変圧器のD/Y結線グループの用途は何ですか？

三相変圧器では、一次側または二次側の巻線の片側が常にΔ結線（デルタ結線）で接続されます。これは、主磁束に第3高調波成分が存在するのを防ぎ、渦電流や局所的な加熱を低減し、変圧器の効率と信頼性を向上させるためです。その原理を理解するには、まず三相変圧器の基本を理解する必要があります。

1. 三相変圧器には2つの種類があります：

一つは、組立式三相変圧器（図1）です：

もう一つは、三相内鉄形変圧器（図2）です：

組立式三相変圧器は、3台の単相変圧器を巻線で接続して三相変圧器を構成したものです。その特徴は、三相の電磁回路が独立しており、第3高調波磁束が流れることができる点です。大型の三相変圧器では、この組立式変圧器が使用されることはほとんどないため、これ以上は説明しません。

大型の電力変圧器は、通常、三相内鉄形変圧器です。その特徴は、三相の磁気回路が相互に接続されていることです。三脚鉄心の磁気回路では、第3高調波磁束が直接通過する経路がありません。そのため、第3高調波磁束は、変圧器ケーシングなどの漏れ磁気回路を通ってのみループを形成できます。変圧器ケーシングは通常、鋼板で作られており、第3高調波磁束が存在すると、激しい加熱を引き起こします。

三相内鉄形変圧器における第3高調波磁気回路の経路（図3）

2. 異なる磁気回路および回路構造における電圧（電位）、励磁電流、磁束の波形。

2.1 正弦波の励磁電流は、平頭波の磁束を生成します（図4）。

鉄心が飽和している場合：磁束が平頭波のとき、励磁電流は正弦波になります。

2.2 尖頭波の励磁電流は、正弦波の磁束を生成します（図5）。

無負荷励磁電流波形。

2.3 平頭波と尖頭波はどちらも、基本波と第3高調波に分解できます（図6）。

三相変圧器の無負荷起電力波形。磁気回路が飽和している場合、正弦波の磁束を得るには、励磁電流は尖頭波である必要があります。

磁気回路が飽和している場合、励磁電流が正弦波であれば、主磁束は平頭波になります。

3. 上記の基本知識を理解したところで、分析を進めます。一次側と二次側の両方がY結線（星形結線）の場合、電流の第3高調波が流れる経路がありません。したがって、Y/Y結線では、励磁電流は正弦波電流のみとなります。この正弦波励磁電流は、平頭波の磁束のみを生成し、これは基本磁束と第3高調波磁束に分解できます。

主磁界内のこれらの第3高調波磁束は、大きさと位相が等しくなります。これらは鉄心内で閉路できず、油、タンク壁、継鉄などの漏れ磁気回路内でのみループを形成し、渦電流を発生させ、局所的な加熱を引き起こし、変圧器の効率を低下させます。

したがって、大容量・高電圧の三相変圧器は、Y/Y結線には適していません。

対照的に、巻線がΔ/YまたはY/Δ結線で接続されている場合、一次側または二次側のΔ結線内に、励磁電流の第3高調波成分のためのループ経路が提供されます。したがって、Δ結線された巻線の励磁電流は尖頭波になります。尖頭波電流により、主磁束は正弦波のままで、第3高調波成分は含まれません。

特に、巻線がY/Δ結線で接続されている場合、一次側の励磁電流の第3高調波は通過できませんが、二次側のΔ結線に第3高調波循環電流が発生します。この循環電流は、一次側の正弦波励磁電流とともに、主磁束が正弦波であることを保証し、第3高調波渦電流による局所的な加熱を回避します。

要約すると、三相変圧器の一次側または二次側巻線をΔ結線で接続することは、主磁束を可能な限り正弦波に近づけ、第3高調波による渦電流や加熱の問題を回避し、変圧器の動作効率と信頼性を向上させるためです。