. 幅值不等，相位差 120° B. 幅值相等，相位差 120° C. 幅值相等，相位相同 D. 幅值不等，相位混乱 20 常考习题练习与讲解—选择题 答案：C 解析：磁路独立使故障相的问题不会波及其他相，另外两相仍能在自身独立磁路中形成正常磁通，维持正常运行，A、B、D 是磁路关联结构的故障影响。 4.若三相变压器组某一相绕组发生短路故障，对另外两相的影响是（ ） A. 另外两相磁通严重畸变 B. 另外两相无法正常运行 C. 另外两相基本不受影响 D. 另外两相励磁电流大幅 21 常考习题练习与讲解—选择题 答案：B 解析：三相变压器组可拆分为三台单相变压器运输，适配山区等运输不便场景；A 是心式变压器场景，C、D 是五柱式变压器场景。 5.三相变压器组适用于以下哪种场景（ ） A. 城市居民区配电（10kV/0.4kV） B. 山区 110kV 大容量变压器运输 C. 火电厂 220kV 主变压器 D. 对谐波抑制要求高的场合 22 常考习题练习与讲解—选择题 答案：B 解析：三相变压器组由三台单相变压器组成，需更多铁心和绕组材料，体积更大；A 是心式缺点，C、D 与变压器组特性无关。 6.与三相心式变压器相比，三相变压器组的主要缺点是（ ） A. 磁路关联易故障扩散 B. 体积大、耗材多 C. 无法抑制三次谐波 D. 中相励磁电流过大 23 常考习题练习与讲解—选择题 答案：A 解析：磁路独立决定每相磁通仅在自身铁心内闭合，B 是心式边相磁通路径，C 是心式谐波磁通路径，D 是五柱式谐波磁通路径。 7.三相变压器组中，每相磁通的闭合路径是（ ） A. 自身铁心 B. 相邻相铁心 C. 油箱外壳 D. 磁轭 + 旁柱 24 常考习题练习与讲解—选择题 答案：C 解析：三相变压器组每相本质是单相变压器，故每相损耗特性（如铁损耗、铜损耗）与单相变压器一致；A、B、D 因组合结构差异，与单相变压器不同。 8.下列参数中，三相变压器组与单相变压器一致的是（ ） A. 铁心结构 B. 磁路长度 C. 每相损耗特性 D. 整体体积 25 常考习题练习与讲解—填空题 答案：三；三相磁路完全独立 解析：三相变压器组通过三台单相变压器组合实现三相供电，每相磁通仅在自身铁心闭合，与其他相互不影响，“结构独立” 决定了 “磁路独立”，是其与心式、五柱式的核心区别。 1.三相变压器组由________台独立的单相变压器组成，其核心磁路特点是________。 26 常考习题练习与讲解—填空题 答案：三；两；日；相互关联 解析：心式铁心的 “三柱两轭” 结构使边相磁通需借助中相磁轭闭合，无法独立，故磁路相互关联；“日” 字形是其典型结构形态，区别于其他磁路结构的外形特征。 2.三相心式变压器的铁心由________个铁心柱和________个磁轭组成，整体呈________字形，三相磁路的关系是________。 27 常考习题练习与讲解—填空题 答案：两；五；三次谐波磁通 解析：五柱式的核心改进是 “3 主柱 + 2 旁柱”，旁柱可避免三次谐波磁通流经油箱产生附加损耗，专门为谐波磁通设计，是其抑制谐波的关键结构。 3.三相五柱式铁心在三相心式基础上增加了________个旁柱，铁心柱总数为________个，增加旁柱的核心目的是为________提供低磁阻闭合路径。 28 常考习题练习与讲解—填空题 答案：磁路完全独立 解析：磁路独立使每相磁通不受其他相影响，故障相仅自身磁通异常，另外两相磁通维持正常，体现 “故障隔离” 优势，是其适配故障敏感场景的核心原因。 4.三相变压器组某一相发生短路故障时，另外两相仍能正常运行，原因是其________，故障不会波及其他相。 29 常考习题练习与讲解—判断题 答案：√ 解析：三相变压器组的每相对应一台单相变压器，每相磁通仅在自身铁心内闭合，与其他相互不影响，符合 “结构独立→磁路独立” 的逻辑，是变压器组的核心特性。 1.三相变压器组由三台独立的单相变压器组成，因此其三相磁路完全独立。（ ） 30 常考习题练习与讲解—判断题 答案：× 解析：心式变压器中相磁路直接通过上下磁轭闭合，路径最短；边相磁路需绕过中相铁心柱，路径更长，磁阻更大。为维持磁通对称，边相励磁电流需大于中相，故励磁电流不对称，题干混淆了磁路长度与励磁电流的关系。 2.三相心式变压器的中相（B 相）磁路长度与边相（A、C 相）相同，因此三相励磁电流完全对称。（ ） 31 常考习题练习与讲解—判断题 答案：√ 解析：五柱式铁心的旁柱是核心改进结构，三次谐波磁通可通过 “旁柱 + 磁轭” 形成铁磁闭合路径（磁阻小），避免流经油箱等金属部件产生附加损耗，显著提升谐波抑制能力，符合其结构设计目的。 3.三相五柱式铁心通过增加旁柱，为三次谐波磁通提供了低磁阻闭合路径，能有效抑制谐波损耗。（ ） 32 常考习题练习与讲解—判断题 答案：√ 解析：磁路独立使故障相的短路问题仅影响自身磁通，另外两相磁通不受干扰，可维持正常的电压输出，体现了变压器组 “故障隔离” 的优势，题干描述符合实际运行特性。 4.三相变压器组某一相绕组短路时，另外两相因磁路独立，仍能正常输出对称电压。（ ） 33 常考习题练习与讲解—简答题 答案：结构组成：三相变压器组由三台独立的单相变压器组合而成，每台单相变压器对应一相（A、B、C 相），三相绕组分别绕制在各自单相变压器的铁心上。 磁路特点：三相磁路完全独立，每相磁通仅在自身单相变压器的铁心内闭合，与其他相的磁路无关联，一相磁路的变化不会影响另外两相。 典型应用场景：山区、偏远地区等运输不便的高压大容量变压器安装，因可拆分为三台单相变压器分别运输，适配复杂运输条件。 1.简述三相变压器组的结构组成与磁路特点，并举出一个其典型应用场景。 34 常考习题练习与讲解—简答题 答案：铁心结构特点：三相心式变压器的铁心由 “三个铁心柱 + 上、下两个磁轭” 组成，三个铁心柱垂直排列，上、下磁轭横向连接铁心柱，整体呈 “日” 字形；三相绕组分别套在三个铁心柱上，无独立的单相铁心。 励磁电流差异原因：中相磁通可直接通过上、下磁轭闭合，磁路路径最短、磁阻最小；边相磁通无法独立闭合，需绕过中相铁心柱才能通过磁轭形成回路，磁路路径更长、磁阻更大。为维持三相磁通对称，边相需更大的励磁电流克服高磁阻，故边相励磁电流大于中相。 2.三相心式变压器的铁心结构有何特点？为什么其边相（A、C 相）励磁电流会大于中相（B 相）？ 35 常考习题练习与讲解—简答题 结构改进：三相五柱式铁心在三相心式铁心的基础上，增加了两个旁柱（位于三个主铁心柱的两侧），总铁心柱数量从 3 个变为 5 个（3 个主柱 + 2 个旁柱），上、下磁轭同时连接主柱和旁柱，形成完整的磁路框架。核心作用：为三次谐波磁通提供低磁阻的闭合路径。三相变压器运行中会产生三次谐波磁通，三相心式变压器因无专用路径，谐波磁通需流经油箱等金属部件，产生附加损耗和发热；五柱式的旁柱可让三次谐波磁通通过 “旁柱 + 磁轭” 在铁心内部闭合，大幅减少附加损耗，抑制谐波对变压器运行的影响。 3.三相五柱式铁心相比三相心式铁心，在结构上有何改进？这一改进的核心作用是什么？ 36 常考习题练习与讲解—简答题 答案：三相变压器组：因磁路完全独立，每相磁通仅由自身绕组电压和铁心决定，与其他相互不影响。当一相发生故障（如短路）时，仅该相磁通异常、无法正常工作，另外两相的磁路和磁通不受干扰，仍能维持正常的电压输出，故可正常运行。 三相心式变压器：因磁路相互关联，边相磁通需借助中相磁轭闭合，中相故障会直接切断边相磁通的闭合路径，边相故障也会通过磁轭影响中相磁通。无论哪一相故障，都会破坏三相磁路的完整性，导致三相磁通均畸变，无法正常输出电压，故故障会波及三相。 4.为什么三相变压器组某一相发生故障时，另外两相仍能正常运行，而三相心式变压器却会波及三相？ 37 重点复习知识点： 1.原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。 2.能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。 3.能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。 阅读相关教材和课堂笔记，梳理重点知识点和关键概念。制作复习提纲或思维导图，以帮助理清知识框架和内部逻辑。进行练习题和例题的练习，加深对知识的理解和应用。 课堂小结 38 $