三相变压器和单相变压器的区别和用途

​核心区别：

1. 相数：

   • 单相变压器： 设计用于处理单相交流电（AC）。单相电只有一根相线（火线）和一根中性线（有时还有地线），其电压波形是一个单一的正弦波。

   • 三相变压器： 设计用于处理三相交流电（AC）。三相电有三根相线（通常标记为L1/A, L2/B, L3/C）和一根中性线（有时还有地线）。这三相电压的波形是三个幅值相同、频率相同、但相位彼此相差120度的正弦波。

2. 结构与磁路：

   • 单相变压器：

     • 核心结构：通常有一个闭合的铁芯（如口字形或日字形），由硅钢片叠压而成。

     • 绕组：在铁芯的一个柱上绕有初级绕组（输入）和次级绕组（输出）。有时为了更好的磁耦合，初级和次级会分成两部分绕在两个柱上，但磁路仍然是单一路径。

     • 磁通：铁芯中产生一个交变脉振磁通。

   • 三相变压器：

     • 核心结构：主要有两种形式：

       • 三台独立的单相变压器组合： 将三台完全相同的单相变压器连接起来（星形Y或三角形Δ），形成三相变压器组。这种方式体积大、成本高、效率略低，但运输和备用灵活。

       • 三相一体式（更常见）： 一个共用的三柱铁芯（或三柱五柱铁芯）。三个铁芯柱在顶部和底部通过轭铁连接。

     • 绕组：每个铁芯柱上分别绕有一个相的初级绕组和次级绕组（共三组初级绕组和三组次级绕组）。

     • 磁通：三个铁芯柱中的磁通也是幅值相等、频率相同、相位互差120度。由于相位差，在任一时刻，三个磁通的矢量和基本为零（理想情况下），这使得铁芯轭部的截面可以做得比单相变压器小，整体结构更紧凑、效率更高、成本更低。

3. 工作原理：

   • 单相变压器： 基于电磁感应原理。初级绕组通入单相交流电，在铁芯中产生交变磁通。该磁通穿过次级绕组，在次级绕组中感应出交流电动势。电压变换比例由初级和次级绕组的匝数比决定。

   • 三相变压器： 同样基于电磁感应原理。每相（每个铁芯柱）的工作原理与单相变压器完全相同。三相初级绕组接入三相电源，在三个铁芯柱中产生相位互差120度的交变磁通。这些磁通分别在各自的次级绕组中感应出相位互差120度的三相电动势。

4. 输入/输出连接：

   • 单相变压器： 输入端子：通常标记为H1（高压进线）, H2（高压出线/中性点）；输出端子：通常标记为X1（低压出线）, X2（低压中性点）。连接简单（H1-H2输入，X1-X2输出）。

   • 三相变压器： 输入端子：三相高压端子（如H1/A, H2/B, H3/C）和高压中性点（如有，H0）；输出端子：三相低压端子（如X1/a, X2/b, X3/c）和低压中性点（如有，X0）。连接方式复杂多样：初级和次级都可以独立地接成星形（Y）或三角形（Δ），形成不同的连接组别（如Yyn0, Dyn11, Yd1等），以适应不同的系统电压需求和提供中性点。

5. 效率与材料利用率：

   • 三相变压器： 在传输相同功率的情况下，通常比三台单相变压器组成的变压器组体积更小、重量更轻、铁芯和铜线材料更省、效率更高、成本更低。这是因为三相磁通在铁芯中相互平衡，轭部磁通较小。

   • 单相变压器： 对于相同功率容量，单台单相变压器的体积和重量相对较大，材料利用率相对较低。

6. 供电连续性：

   • 三相变压器组： 如果其中一台单相变压器故障，另外两台可以以“V-V”连接（开三角）方式继续为三相负载供电（容量降为原来的58%），提供一定的供电冗余。

   • 三相一体式变压器： 如果发生内部故障（如绕组短路），通常整个变压器需要退出运行，供电中断。

   • 单相变压器： 故障只影响其自身供电的那一相。

主要用途：

总结：

• 单相变压器是处理单相交流电的基础设备，结构简单，主要用于低压、小功率的终端配电场合（如家庭、小型商业）以及小型设备和电子设备中。

• 三相变压器是处理三相交流电的关键设备，结构更复杂但效率更高、更经济，是中高压输电网络、工业配电和驱动大功率三相电动机的绝对主力。它在现代电力系统中占据着核心地位。

选择哪种变压器取决于供电系统的类型（单相还是三相）以及负载的性质和功率需求。三相系统因其在功率传输效率、电动机驱动性能和系统平衡性方面的巨大优势，是工业、商业和大型电力传输的标准配置。