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目录

一、三相变压器的基本结构

（1）组式三相变压器

（2）芯式三相变压器

二、时钟表示法：快速判断两个变压器能否并联的工具

（1）变压器的并联：必须要相位完全相同

（2）时钟法的由来

（3）三相变压器的时钟组别分析

3.1 YY连接

3.2 Yd连接

3.3 总结

三、三相变压器的空载电动势波形分析：不同连接方式的影响

（1）三次谐波电流方向一致，无法流出！

（2）Yy连接的组式三相变压器的空载波形分析：电压畸变尖顶波

（2）Yy连接的芯式三相变压器的空载波形分析：电压基本理想，大功率下发热损耗严重

（3）Dy连接、YNy连接的波形分析：简单、理想波形

（4）Yd连接的波形分析：第三绕组"去磁作用"的启发

（5）总结

一、三相变压器的基本结构

所谓三相变压器，本质上仍然是单相单相变压的，而将他们连接到一起纯粹是为了节省材料，降低制作成本。

（1）组式三相变压器

组式三相变压器的优点是直观好理解，而且他们三个铁芯回路都可以单独制作。如果有的超大型用电设备需要使用变压器，而且运输条件受阻时（芯式变压器总体积、重量都比组式的单独一个大），可以考虑制作成组式三相变压器。

（2）芯式三相变压器

二、时钟表示法：快速判断两个变压器能否并联的工具

（1）变压器的并联：必须要相位完全相同

在电力系统中，通常会有多级变压器的级联，让电力等级产生变化，从而降低线路损耗。但此时产生了一个问题:由于发电厂发出来的电是三相电，那么如果此时有两个发电厂都给同一个工厂供电，他们虽然都是三相电，但必定会有相位的问题。

（2）时钟法的由来

为了避免上述相位不同导致的电流过大的问题，我们需要在接线前先测量、判断并联两端的相位是否合规。于是早期人们由工程师自己画相量图分析判断，但是每个人画相量图的习惯都不同，导致了不同工程师沟通的时候有一定困扰。于是时钟法就此诞生了，它不论你是怎么的习惯去画相量图，都能得到一致的时钟组别。

即强制规定感应电动势EAB的方向为12点方向，而低压侧Eax的感应电动势Eab方向称为整个变压器的组别（原则上是规定任意一个高压侧为12点，它对应的低压侧为组别，从任何一组看过去都是一致的，我们一般分析EAB这一组）。其中，每一个时钟点都间隔30度。且逆时针方向为超前，需要用加法，顺时针方向是滞后，需要用减法。

时钟法的出现极大程度上简化了后人的分析难度，即在变压器并联的时候，直接将相同组别号的变压器的A接a，B接b。及其方便。即使组别号不同，也可以通过更改端口标签名的方式来移动、更改时钟组别号。

（3）三相变压器的时钟组别分析

三相变压器有很多种接法，比如Yd、YY等。不同的接法会得到不同的组别号（YY连接只能得到偶数组别、Yd连接只能得到奇数组别）（这里扩展一下：YD分为两个字母，如果一样出现一个就是奇数组别；如果两个相同的就是偶数组别），所以在日常使用中我们会根据需求的组别号选择厂家生产的不同型号变压器。

3.1 YY连接

经过观察可以得知：此图中是YY连接，组别号为0。于是称为Yy0。

当然我们前面说Yy连接可以得到所有的偶数组别，这又是为什么呢？

其实你只需要将二次侧低压的abc标签向右移动一位，即b变成a、c变成b、a变成c。经过相量图的分析，他的时钟组别号就+4了。而左移则是-4。最后，如果将同名端放到xyz侧，则是以6点为基础进行变换的。最终就能得到0，4，8，6,10,2这一共6个偶数组别号。

3.2 Yd连接

Yd连接中分为左旋和右旋两种连接方式。他们的转换关系为：逆->正，时钟组别+2；正->逆，时钟组别-2。

3.3 总结

理论上来说，YY、YD连接都会有12种甚至更多的时钟组别连接情况。但是不可能对每一种都做生产，我国只会生产Yy0和Yd11类型的。然后基于这两个可以引申变化出无数种。常见的有Yyn0、YNy0、Yy0、Yd11、YNd11等。

而所谓的组别变换，就是工程师在并联时候，发现电网的组别号可能是Yd11的，但是我手头上的变压器是某个厂家生产的其他类型、或前工程师更改的，比如Yd7的变压器，此时就不允许直接将Aa、Bb、Cc这样并联。于是该工程师会依据组别变换规则，将变压器上的标签撕下来，二次侧分别往右移动一相，即让时钟组别从7+4变成11，于是可以直接并联了。后来的工程师就不用再分析组别变换了，直接看到组别号相同，AaBbCc这样一一对应的连接即可。

三、三相变压器的空载电动势波形分析：不同连接方式的影响

之前我们在分析B-H曲线的时候曾分析过单相变压器的励磁电流会产生畸变，即尖顶波的励磁电流产生正弦主磁通，从而产生正弦的感应电动势；正弦的励磁电流产生平顶波主磁通，从而产生尖顶波的感应电动势。在三相变压器中也是基于此为分析锚点进行的，只不过由于三相变压器还有很多连接方式、连接结构会进一步影响主磁通、感应电动势，所以分析变得稍稍复杂。一般分为4种情况讨论。

（1）三次谐波电流方向一致，无法流出！

其实就是一个简单的三角函数化简得到的。而基波是大小相等、相位相差120°的关系，所以通常可以相互抵消；而三次谐波由于方向也完全一致，成为后续分析的主要思考路径。

这使得无中性线的YY三相变压器，电流畸变成正弦波，电压畸变成尖顶波，一定不可使用！

（2）Yy连接的组式三相变压器的空载波形分析：电压畸变尖顶波

由于高压一次侧只是Y型连接方式，并没有中性点N引出，而三次谐波电流本应该从ABC点流向中性点，此时由于没有流出的通路，于是三次谐波电流凭空消失了，相当于被电路特性强制禁止生成三次谐波电流。而三次电流即相当于不断的将电荷转移到中性点N处就死亡了。

且由于二次侧采用组式变压器，即每一相都是单独的铁磁回路构成，所以三次谐波只在自己的回路中流转，互不干扰其他人。

最后由于是空载分析，二次侧没有电流的流经，所以不会有新的磁通去影响主磁通。即分析到此结束。最终得到的二次侧电压就是尖顶波，工程上认为尖顶波性质很差，一般禁止使用Yy连接方式。

即使带载，二次侧有电流后，三次谐波电动势产生的三次谐波电流也不会反过来影响主磁通。同样是因为二次侧没有中性点的引出，三次谐波电流强制为0了。即二次侧的电流本来是尖顶波，但由于N的缺失，被强制削减了一部分，成了正弦波电流。

即电流是正弦波，我们想要；而电压是尖顶波，问题十分严重，会过载烧毁，我们不希望看到。而一般的电子元器件都是连电压源的，所以禁止使用Yy连接（且无中性点）。

（2）Yy连接的芯式三相变压器的空载波形分析：电压基本理想，大功率下发热损耗严重

芯式三相变压器相较于组式变压器的区别在于：

组式的三次谐波有完整的通路，可以在铁芯中绕行。而芯式的由于三次谐波方向相同，无法相互抵消、或者借用磁通路，使之无法在铁芯中绕行，从而不得不走到铁芯外部，即三次谐波产生的磁通类似成了漏磁。内部基本只剩下基波产生的磁通了，所以芯式解决了电压波形差的问题，但引发了其他的问题。因为外部是变压器油等非铁磁材料，磁导率低，磁阻大，一般很快就泯灭了，对变压器的运行没啥影响。所以一般小型的变压器可以直接使用Yy连接的芯式三相变压器。

不过由于最外层终究是有铁桶、钢板制作的壳子，随着电压等级、功率的增大，三次谐波在外部铁壳子中也会有一定的发热损耗，一方面影响变压器工作的安全性，另一方面降低了变压器的有功效率。

（3）Dy连接、YNy连接的波形分析：简单、理想波形

Dy连接形式时，三次谐波由于同方向，可以形成环流，从而按照常规的B-H曲线进行分析，最终得到理想的正弦感应电动势波形。

而YNy连接形式由于一次侧中性点N的存在，三次谐波也能正常通过，不被强制削减。分析也较为简单、理想化。基本与Dy分析一致，不过多赘述。

（4）Yd连接的波形分析：第三绕组"去磁作用"的启发

一次绕组Y型连接接没有三次谐波电流的通路，励磁电流为正弦波。则主磁通应为平顶波，其中三次谐波磁通在二次角接绕组内部感应三次谐波电动势，产生三次谐波环流。理论上来说是不好的波形，和之前Yy连接一样的过电压问题，无法使用。

但由于三次谐波环流此时通路了，此环流励磁产生新三次谐波磁通与原三次谐波磁通相位相反，将原三次谐波磁通抵消，将主磁通波形"拉回"为正弦波，使得最终得到的感应电动势波形恢复为理想正弦波。

简单来说就是，二次侧的三次谐波环流，产生了去磁效果，将主磁通中的尖顶波形近似恢复成理想正弦波形状。

这里的抵消是近似抵消，而非完美抵消。首先有漏磁通的存在，幅值上就会略小于主磁通；其次漏抗的存在会让二次侧电流i2滞后感应电动势E2一点点，使得反磁通与主磁通不是完美的180°相反相位关系。不过这种近似抵消就足矣。

基于这个的启发，现代变压器通常会专门多做一个绕组，这个绕组不用来带负载，而单纯用于去磁作用，使得主磁通恢复成近似正弦，从而让其他绕组正常工作。这样即使你是Yy连接，我们只需要在二次侧加一组空载的d型连接绕组即可正常工作。

（5）总结

可以看出，三相变压器的电动势分析极为复杂，一方面会受到组式、芯式的影响；一方面还会受到Yy、Dy、Yd等连接方式的影响。在这里我进行简单总结：

（1）Y 接无中性线的三次谐波电流引发的强制清零问题：

只要 Y 型连接无中性线，三相三次谐波电流因相位相同而无法形成回路，被强制为 0。

• 一次侧无中性线：励磁电流为纯正弦波，导致主磁通为平顶波（含三次谐波）。
• 二次侧无中性线：无法形成三次谐波电流，因此无法产生去磁磁通抵消主磁通中的三次谐波分量。

（2）Yy连接中特有的"芯式连接"产生的“类似漏磁”影响：

芯式变压器的 Yy 连接，因三相磁路共用，三次谐波磁通无法在铁心内形成闭合回路，只能被迫走外部油、油箱壁，磁阻极大、幅值被显著抑制，主磁通近似正弦波，因此中小功率下可使用。但大容量时，外部磁通会在油箱壁产生涡流损耗，造成局部过热，因此大功率芯式 Yy 连接也不推荐。

（3）一次侧三次谐波正常，则感应电动势为理想正弦波形：

若一次侧为 Δ 接或 Y 接带中性线，三次谐波电流可正常流通，励磁电流为尖顶波，能建立正弦主磁通，因此感应电动势也为正弦波，无过电压问题。

（4）关于第三绕组的补救方案：

若一次侧为 Y 接无中性线，励磁电流为正弦波，主磁通含三次谐波分量，理论上会在二次侧感应出尖顶过电压。此时可通过在二次侧增加一个空载 Δ 接的 “第三绕组”，利用其内部三次谐波环流产生的去磁磁通，抵消主磁通中的三次谐波分量，将电动势拉回正弦波，实现补救。