Трехфазные трансформаторы

Трансформирование трехфазного тока может осуществляться тремя однофазными трансформаторами. Вместо группы из трех трансформаторов может быть применен один трехфазный. Схема построения магнитопровода трехфазного трансформатора приведена на рис. 1.7

а б в

Рисунок 1.7 Схема построения трехфазного трансформатора

Три одинаковых однофазных трансформатора выполнены с размещением первичных и вторичных обмоток на одном стержне каждого магнитопровода (рис. 1.7а). Стержни трансформаторов, которые не содержат обмоток можно объединить в один (рис. 1.7б). Через объединенный стержень замыкаются магнитные потоки трех одинаковых однофазных трансформаторов. Так как сумма трех одинаковых по амплитуде и сдвинутых по фазе на треть периода магнитных потоков в любой момент времени равна нулю, то в объединенном стержне магнитный поток отсутствует, необходимость в нем отпадает и трехфазный трансформатор выполняется на трехстержневом сердечнике

(рис. 1.7в)

На каждом стержне размещаются обмотки высшего и низшего напряжения одной фазы. Стержни соединяются между собой ярмом снизу и сверху. Длина магнитных линий потока среднего стержня меньше, чем крайних стержней. Следовательно, магнитный поток среднего стержня встречает на своем пути меньшее магнитное сопротивление, чем магнитные потки крайних стержней. Поэтому в фазе, обмотка которой размещена на среднем стержне протекает намагничивающий ток несколько меньшей силы, чем в фазах, обмотки которых размещены на крайних стержнях, что вызывает некоторую несимметрию токов различных фаз. Однако эта несимметрия незначительна и не имеет практического значения.

Начала фаз обмотки высшего напряжения обозначаются буквами А, В, С (или С1, С2, С3), а концы фаз – X, Y, Z (или С4, С5, С6). Если обмотка высшего напряжения имеет выведенную нулевую точку, то ее вывод обозначают цифрой 0. Для выводов обмотки низшего напряжения применяются обозначения малыми буквами, например a, b, c, x, y, z.

Как первичные, так и вторичные обмотки трансформатора могут быть соединены звездой (символ Y или Y₀ при выведенной нулевой точке,

рис. 1.8а и 1.8б) или треугольником (символ ∆, рис. 1.8в). При соединении обмоток звездой концы (или начала) трех фаз соединяются в общей точке, образуя нейтральную или нулевую точку, а свободные выводы начал (или концов) трех фаз подключаются к трем фазам питающей сети или к потребителю энергии (нагрузке). При соединении обмоток в треугольник начало первой фазы соединяется с концом второй, начало второй фазы соединяется с концом третьей, начало третьей фазы соединяется с концом первой. Точки соединения начала одной фазы с концом другой подключаются к трем фазам питающей сети или к потребителю энергии (нагрузке).

Напряжение на обмотке трансформатора называется фазным U_Ф, а напряжение между двумя линейными проводами, соединяющими трансформатор с питающей сетью или нагрузкой, - линейным напряжением U_л. Соответственно ток в обмотке трансформатора называется фазным I_Ф, а ток в линейном проводе - линейным I_л.

а б в

Рисунок 1.8 - Схемы соединения обмоток трехфазного трансформатора

При соединении обмоток звездой I_Ф = I_л, U_л = U_Ф, а при соединении обмоток треугольником U_Ф = U_л, I_л = I_Ф,

Возможны следующие варианты соединений первичных и вторичных обмоток трансформатора: Y/Y (рис. 1.9а), Y/∆ (рис. 1.9б), ∆/∆ (рис. 1.9в), ∆/Y (рис. 1.9г).

а б в г

Рисунок 1.9 - Схемы соединения первичных и вторичных обмоток трехфазного трансформатора

Отношение фазных напряжений на первичной и вторичной обмотках определяется коэффициентом трансформации n. , где или если коэффициент магнитной связи между обмотками .

Для групп Y/Y и ∆/∆ отношение линейных напряжений на первичной и вторичной обмотках равны коэффициенту трансформации, то есть

. (1.28)

При соединении Y/∆

, (1.29)

а при соединении ∆/Y

. (1.30)

Таким образом при переключении первичных обмоток трансформатора со схемы ∆ на схему Y линейное вторичное напряжение уменьшится в раз, а при переключении вторичных обмоток со схемы ∆ на схему Y линейное вторичное напряжение увеличится в раз. При одновременном переключении первичных и вторичных обмоток со схемы ∆ на схему Y линейное вторичное напряжение трансформатора в режиме холостого хода не изменится. Однако следует учитывать, что эквивалентное сопротивление трансформатора, как активное так и индуктивное, при этом увеличится примерно в три раза. Если трансформатор выполнен с разнесенными первичными и вторичными обмотками то это приведет к значительному возрастанию крутизны наклона внешних вольт-амперных характеристик трансформатора и снижению коэффициента мощности.

Активная мощность, потребляемая трансформатором при симметричной нагрузке

, (1.31)

а полная мощность

. (1.32)