Рассмотрим особенности намагничивания магнитопроводов трехфазных трансформаторов. Как было выяснено в предыдущем параграфе при синусоидальном напряжении сети магнитный поток однофазного трансформатора и ЭДС также синусоидальны, а намагничивающий ток вследствие нелинейности кривой намагничивания (насыщение магнитопровода) несинусоидален. Искажение формы кривой тока определяется наличием в ней высших гармоник. Сильнее всего сказывается влияние первой (основной) и третьей гармоник. В дальнейшем гармониками выше третьей будем пренебрегать ввиду их относительно небольших значений.
В трехфазных трансформаторах первые гармоники намагничивающего тока сдвинуты по фазе на и изменяются во времени с частотй сети Гц. Третьи гармоники намагничивающего тока сдвинуты по фазе на и изменяются во времени с тройной частотой сети Гц. Это приводит к тому, что третьи гармоники намагничивающего тока могут протекать не при всех схемах соединения обмоток трехфазного трансформатора. Следовательно, намагничивающий ток при некоторых схемах соединения обмоток будет синусоидальный, а магнитный поток и ЭДС в обмотках трансформатора будут несинусоидальные.
|
|
Намагничивающий ток третьей гармоники может протекать в каждой фазе при соединении обмоток по схемам «треугольник» и «звезда» с выведенной нейтралью. При соединении обмоток по схеме «звезда» намагничивающий ток третьей гармоники в каждой фазе трансформатора протекать не может, т.к. нет выхода токов каждой фазы из нулевой точки (нет проводящего контура).
Рассмотрим различные схемы соединения обмоток трехфазного двухобмоточного трансформатора
Соединение обмоток Д/У. Пусть на холостом ходу к трехфазной сети подключена обмотка, соединенная «треугольником» (рис.2.5, а). Т.е. первичная обмотка – обмотка ВН (соединение Д). Треугольник является проводящим замкнутым контуром для токов третьей гармоники. В намагничивающем токе каждой фазы есть третья гармоника . Токи третьей гармоники будут циркулировать внутри замкнутого треугольника. Так как каждая фаза этой обмотки подключена к синусоидальному напряжению сети, поток каждой фазы будет синусоидальным, а намагничивающий ток каждой фазы - несинусоидальным.
Пусть теперь на холостом ходу к трехфазной сети подключена обмотка, соединенная «звездой». (рис. 2.5, б). Т.е. теперь первичная обмотка − обмотка НН (соединение У). В соединении «звезда» токи третьей гармоники протекать не могут физически. Поэтому намагничивающий ток в этом случае является синусоидальным. Кривая магнитного потока , возбуждаемого синусоидальным намагничивающим током, вследствие насыщения будет несинусоидальной, уплощенной формы (рис.2.6, а). Кривая потока наряду с основной гармоникой содержит третью гармонику . Третьи гармоники потока всех трех фаз совпадают по фазе и индуктируют во вторичной обмотке, соединенной «треугольником» три равные по значению и совпадающие по фазе ЭДС (рис.2.6, б). Под действием этих ЭДС в каждой фазе замкнутого «треугольника» начинают протекать токи третьей гармоники . За счет преобладания в обмотках силовых трансформаторах индуктивного сопротивления почти чисто индуктивные. Эти токи возбуждают в магнитопроводе трансформатора магнитные потоки третьей гармоники , которые почти полностью компенсируют потоки . Поэтому результирующие потоки фаз будут практически синусоидальными.
|
|
Из изложенного следует, что в случае соединения одной из обмоток трансформатора «треугольником» магнитные потоки, ЭДС и напряжения фаз остаются синусоидальными. Это существенное преимущество трехфазных трансформаторов, у которых одна из обмоток соединена «треугольником». При соединении одной из обмоток трансформатора в треугольник искажение кривой фазных ЭДС и напряжений не зависит от типа магнитопровода.
Соединение обмоток У/У. В трансформаторах с таким соединением обмоток третьи гармоники в намагничивающих токах первичной и вторичной обмоток существовать не могут. Поэтому магнитные потоки фаз наряду с основной гармоникой содержат еще третьи гармоники потока . Из-за наличия третьей гармоники магнитного потока кривая потока становится уплощенной формы. Т.о. характерной особенностью намагничивания трехфазного трансформатора с соединением обмоток по схеме У/У является наличие третьих гармоник магнитного потока . Третьи гармоники потока в каждой фазе трансформатора наводят третьи гармоники ЭДС . Кривые фазных ЭДС и напряжений становятся несинусоидальными. Величина этих гармоник, а следовательно и синусоидальность фазного напряжения зависит от типа магнитопровода трансформатора.
В трехфазной группе однофазных трансформаторов и бронестержневом трансформаторе поток замыкается по магнитопроводу, как и поток (рис. 2.7 а, б). Так как сопротивление магнитопровода мало, то величина потока может достигать 10 – 20 % от потока , а наводимые им в обмотках амплитудные ЭДС третьей гармоники составят 30 – 60 % от ЭДС первой гармоники. Кривые ЭДС первичной и вторичной обмоток искажаются, а действующие значения фазных ЭДС вырастают на 5 – 17 %, вызывая возрастание электрического поля в изоляции (преждевременное старение изоляции). Однако линейные ЭДС и напряжения останутся синусоидальными, так как в разности ЭДС двух фаз ЭДС исчезают.
В трехстержневом трансформаторе потоки беспрепятственно замкнуться по магнитопроводу не могут, так как в каждый момент времени во всех стержнях направлены одинаково (рис. 2.7, в). Поэтому потоки вытесняются на пути магнитных потоков рассеяния и замыкаются от одного ярма к другому через трансформаторное масло, воздух, крепежные детали и стенки бака трансформатора. Магнитное сопротивление этих участков достаточно велико и потоки по сравнению с такими потоками в трансформаторах других типов значительно меньше. Соответственно в трехстержневом трансформаторе значительно меньше искажаются кривые фазных ЭДС и напряжений.
Соединение обмоток У/У0 обеспечивает протекание намагничивающих токов третьей гармоники . Поэтому потки и фазные напряжения трансформатора и будут синусоидальными.
Токи протекают по нулевому проводу (при заземленной нагрузке) и оказывают вредное влияние на металлические подземные сооружения, вызывая их усиленную коррозии, так как частота этих токов равна тройной частоте сети, т. е. 150 Гц.
|
|
Токи повышенной частоты замыкаются через емкости находящиеся между обмотками трансформатора и землей и создают помехи линиям связи (рис. 2.8). Емкости устанавливают для борьбы с перенапряжениями (создают колебательный контур) и при частоте 50 Гц данные емкости не влияют на работу трансформатора.