Трансформатор трехфазный это – Разделительные трансформаторы что это такое, сфера применения и принцип работы

Содержание

Трёхфазный трансформатор: особенности и конструкция

Трехфазный трансформатор – трансформатор, предназначенный целям гальванической развязки цепей трех фаз с одновременным изменением амплитуды напряжения. Три фазы, это общеизвестно, ввел Доливо-Добровольский, но патент на изобретение получить не смог, потому что опережен на годы Николой Теслой.

Благодарности

Вспомним замечательного автора СССР довоенных времен – Холуянова Федора Ивановича. Упрощенный рассказ приятнее слуху неподготовленного читателя, нежели лучший современный очерк о трехфазных трансформаторах.

Определения

Силовой трехфазный трансформатор средней мощности – не более 33,3 МВА с полным сопротивлением короткого замыкания не выше 25 – 0,3N/W%. N – номинальная мощность трансформатора (МВА), W – число стержней сердечника.

Большой силовой трехфазный трансформатор – мощность до 100 МВА, импедансом выше, определенного формулой, указанной для предыдущего класса изделий.

Распределительный трехфазный трансформатор – понижающий, мощностью до 2,5 МВА, с раздельными обмотками и охлаждением типа ON.

Строение

Авторы предлагают начинать рассмотрение трехфазного трансформатора с упрощения. Предполагается, читатели знакомы с цепями 220 вольт. Знают, как работает трансформатор.

Краткое описание работы однофазного трансформатора

Начать нужно с простой вещи: катушка индуктивности вокруг себя создает вихревое магнитное поле. Тянется вдоль оси, выходит наружу на северном полюсе. На рисунке показаны два витка проволоки. Ток идет с плюса на минус, направление линий напряженности магнитного поля определяется правилом «буравчика». Траектория загибается, в результате соседний виток (целый соленоид) охватывается некачественно.

Требуется по мере возможности полнее передать магнитный поток, обеспечивая гальваническую развязку (по току). При трансформации легко варьируется выходное напряжение. Используется при передаче электроэнергии потребителям.

Окончательно транспортировать поле вторичной обмотку способен сердечник из ферромагнитного сплава. Внутри материала напряженность магнитной индукции многократно возрастает. Обеспечивается плотное потокосцепление, ЭДС, наведенная на выходе, обретает громадную величину. Сердечник линии напряженности поля пронизывают вдоль оси. Получается описанный выше эффект.

Конструкция трехфазного трансформатора

Проще рассмотреть трехфазный трансформатор, представив тремя однофазными. Скрин показывает образчик стержневого типа. Подобно «броневому» (название принадлежит авторам) означает: обмотки надеты на стержни. Объединяются, замыкая линии магнитного поля ярмами. Слово стержень не предполагает наличия круглого сечения. Вероятно, присутствовало прежде, современными трансформаторами практикуются иные форы.

Сердечник изготавливается шихтованным, по определению не круглый. Сложно технологически. Трансформатор, снабженный круглым сердечником, круглый? Да, виток, охватывающий квадрат, по площади уступает круглому, аналогичной длины жилы. Очевидный факт, коэффициент использования материалов современного трансформатора чужд совершенству. Сердечник прямоугольный, ярма, легче компоновать пластинки шихты.

Трехфазный трансформатор рекомендуется представить тремя стержневыми, составленными бок к боку с образованием единого центрального не используемого стержня.

Поскольку фазы сдвинуты равномерно на угол 120 градусов друг относительно друга, геометрическая сумма векторов будет равна нулю. Если составить сердечники однофазных трансформаторов, магнитный поток по центральной части не пойдет. Выступает базисом работа цепей с изолированной нейтралью. Средний стержень не несет магнитного потока, следовательно, может быть выкинут из конструкции. Оставшаяся часть компонуется так:

Катушки располагаются на параллельных стержнях.
Первичная, вторичная обмотки фаз лежат на едином стержне.
Сердечник замкнут ярмами.
Согласно симметричности фаз различают две конструкции:

Вид сверху – равносторонний треугольник. Симметричность фаз.
Вид сверху – единая линия. Асимметричность фаз.

Симметричность фаз означает: входы равноправны. Если стержни выстроены в ряд, расстояние вдоль ярма меж крайними больше, нежели меж двумя другими парами. Магнитный поток станет смещаться по фазе, сигнал будет искажен. Сопротивление сердечника асимметрично для поля. Вызывает неравенство токов в холостом режиме. Эффект усиливается некачественной сборкой, плохой насыщенностью железа ярма.

Броневые трехфазные трансформаторы фактически поставленные друг на друга, охваченные единым сердечником однофазные. Асимметрия фаз отсутствует, первичная, вторичная обмотки лежат на одном стержне. Поскольку на центральных ярмах поток удваивается, сечение сердечника области должно сообразно увеличиваться.

Обмотка первичная разделена пополам, охватывает вторичную с обеих сторон, как показано рисунком (первичная – I, вторичная – II). У броневых трансформаторов одно неоспоримое преимущество – малые токи холостого хода. Считается, обусловлено коротким ходом напряженности поля внутри сердечника. Недостатков целых три:

Больший вес при прежнем передаточном коэффициенте, аналогичной мощности.
Обмотки сложно ремонтировать, поскольку со всех сторон окружены броней.
Условия охлаждения хуже, хотя номинально объем больше. Сердечник нагревается, работая, перемагничиванием, сравнительно малыми вихревыми токами.

Сердечники

Шихтованные сердечники набираются листами стали. Меньше толщина пластин, ниже будут потери на вихревые токи, сборка более кропотливая. Слои разделяются лаковым покрытием для взаимной изоляции. Препятствуя возникновению вихревых токов. Требования, предъявляемые к стали, достаточно типичные:

Большое значение магнитной проницаемости обеспечивает усиление в десятки тысяч раз индукции поля. Следовательно, первое необходимое условие для работы трансформатора.
Большое удельное сопротивление обеспечивается примесями кремния (по весу – до 4%). В результате потери снижаются до 50% у сильно-легированных образцов.
Малая коэрцитивная сила, обусловливающая низкие потери на перемагничивание (узкая петля гистерезиса).

Давно замечено: площадь квадрата составляет 0,88 окружности. Следовательно, наиболее благоприятной станет выбранная кривая. Нерационально усложнять процесс производства, на практике поступают по-другому: трансформаторы малой мощности снабжены квадратными стержнями, средней – крестовидной (см. рис.), большой – круглой. Цель оправдывает средства, если подстанции перестанут беречь энергию, потери станут огромными. Скромный транзисторный приемник обходится малым. Экономия – потери невелики. Прямоугольный сердечник обеспечивает наивыгоднейшие условия теплоотвода, поскольку характеризуется большим объемом.

Иногда по углам располагают вставки диэлектрика, удерживающие обмотку вдоль нужной кривой. В масляных трансформаторах сердечник иногда снабжается щелями. Предполагается, циркулируя в ходах, жидкость станет охлаждать обмотку, сталь. Каналы оборудуются вдоль пластин, поперек. Второй случай продуктивнее по простой причине. Торцы пластин не покрываются лаком, поскольку в направлении токи Фуко (вихревые) не возникают, металл быстрее отдает тепло, распространяемое вдоль пластины. Первый способ проще обеспечить с точки зрения технологического процесса производства.

Провод плохо ложится прямой гранью сердечника, выгибается кнаружи, на углах трескается лаковая изоляция. Накладывает ограничения на процесс сборки. В процессе эксплуатации неизбежны тепловые вариации геометрических размеров, со временем усугубляет названные эффекты. Следовательно, прямоугольная катушка имеет меньшую механическую прочность. Вправду сказать, круглый стержень за счет более толстой намотки увеличивает объем ярма, применяют из-за частых отказов мощных трехфазных трансформаторов иной конструкции.

Несмотря на преимущества конструкций с симметричными фазами, чаще стержни ставятся рядком по очевидным причинам: упрощается технологический процесс. Если сердечник стержневой, сборка внахлест используется только для маломощных образцов, в других случаях ярмо идет встык. У броневых наоборот – маломощные впритык, прочие — внахлест.

Обмотка

В силовых трансформаторах обмотки концентрические, располагаются одна в другой, имеют общую ось. Чередующиеся обмотки показаны на рисунке выше, для сбыта широким массам радиолюбителей не выпускаются. При расчете внимание уделяют вычислению следующих параметров:

Механическая прочность (см. выше), включая режим короткого замыкания.
Электрическая прочность жил, изоляции.
Температурные режимы работы (включая, максимальный).

Обмотка выполняется круглым, прямоугольным (иногда транспонированным) проводом. Разделение единой жилы на ряд жил выполняется, дополняя меру шихтования сердечника. Позволит уменьшить токи Фуко. При требуемом диаметре проволоки более 3,5 мм заменяют прямоугольной (ТК 16.К71 – 108 – 94). Слишком велики становятся просветы меж проводами. Круглое сечение наделено преимуществом: легче изготавливается, чаще встречается в обиходе. Прямоугольная проволока используется по большей части для намотки катушек. Следовательно, изготавливать невыгодно, процесс обходится дороже.

Прямоугольный проводник размером более 8х25 мм транспонируется. Медь под обмотку берется электротехническая, чистотой не менее 99,95%. Из-за дороговизны часто заменяется рафинированным алюминием. Металл характеризуется меньшим пределом прочности на растяжение, меньшей пластичностью, большим удельным сопротивлением. Изоляция провода изготавливается из телефонной, трансформаторной бумаги. Встречается лаковая:

ПБУ, прямоугольный медный провод с изоляцией из трансформаторной бумаги.
ПБ, медный прямоугольный провод с изоляцией из телефонной бумаги.
ПТБУ, транспонированный медный провод с бумажной изоляцией.
ПТБ, транспонированный медный провод с общей бумажной изоляцией.

Виды намотки

Винтовая обмотка идет спирально с каналами охлаждения маслом. В силовых трехфазных трансформаторах применяются для низких напряжений. Между слоями ставится прокладка.
Непрерывная обмотка получила название за способ: одним куском медного провода наматывается множество обмоток. Часто внешний виток кладут первым, после выполняется перекладка.
Переплетенная обмотка, благодаря переплетению соседних витков характеризуется большой механической прочностью.
Цилиндрическая слоевая обмотка напоминает винтовую, витки кладутся впритык без промежуточных каналов для охлаждения.
Дисковая катушечная обмотка схожа с непрерывной, отличие ограничено дополнительной изоляцией, накладываемой отдельно для каждой катушки. Отличается большой механической прочностью.

Трехфазные трансформаторы

Это система, объединяющая три источника переменного тока, ЭДС которых сдвинуты друг относительно друга на 120°.Трансформирование трехфазного тока можно осуществить тремя однофазными трансформаторами, соединенными в трансформаторную группу. Обмотки первичной и вторичной цепей соединяются одним из способов: «звезда», «треугольник», «зигзаг». Рассмотрим способ соединения «звезда». На рисунке изображена векторная диаграмма напряжений и условное обозначение схемы соединения обмоток трансформатора.

Точка на схеме трансформатора обозначает конец вектора ЭДС или начало обмотки. При соединении звездой линейные (I_л) и фазные токи (I_ф) одинаковы, потому что для тока, проходящего через фазную обмотку, нет иного пути, кроме линейного провода. Линейные напряжения (U

л) больше фазных (U_ф) в

раза.

Соединение в звезду выполняется с нулевым выводом или без него, что является достоинством схемы соединения

Соединение в «треугольник»:

При соединении треугольником U_л = U_ф, потому что каждые два линейных провода присоединены к началу и концу одной из фазных обмоток, а все фазные обмотки одинаковы. Линейные токи I_л = I_ф. Мощности при соединениях звездой и треугольником определяются выражениями:

Полная

активная

реактивная

где  — угол сдвига фаз между напряжением и током.

Соединение вторичных обмоток трансформатора в зигзаг

Соединение зигзагом применяют чтобы нагрузку вторичных обмоток распределить более равномерно между фазами первичной сети, а также для расщепления фаз при создании многопульсных выпрямителей и в других случаях. Для соединения зигзагом вторичная обмотка каждой фазы составляется из двух половин: одна половина расположена на одном стержне, другая — на другом. Конец полуобмотк, например х₁ соединен с концом y₂ и т.д. Начала полуобмоток а₂, в₂ и с₂ соединены и образуют нейтраль. К началам а₁, в

1, с₁ присоединяют линейные провода вторичной сети. При таком соединении э.д.с. обмоток, расположенных на разных стержнях, сдвинуты на угол 120⁰.

Вектор E₃ является суммой двух векторов e»₃ и e»₁ . Вектор e»1 параллелен e’₁ и противоположен по направлению. Вектор e’₃ совпадает с направлением фазы с. Угол поворота j вектора ЭДС вторичной цепи по отношению к первичной зависит от соотношения витков W₂₁/W₂₂.

Конструкция трехфазных трансформаторов

Трехфазные трансформаторы изготавливаются в виде отдельных однофазных трансформаторов, объединенных в группу при повышенной мощности (свыше 60000 кВА). Такой тип получил название — трансформатор с раздельной магнитной системой. Трансформатор, у которого обмотки расположены на трех стержнях, называется трансформатором с объединенной магнитной системой.

В трехстержневом трансформаторе вследствие магнитной несимметрии магнитопровода, намагничивающие токи отдельных фазных обмоток не равны: намагничивающие токи крайних фаз (I_ОА и I_ОС) больше тока средней фазы (I_ОВ).

Для уменьшения магнитной несимметрии трехстержневого манитопровода, т.е. уменьшения магнитного сопротивления потокам крайних фаз, сечение ярма делают больше.

Коэффициент трансформации n

Автотрансформатор – трансформатор, имеющий непосредственную связь между обмотками.

Суммарное напряжение второй обмотки складывается из 2х участков.

Такой трансформатор повышающий.

. .

праведливы уравнения равновесия ЭДС для первичной и вторичной обмоток, а также уравнения равновесия магнитодвижущей силы:

. .

1=-E1+I1R1

U2=-E2+I2R2

. . . . . .

ли

I1W1= I0W1- I2W2 или I1= I0-n21I2

Номинальная мощность трансформатора:

SH=UвнIвн=(U1+U2)I2=U1I2+U2I2

Достоинства автотрансформатора заключатся в том что чем ближе коэффициент трансформации к 1, тем меньше доля ЭМ мощности в номинальной мощности автотрансформатора и его габариты и масса по сравнению с обычным трансформатором той же мощности. Понятно, что при тех же ЭМ нагрузках потери в автотрансформаторе будут меньше чем в обычном. Меньшими будут и изменения напряжения на нагрузке при изменении через нее тока.

Недостатки: В системах электропитания аппаратуры телекоммуникаций, где для нормальной работы оборудования необходимо заземлять один из полюсов нагрузки, невозможно из-за гальванической связи между обмотками.

Выпрямительные устройства структурная схема, классификация, основные параметры. Однофазные схемы выпрямления: однополупериодная и двухполупериодная со средней точкой трансформатора. Принцип действия, кривые напряжения и тока, основные расчетные соотношения.

Выпрямительным устройством называется статический преобразователь напряжения переменного тока в постоянный. В общем случае выпрямитель, работающий на нагрузку RH , состоит из трансформатора Т, выпрямителя (вентилей) ВЗ и сглаживающего фильтра СФ. Структурная схема:

Как видно из структурной схемы любое выпрямительное устройство может быть охарактеризовано внешними электрическими параметрами.

По входу:

[В]; ; f[гЦ]

— амплитуды. (1)

мощность (2)

По выходу:

[А]

[Вт] (4)

— коэффициент пульсации (5)

В дополнение к характеристикам по входу и выходу каждое ВУ характеризуется КПД:

(6)

ВУ, построенные на неуправляемых вентилях, классифицируются по следующим признакам:

характеру нагрузки – работающие на активную, емкостную и индуктивную нагрузки;
режиму работы нагрузки – работающие на непрерывную и импульсную нагрузки;
числу фаз питающей сети – однофазные и трехфазные;
числу фаз вторичной обмотки трансформатора – однофазные и многофазные;
числу используемых полупериодов напряжения – одно- и двухпоупериодные;
по тому, сколько раз за период работает каждая фаза вторичной обмотки трансформатора, — однотактные и двухтактные.

Простейшей схемой выпрямителя является однофазная однополупериодная схема. Трансформатор

играет двойную роль: он служит для подачи на вход выпрямителя ЭДС

, соответствующей заданной величине выпрямленного напряжения

и ообеспечивает гальваническую развязку цепи нагрузки и питающей сети. Параметры, относящиеся к цепи постоянного тока, то есть к выходной цепи выпрямителя, принято обозначать с индексом

(от английского слова direct – прямой):

– сопротивление нагрузки;

– мгновенное значение выпрямленного напряжения;

– мгновенное значение выпрямленного тока.

Благодаря односторонней проводимости вентиля ток в цепи нагрузки будет протекать только в течение одной половины периода напряжения на вторичной обмотке трансформатора, что определяет и название этой схемы. Соотношения между основными параметрами найдем при следующих допущениях:

Активным и индуктивным сопротивлением обмоток трансформатора пренебрегаем;
Нагрузка имеет чисто активный характер;
Вентиль VD идеальный;
Током намагничивания трансформатора пренебрегаем;
ЭДС обмотки трансформатора синусоидальна: , где – действующее значение ЭДС; ; .

Максимальное значение обратного напряжения на вентиле

Величины средних значений выпрямленных напряжения и тока:

U0 = U2m/π , I0 = I2m/π

Действующее значение напряжения и точка вторичной обмотки соответственно

Ud = U2m/√2 = 2,22U0

I0 = 1,57 I0

Коэффициент формы кривой точка тока вторичной обмотки

Kf = I2 / I0

Действующее значение тока первичной обмотки трансформатора

I1 = 1,21I0n

Коэффициент пульсаций, равный отношению амплитуды низшей (основной) гармоники пульсаций к среднему значению выпрямленного напряжения равен:

Расчетная мощность трансформатора

ST = (S1 + S2)/2, S2 = U2I2

Двухполупериодная схема выпрямления со средней точкой

Эта схема представляет собой два однополупериодных выпрямителя, работающих на общую нагрузку и питающихся от находящихся в противофазе ЭДС (рис. 2.25, а) , и .

рис. 2.25

Для создания этих ЭДС в схеме является обязательным наличие трансформатора с двумя полуобмотками на вторичной стороне, имеющими среднюю точку.

На рис. 2.25, б, в, г, д представлены временные диаграммы для двухполупериодной схемы выпрямителя со средней точкой.

Постоянные составляющие выпрямленного напряжения и тока:

U0 = 2U2m/π, I0 = 2I2m/π

Действующее значение напряжения вторичной обмотки, и напряжения и тока первичной обмотки:

U2 = U2m/√2; U1 = U2/n = 1,11U0/n, I1 = 1,11I0n,

n = U2 / U1 — коэф. трансформации

Коэф. пульсации и частота пульсации:

Kп1 = U1m~/ U0 = 0,67 ; fп1 = 2fc

Конструкции трехфазных трансформаторов

Трансформирование трехфазной системы напряжений можно осуществить тремя однофазными трансформаторами, соединенными в трансформаторную группу. Однако относительная громоздкость, большой вес и повышенная стоимость — недостаток трансформаторной группы. Поэтому она применяется только в установках большой мощности с целью уменьшения массы и габаритов единицы оборудования, что важно при монтаже и транспортировке трансформаторов. Такой тип получил название — трансформатор с раздельной магнитной системой. Трансформатор, у которого обмотки расположены на трех стержнях, называется трансформатором с объединенной магнитной системой.

Вустановках мощностью примерно до 60 000 кВА обычно применяют трехфазные трансформаторы, у которых обмотки расположены на трех стержнях, объединенных в общий магнитопровод двумя ярмами. Но полученный таким образом магнитопровод является несимметричным: магнитное сопротивление потоку средней фазы Ф_в меньше магнитного сопротивления потокам крайних фаз Ф_А и Ф_с .

Так как к первичным обмоткам трехфазного трансформатора подводится симметричная система напряжений U_A, U_B и U_C, то в магнитопроводе трансформатора возникают магнитные потоки Ф_A, Ф_B и Ф_C, образующие также симметричную систему. Однако вследствие магнитной несимметрии магнитопровода намагничивающие токи отдельных фазных обмоток не равны: токи обмоток крайних фаз (I_ОАи I_ОС) больше тока средней фазы (I_ОВ).

Кроме того, токи I_ОАи I_ОС оказываются сдвинутыми по фазе относительно соответствующих потоков Фа и Фс на угол α. Таким образом, при симметричной системе трехфазного напряжения, подведенного к трансформатору, токи х.х. образуют несимметричную систему.

Для уменьшения магнитной несимметрии трехстержневого магнитопровода, т. е. уменьшения магнитного сопротивления потокам крайних фаз, сечение ярм делают на 10—15% больше сечения стержней, что уменьшает их магнитное сопротивление. Несимметрия токов х.х. трехстержневого трансформатора практически не отражается на работе трансформатора, так как даже при небольшой нагрузке различие в значениях токов I_ОА, I_ОВ и I_ОС становится незаметным.

Таким образом, при симметричном питающем напряжении и равномерной трехфазной нагрузке все фазы трехфазного трансформатора, выполненного на трехстержневом магнитопроводе, практически находятся в одинаковых условиях. Поэтому рассмотренные выше уравнения напряжений, МДС и токов, а также схема замещения и векторные диаграммы могут быть использованы для исследования работы каждой фазы трехфазного трансформатора.

Параллельная работа трансформаторов

Для увеличения мощности трансформаторы включают параллельно. Существуют условия параллельного включения трансформаторов:

1) Трансформаторы должны иметь одинаковые значения напряжения “холостого хода” или коэффициенты трансформации. При несоблюдении этого условия возникает уравнительный ток (I_УР), обусловленный разностью вторичных напряжений DU,

где R_вн1, R_вн2 – внутренние сопротивления трансформаторов. При этом трансформатор с более высоким вторичным напряжением “холостого хода” оказывается перегруженным.

2) Трансформаторы должны принадлежать к одной группе соединений. Если это условие не выполняется, то появляется уравнительный ток, обусловленный разностной ЭДС трансформатора:

3) Трансформаторы должны иметь одинаковые значения напряжения короткого замыкания. Трансформатор с меньшим напряжением короткого замыкания перегружается.

§ 8.7. Принцип действия и устройство трехфазного трансформатора

Трансформация напряжения в трехфазных сетях может производиться либо при помощи трех однофазных трансформаторов, соединенных между собой в трансформаторную группу (рис. 8.16), либо посредством одного трехфазного трансформатора.

Трехфазный трансформатор состоит из трехстержневого сердечника с обмотками высшего и низшего напряжений (рис. 8.17).

Трехфазные обмотки трансформаторов как первичная, так и вторичная могут быть соединены в треугольник или в звезду.

Обмотки высшего напряжения всегда выгодно соединять в звезду, так как в этом случае фазные обмотки рассчитываются на фазное напряжение, в раза меньше линейного, что облегчает изоляцию обмоток. Наоборот, обмотки низшего напряжения выгодно соединять в треугольник, так как при этом соединении фазный ток в раза меньше линейного, что при больших нагрузках весьма существенно.

В табл. 8.1 даны отношения линейных напряжений при различном соединении обмоток.

Наиболее распространенные способы соединения первичной и вторичной обмоток даны в табл. 8.2 в соответствии с ГОСТ 401-41. различные схемы соединения обмоток ВН и НН характеризуются смещением относительно друг друга векторов первичных и вторичных линейных э. д. с. У гол смещения векторов обозначается цифрами от 1 до 12, которые входят в условное обозначение группы соединений обмоток. Каждая порядковая цифра соответствует угловому смещению в 30° и при ее умножении на 30 дает угол смещения в градусах.

В основу цифровых обозначений .углов смещения положен часовой циферблат. Вектор э. д. с. обмотки низшего напряжения соответствует часовой стрелке, а вектор э. д. с. обмотки высшего напряжения — минутной. Совпадение по фазе векторов э. д. с. может быть лишь при условии, что обе обмотки трансформатора (ВН и НН) имеют одинаковые схемы соединения, например, звезда — звезда, намотаны в одну сторону и имеют одинаковое обозначение зажимов. В этом случае угол сдвига фаз между векторами э. д. с. равен нулю (а=0) и трансформатор принадлежит к группе 12 (а=30°Х12=360°). Векторы э. д. с. первичной и вторичной обмоток совпадут по направлению подобно стрелкам часов, совпадающих на цифре 12.

Если вторичную обмотку намотать в обратном направлении относительно первичной или поменять местами у одной из обмоток ее начало и конец, то между векторами э. д. с. создастся сдвиг фаз 180° (30° X 6), и трансформатор будет иметь группу соединений 6 (Y/Y — 6). У однофазного трансформатора возможны только эти две группы соединений — 12 и 6.

У трехфазных трансформаторов группа соединений определяется углом сдвига фаз между линейными значениями э. д. с. E₁и Е₂. Всего может быть получено 12 групп соединений. Так, при соединении обмоток ВН и НН по схеме Y/, одинаковом направлении их намотки и обозначении зажимов векторы линейных э. д. с. E₂ сдвинуты относительно векторов линейных э. д. с. E₁ на угол 330° (по направлению часовой стрелки) и группа соединений будет 11 (30° X 11=330°).

При встречной намотке обмоток ВН и НН или перемене местами начал и концов одной из обмоток получается группа 5(30°X5=150°).

. Основными группами соединений являются 12 для схемы соединений обмоток Y/Y и 11 для схемы соединений Y/.

Способы соединения обмоток трансформаторов зависят в основном от характера нагрузки. Так, соединение Y/Y₀-12 применяется при смешанной осветительно-силовой нагрузке. Трехфазные силовые потребители (электродвигатели, электронагревательные установки) включаются на линейное напряжение 380 (или 220) в, а осветительные потребители — на фазное напряжение 220 (или 127) в.

Когда вторичное линейное напряжение выше 400 в, применяется соединение обмоток Y/-11. Для передачи электрической энергии на дальние расстояния применяется соединение Yo/-11, что позволяет делать заземление системы на стороне высшего напряжения.

Конструкции трехфазных трансформаторов

Параллельная работа трансформаторов

12. Устройство трехфазного трансформатора.

Для преобразования тока трехфазной системы можно воспользоваться группой из трех однофазных трансформаторов, обмотки которых могут быть соединены либо звездой (рис. 7.4, а), либо треугольником (рис. 7.4, б). В этом случае каждый трансформатор работает независимо от остальных как обычный однофазный трансформатор, включенный в одну из фаз трехфазной системы.

На практике значительно чаще применяют трехфазные трансформаторы, выполненные на одном магнитопроводе (рис. 7.5). При этом три магнитных потока, возбуждаемые токами в первичных обмотках, замыкаются через два других стержня сердечника.

При изготовлении трехфазных трансформаторов на каждый стержень его сердечника навивают по две обмотки: низкого напряжения, а поверх нее —высокого напряжения. Выводы обмоток принято обозначать следующим образом: начала обмоток — заглавными буквами латинского алфавита А, В и С для обмоток высокого напряжения и строчными буквами а, b и с для обмоток низкого напряжения; концы обмоток — буквами X,YиZ для обмоток высокого напряжения и буквами х, у и z — для обмоток низкого напряжения.

Обмотки трехфазного трансформатора обычно соединяют звездой или треугольником. Наиболее простым и дешевым является первый способ.

13. Способы соединения обмоток трехфазных трансформаторов.

Обмотки трехфазного трансформатора обычно соединяют звездой или треугольником. Наиболее простым и дешевым является первый способ. В этом случае каждая обмотка и ее изоляция при заземлении нулевой точки должны быть рассчитаны только на фазное напряжение и линейный ток. Поскольку число витков обмотки трансформатора прямо пропорционально напряжению, то при соединении звездой каждая обмотка требует меньшего количества витков при большем сечении провода; при этом изоляция проводников должна быть рассчитана лишь на фазное напряжение. Такое соединение широко применяется для трансформаторов небольшой и средней мощности. Соединение звездой наиболее желательно для высокого напряжения, так как изоляция рассчитывается лишь на фазное напряжение. Соединение треугольником удобнее при больших токах и в тех случаях, когда нагрузки могут быть подключены без нулевого провода.

Применяется также комбинированное включение трехфазных трансформаторов (первичные обмотки соединены звездой, а вторичные — треугольником, или наоборот). Соединение звезда/треугольник часто используют для трансформаторов большой мощности в тех случаях, когда на стороне низкого напряжения не требуется нулевой провод.

Из соотношений в трехфазной системе следует, что при трехфазной трансформации только отношение фазных напряжений всегда приближенно равно отношению чисел витков первичной и вторичной обмоток. Отношение же линейных напряжений зависит от способа соединения обмоток трансформатора. При одинаковом способе соединения (звезда/звезда или треугольник/треугольник) отношение линейных напряжений равно фазному коэффициенту трансформации. Но при комбинированных способах соединения (звезда/треугольник или треугольник/звезда) отношение линейных напряжений меньше или больше этого коэффициента в (корень из 3) раз. Это дает возможность регулировать вторичное линейное напряжение трансформатора соответствующим изменением схемы соединения его обмоток.

Лекция 16 Трехфазные трансформаторы

План лекции

16.1. Устройство трехфазных трансформаторов.

16.2. Группы соединения обмоток.

16.3. Параллельная работа трансформаторов.

16.4. Регулирование напряжения трансформаторов.

16.1. Устройство трехфазных трансформаторов

Преобразование (трансформирование) трехфазного напряжения можно осуществить:

– тремя однофазными трансформаторами, соединенными в одну трансформаторную группу (рис. 16.1), но она имеет недостатки: большую массу, высокую стоимость, но при больших мощностях S>60000 кВА идут на использование группы, так как облегчается транспортировка по частям;

– трехфазными трансформаторами – обмотки на трех стержнях, их объединяют два ярма (рис. 16.2).

Рис. 16.1. Трехфазная трансформаторная группа

Рис. 16.2. Трехфазный трансформатор: 1 – стержень; 2 – ярмо; – средние длины участков

Магнитное сопротивление у трехфазного трансформатора:

при ,.

Такой магнитопровод является несимметричным.

При симметричной схеме трехфазного напряжения, подведенного к трансформатору, токи холостого хода образуют несимметричную систему.

Сечение ярма делают на 1015 % больше чем сечение стержня, что уменьшает его магнитное сопротивление.

Уравнения эдс и мдс, диаграммы, схемы замещения однофазных трансформаторов могут быть использованы для исследования работы каждой фазы трехфазного трансформатора.

16.2. Группы соединения обмоток

Ранее принималось, что исовпадают по фазе (в схемах замещения, на векторных диаграммах). Но это не всегда выполняется, так как на угол сдвига влияют:

– направление намотки катушек;

– маркировка выводов.

Пример.

В однофазном трансформаторе угол сдвига между первичной и вторичнойэдс может принимать всего 2 значения:= 0,= 180.

В трехфазном трансформаторе угол сдвига между эдс или напряжениями высокой и низкой сторонами может принимать значения от 0до 360через 30. Поэтому сдвиг фаз между одноименными линейными эдс принято выражать группой соединений, для чего принимается ряд чисел от 0 до 11 (рис. 16.3).

Рис. 16.3. К понятию о группах трансформаторов

Из 12 групп соединений обмоток трехфазных трансформаторов в России стандартизированы только две:

– группа 11 со сдвигом фаз 330Y/– 11,Y₀/– 11;Y₀/Z– 11;

– группа 0 со сдвигом фаз 0(360)Y/Y₀– 0.

В качестве примера определения группы соединения на рис. 16.4 приведено соединение “звезда – звезда”, а на рис. 16.5 соединение “звезда – треугольник”.

Рис. 16.4. Группа соединения обмоток – 0

Рис. 16.5. Группа соединения обмоток – 11

16.3. Параллельная работа трансформаторов

Параллельная работа трансформаторов осуществляется при включении первичных обмоток на общую первичную сеть, а вторичных – на общую вторичную сеть.

Параллельная работа трансформаторов необходима для того, чтобы при увеличении нагрузки включать добавочные трансформаторы, при снижении нагрузки – выключать, менять при ремонте и т.д.

Трансформаторы могут быть включены на параллельную работу только при соблюдении следующих условий.

1. Трансформаторы должны иметь одинаковые коэффициенты трансформации , что дает одинаковые вторичные напряжения.

Если не выполнять это условие, то даже в режиме холостого хода потечет уравнительный ток

, (16.1)

где и– внутренние сопротивления трансформаторов.

Под нагрузкой, если иравны, то трансформатор с меньшим коэффициентом трансформацииоказывается перегруженным, а другой – недогруженным.

Так как перегрузка трансформаторов недопустима, то придется снижать общую нагрузку.

Государственные стандарты допускают разницу коэффициентов трансформации, не превышающую 0,5%, т.е.

, (16.2)

где – среднее геометрическое значение коэффициента трансформации.

2. Трансформаторы должны принадлежать к одной группе соединений.

Несоблюдение этого условия ведет к тому, что вторичные эдс окажутся сдвинутыми по фазе, появится разностная эдс и также потечет уравнительный ток.

3. Трансформаторы должны иметь одинаковые напряжения короткого замыкания .

Если при выполнении прочих условий два (или более) трансформатора с разными включены на параллельную работу, то нагрузкиираспределятся между ними обратно пропорционально