Конструкции трехфазных трансформаторов. Схема трехфазного трансформатора

Трехфазные трансформаторы

Трехфазные сети широко распространены в энергетике и используются для производства и передачи электрической энергии. Трехфазные системы были разработаны русским электриком М.О.Доливо-Добровольским (1862 – 1919 гг.) и представляют собой систему из трёх источников переменного тока, ЭДС которых сдвинуты друг относительно друга на угол 120°.

Это трёхпроводная и четырёхпроводная линии. Напряжение каждого генератора – фазное напряжение, а напряжение между фазами - линейное напряжение.

На рисунке изображены временные зависимости для фазных и линейных ЭДС трехфазной системы напряжений.

Трансформирование трехфазного тока можно осуществить тремя однофазными трансформаторами, соединенными в трансформаторную группу (так называемый групповой трансформатор) или трёхфазным трансформатором. Обмотки первичной и вторичной цепей соединяются одним из способов: ”звезда” - Y, “треугольник” - ∆ , “зигзаг” - Z.

Обмотки трехфазных трансформаторов принято соединять по следующим схемам: звезда; звезда с нулевым выводом; треугольник; зигзаг с нулевым выводом. Схемы соединения обмоток трансформатора обозначают дробью, в числителе которой указана схема соединения обмоток ВН (высшего напряжения), а в знаменателе — обмоток НН (низшего напряжения). Например, Y/Δ означает, что обмотки ВН соединены в звезду, а обмотки НН — в треугольник.

Соединение в зигзаг применяют только в трансформаторах специального назначения, например для выпрямителей. При соединении в зигзаг каждую фазу обмотки НН делят на две части, располагая их на разных стержнях. Указанные части обмоток соединяют так, чтобы конец одной части фазной обмотки был присоединен к концу другой части этой же обмотки, расположенной на другом стержне. Зигзаг называют равноплечным, если части обмоток, располагаемые на разных стержнях и соединяемые последовательно, одинаковы, и неравноплечными, если эти части неодинаковы. При соединении в зигзаг ЭДС отдельных частей обмоток геометрически вычитаются.

Выводы обмоток трансформаторов принято обозначать следующим образом: обмотки ВН — начало обмоток А, В, С, соответствующие концы X, Y, Z; обмотки НН — начала обмоток а, b, с, соответствующие концы х, у, z.

При соединении обмоток звездой линейное напряжение больше фазного в раз, а при соединении обмоток треугольником линейное напряжение равно фазному (Uл = Uф ).

Отношение линейных напряжений трехфазного трансформатора определяется следующим образом:

Схема соединения обмоток	Y/Y	Δ/Y	Δ/Δ	Y/Δ
Отношение линейных напряжений	w1/w2	w1/(w2)	w1/w2	w1/w2

Видно, что отношение линейных напряжений в трехфазном трансформаторе определяется не только отношением чисел витков фазных обмоток, но и схемой их соединения.

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 (Iл) и фазные токи (Iф) одинаковы, потому что для тока, проходящего через фазную обмотку, нет иного пути, кроме линейного провода. Линейные напряжения (Uл) больше фазных (Uф) в раза.

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

Соединение в “треугольник”:

При соединении треугольником Uл = Uф,потому что каждыедва линейных провода присоединены к началу и концу одной из фазных обмоток, а все фазные обмотки одинаковы. Линейные токи Iл = Iф.

Мощность трёхфазной системы не зависит от схемы соединения (звездой или треугольником) иопределяется выражениями:

Полная

активная [Вт]

реактивная [ВАР]

где j - угол сдвига фаз между напряжением и током.

Группы соединения обмоток трехфазного трансформатора

При определении группы соединения обмоток трансформатора пользуются циферблатом часов. Линейный вектор обмотки высшего напряжения (ВН) соответствует минутной стрелке циферблата часов и устанавливается на цифру 12, часовая стрелка соответствует линейному вектору ЭДС обмотки низкого напряжения (НН) и ее поворот по отношению к обмотке ВН определяет номер группы и угол поворота = n*300, где n – группа.

Определим группу соединения обмоток трансформатора соединения “звезда-звезда”. Для построения диаграммы условно объединяют одноименные выводы обмоток первичной (С) и вторичной (с) цепей трансформатора. Из построения видно, что номер группы соединения равен

n = 180°/30° = 6 .

Определим группу соединения обмоток трансформатора для соединения “звезда-треугольник”. Для построения диаграммы условно объединяем одноименные выводы обмоток первичной (а) и вторичной (А) цепей трансформатора. Из построения видно, что номер группы соединения равен n = j/30° =30°/30° = 1 .

Соединение вторичных обмоток трансформатора в зигзаг

Соединение зигзагом применяют для того, 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. При таком соединении э.д.с. обмоток, расположенных на разных стержнях сдвинуты на угол 1200. .

Угол поворота  вектора ЭДС вторичной цепи по отношению к первичной зависит от соотношения витков W21/W22.

Влияние схемы соединения обмоток на работу трехфазных трансформаторов в режиме холостого хода

Из уравнений токов третьей гармоники в трехфазной системе

iA3=I3maxsin3ωt

iB3=I3maxsin(3ωt-1200)

iC3=I3maxsin(3ωt+1200)

видно, что эти токи в любой момент времени совпадают по фазе, т. е. имеют одинаковое направление. Этот же вывод распространяется на все высшие гармоники тока, кратные трем, — 3, 9, 15 и т.д. Это обстоятельство оказывает существенное влияние на процессы, сопровождающие намагничивание сердечников при трансформировании трехфазного тока.

Рассмотрим особенности режима холостого хода трехфазных трансформаторов для некоторых схем соединении обмоток.

Соединение Y/Yo. Если напряжение подводится со стороны обмоток, соединенных звездой без нулевого вывода, то токи третьей гармоники (и кратные трем — 9, 15 и т. д.), совпадая по фазе во всех трех фазах, будут равны нулю. Объясняется это отсутствием нулевого провода, а следовательно, отсутствием выхода из нулевой точки. В итоге токи третьей и гармоник кратных трём будут взаимно компенсироваться и намагничивающий ток трансформатора окажется синусоидальным, но магнитный поток в магнитопроводе окажется несинусоидальным (уплощенным) с явно выраженным потоком третьей гармоники Ф3 .

Потоки третьей гармоники не могут замкнуться в трехстержневом магнитопроводе, так как они совпадают по фазе. Эти потоки замыкаются через воздух (масло) и металлические стенки бака. Большое магнитное сопротивление потоку Ф3 ослабляет его величину, поэтому наводимые потоками Ф3 в фазных обмотках ЭДС третьей гармоники невелики и обычно их амплитуда не превышает 5…7% от амплитуды основной гармоники. На практике поток Ф3 учитывают лишь с точки зрения потерь от вихревых токов, индуцируемых этим потоком в стенках бака. Например, при индукции в стержне магнитопровода порядка 1,4 Тл потери от вихревых токов в баке составляют около 10% от потерь в магнитопроводе, а при индукции 1,6 Тл эти потери возрастают до 50 …65%.

В случае трансформаторной группы, состоящей из трех однофазных трансформаторов, магнитопроводы отдельных фаз магнитно не связаны, поэтому магнитные потоки третьей гармоники всех трех фаз беспрепятственно замыкаются (поток каждой фазы замыкается в своем магнитопроводе). При этом значение потока Ф3 может достигать 15 … 20% от Ф1.

Несинусоидальный магнитный поток Ф, содержащий кроме основной гармоники Ф1 еще и третью Ф3, наводит в фазных обмотках несинусоидальную ЭДС.

Повышенная частота 3ω магнитного потока Ф3 приводит к появлению значительной ЭДС е3, резко увеличивающей амплитудное значение фазной ЭДС обмотки при том же ее действующем значении, что создает неблагоприятные условия для электрической изоляции обмоток.

Амплитуда ЭДС третьей гармоники в трансформаторной группе может достигать 45—65% от амплитуды основной гармоники. Однако следует отметить, что линейные ЭДС (напряжения) остаются синусоидальными и не содержат третьей гармоники, так как при соединении обмоток звездой фазные ЭДС e3A, e3B и е3С, совпадая по фазе, не создают линейной ЭДС. Объясняется это тем, что линейная ЭДС при соединении обмоток звездой определяется разностью фазных ЭДС. Так, для основной гармоники линейная ЭДС.

Если первичная обмотка трансформатора является обмоткой НН и ее нулевой вывод присоединен к нулевому выводу генератора, то намагничивающие токи фаз содержат третьи гармоники. Эти токи совпадают по фазе, а поэтому все они направлены либо от трансформатора к генератору, либо наоборот. В нулевом проводе будет протекать ток, равный 3i3. При этом магнитный поток трансформатора, а следовательно, и ЭДС в фазах будут синусоидальны.

Соединения, при которых обмотки какой-либо стороны трансформатора (НН или ВН) соединены в треугольник. Эти схемы соединения наиболее желательны, так как они лишены недостатков, рассмотренных ранее схем.

Допустим, что в треугольник соединены первичные обмотки трансформатора. Тогда ток третьей гармоники беспрепятственно замыкается в замкнутом контуре фазных обмоток, соединенных в треугольник. Но если намагничивающий ток содержит третью гармонику, то магнитные потоки в стержнях, а следовательно, и ЭДС в фазах практически синусоидальны.

Если же вторичные обмотки трансформатора соединены в треугольник, а первичные — в звезду, то ЭДС третьей гармоники, наведенные во вторичных обмотках, создают в замкнутом контуре треугольника ток третьей гармоники. Этот ток создает в магнитопроводе магнитные потоки третьей гармоники Ф23, направленные встречно потокам третьей гармоники от намагничивающего тока Ф13 (по правилу Ленца). В итоге результирующий поток третьей гармоники Фрез3=Ф13+Ф23 значительно ослабляется и практически не влияет на свойства трансформаторов.

studfiles.net

Всё про трехфазный трансформатор

Трёхфазный трансформатор используется для преобразования напряжения. Применяется устройство в сфере электрификации промышленного хозяйства и бытовых нужд. Кроме того, такие устройства незаменимы на судах, так как с их помощью осуществляется питание приборов различного номинала.

Расчёт трёхфазного трансформатора производится в соответствии со специальной документацией. На основе полученных данных выбирается нужная комплектация. Используется устройство не только для промышленных нужд, но и в бытовых приборах при производстве электронных схем управления.

Трёхфазный трансформатор может быть понижающим или повышающим, коэффициент преобразуемых величин зависит от числа витков обеих обмоток. Устройство может быть собрано из трёх однофазных аналогов или выполняется на общем сердечнике, сумма магнитных потоков каждой фазы в таком приборе будет равна нулю.

трёхфазный трансформатор Для промышленных трансформаторов проводится ряд испытаний на соответствие заданным параметрам. Комплекс мероприятий по проверке характеристик устройства включает замеры сопротивления каждой обмотки, проверку изоляции относительно земли и между фазами. Специальным прибором подаётся напряжение на обмотки и проверяется пробивная способность изоляции. Далее на первичную обмотку подаётся напряжение и замеряется величина на выходе. С помощью этого опыта высчитывается коэффициент трансформации.

Результаты замеров должны соответствовать величинам, отражённым в сопутствующей документации, в противном случае трёхфазный трансформатор бракуется. Очень важно понимать, что обвязка и монтаж оборудования для распределительных устройств 110 кВ и выше не допускаются без надзора специалиста с завода, где производилось изготовление. При этом испытания должны проводиться согласно принятым правилам в присутствии компетентного лица.

расчёт трехфазного трансформатора Трансформатор трёхфазный соединяется по схеме «Звезда» или по схеме «Треугольник». Соединение звездой реализуется общим узлом начал всех фаз. Схема в виде треугольника осуществляется последовательным соединением фаз в кольцо: конец первой фазы соединяется с началом второй, конец второй с началом третьей и конец третьей с началом первой.

Если трехфазный трансформатор соединён по схеме «Звезда», то элементы могут выполняться с глухозаземлённой или изолированной нейтралью (так называется узел, соединяющий концы фаз). Для высоковольтных РУ используется специальный зонт, который позволяет заземлять и разземлять нейтраль. Однако в распределительных устройствах для безопасности по 0,4 кВ используется заземлённый ноль.

Для защиты линий электропередач используются трансформаторы напряжения, с помощью которых контролируется питание. Они помогают сориентировать защиту по углам и величинам при наладке дифференциала срабатывания устройств. Чаще всего используются три трансформатора на каждую фазу.

трансформатор трёхфазный У каждого из них есть не менее двух кернов: один соединяется в разомкнутый треугольник, другой - в звезду. Звезда служит для замера напряжения на линиях, а разомкнутый треугольник необходим как защита от замыкания.

Сегодня выпускаются трансформаторы напряжения с третьим керном под учёт. С его помощью осуществляется подключение счётчиков. Как правило, третий керн тоже соединяется по схеме звезды. Такое отделение цепей контроля от цепей учёта помогает получить более точные показания, так как класс точности керна для счётчика выше.

fb.ru

Московский государственный технический университет

ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ

ИРКУТСКИЙ ФИЛИАЛ

КАФЕДРА АВИАЦИОННЫХ ЭЛЕКТРОСИСТЕМ

И ПИЛОТАЖНО-НАВИГАЦИОННЫХ КОМПЛЕКСОВ

ЛЕКЦИЯ №2

по дисциплине

Электрические машины

для студентов специальности 160903

ТЕМА №2

Трехфазный трансформатор

Иркутск, 2011 г.

Иркутский филиал МГТУ ГА

Кафедра Авиационных электросистем и пилотажно-

навигационных комплексов

Лекция №2

по дисциплине: Электрические машины

Тема лекции: Трехфазный трансформатор

СОДЕРЖАНИЕ

Устройство трехфазных трансформаторов.
МДС, группы соединений трехфазных трансформаторов.

ЛИТЕРАТУРА

Копылов Б.В. Электрические машины. М., 1988 г.

НАГЛЯДНЫЕ ПОСОБИЯ, ПРИЛОЖЕНИЯ, ТСО

Мультимедийная установка

Тема 2. Трехфазные трансформаторы

2.1 Устройство трехфазных трансформаторов

Энергию трехфазного переменного тока можно преобразовать тремя однофазными трансформаторами, соединенными в трансформаторную группу (групповой трехфазный трансформатор), или одним трехфазным трансформатором.

Групповой трехфазный трансформатор представляет собой три однофазных трансформатора (рис. 1.11). Однако относительная громоздкость, большой вес и повышенная стоимость – существенные недостатки группового трехфазного трансформатора, поэтому в авиационном оборудовании применяются только трехфазные трансформаторы.

Трехфазный трехстержневой трансформатор (рис. 1.12) имеет три стержня, на которых расположены три первичные и три вторичные обмотки. У трехстержневого трансформатора меньше размеры и масса по сравнению с групповым. Недостатком трехстержневого трансформатора является то, что магнитное сопротивление для мдс крайних фаз больше, чем для средней фазы, поэтому намагничивающие токи образуют несимметричную систему.

При холостом ходе, несмотря на симметричное питающее напряжение, токи в фазах не будут одинаковыми: в крайних фазах они будут больше, чем в средней фазе. За ток холостого хода в трехфазном трансформаторе следует принимать среднее арифметическое значение токов трех фаз. Однако несимметрия токов холостого хода не имеет большого значения, так как даже при незначительной нагрузке она сглаживается.

а b c

Рис. 1.11. Схема группового трехфазного трансформатора

Выводы обмоток трансформатора принято обозначать буквами:

• первичной обмотки: начала – А, В, С; концы – X,Y,Z;

• вторичной обмотки: начала – а, b, с; концы – x, y, z.

Рис. 1.12. Схема трехстержневого трехфазного трансформатора

2.2 Мдс и группы соединений трехфазных трансформаторов

Первичную и вторичную обмотки трехфазного трансформатора соединяют в звезду, треугольник или зигзаг (рис. 1.13).

а)

б)

в)

Рис. 1.13. Соединения обмоток трехфазного трансформатора в звезду (а), в треугольник (б) и зигзаг (в)

Примечание. Соединение в зигзаг применяют только в трансформаторах специального назначения, например, в трансформаторах для выпрямительных устройств.

Соединение обмотки в звезду обозначается значком Υ. Соединение в треугольник обозначается соответственно значком Δ. Соединение в зигзаг – значком Z. При соединении в зигзаг обмотка, как правило, делится на две одинаковые части, расположенные на соседних стержнях. Это способствует уменьшению асимметрии напряжений при несимметричной нагрузке фаз.

При соединении звездой линейное напряжение больше фазного: , а при соединении обмоток треугольником линейное напряжение равно фазному:UЛ=UФ. Следовательно, отношение линейных напряжений в трехфазном трансформаторе зависит не только от соотношения чисел витков фазных обмоток, но и от схемы соединения обмоток. Так, например, при соединении обмоток Υ/Υ или Δ/Δ отношение линейных напряжений обмоток равно , при соединении, а при соединении обмоток.

Первичную и вторичную обмотки трехфазного трансформатора можно соединять в различные схемы: Y/Y; Y/Δ; Δ/Y и Δ/Δ. В числителе указывается схема соединения первичной обмотки, а в знаменателе – вторичной. Если при соединении звездой выводится нулевая точка, то применяется знак Yо.

Примечание. В авиационных трансформаторах, как правило, первичная обмотка является обмоткой высшего напряжения (ВН), а вторичная – обмоткой низшего напряжения (НН).

Способы соединения первичной и вторичной обмоток, порядок соединения обмоток при образовании звезды и треугольника, соответствующая маркировка начала и концов фаз приводят к различной разности фаз соответствующих линейных напряжений первичной и вторичной обмоток. Эта разность фаз имеет большое практическое значение, особенно при параллельной работе. Так как возможный угол разности фаз всегда кратен 30о, то принято различать 12 групп соединений (в пределах 360о). Для определения номера группы используют циферблат часов. Вектор первичной линейной эдс направляют на цифру 12 циферблата, а номер группы определяется часом, на который попадает при этом вектор соответствующей вторичной линейной эдс.

Рис. 1.14. Схема включения обмоток и их соединение:

а) для группы Υ/Υ – 0; б) для группы Υ/Υ – 6

Примечание. Совпадение по фазе векторов первичной и вторичной ЭДС, эквивалентное совпадению стрелок часов на циферблате, обозначается группой 0, а не 12.

На рис. 1.14 показано, что при соединении первичной и вторичной обмоток по схеме Y/Y можно получить группы 6 и 0. Приведенное на рис. 1.15. соединение по схеме Υ/Δ дает группы 11 и 5.

Стандартизированы две группы соединения обмоток трехфазных трансформаторов – 0 и 11:

а) «звезда – звезда» с выведенной нулевой точкой ;

б) «звезда – треугольник» ;

в) «звезда» с выведенной нулевой точкой – «треугольник» ;

г) «звезда – зигзаг» с выведенной нулевой точкой;

д) «треугольник – звезда» с выведенной нулевой точкой (Δ/ΥО – 11).

На самолетах при выполнении трехпроводной сети обычно применяются трехфазные трансформаторы группы .

150

studfiles.net

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.

vashtehnik.ru

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 Фв меньше магнитного сопротивления потокам крайних фаз ФА и Фс .

Так как к первичным обмоткам трехфазного трансформатора подводится симметричная система напряжений UA, UB и UC, то в магнитопроводе трансформатора возникают магнитные потоки ФA, ФB и ФC, образующие также симметричную систему. Однако вследствие магнитной несимметрии магнитопровода намагничивающие токи отдельных фазных обмоток не равны: токи обмоток крайних фаз (IОА и IОС) больше тока средней фазы (IОВ).

Кроме того, токи IОА и IОС 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 IОА , IОВ и IОС 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 (IУР), обусловленный разностью вторичных напряжений DU,

где Rвн1, Rвн2 – 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.

studfiles.net

Трехфазные трансформаторы

На рисунке изображены временные зависимости для фазных и линейных ЭДС трехфазной системы напряжений.

Отношение линейных напряжений трехфазного трансформатора определяется следующим образом:

Схема соединения обмоток	Y/Y	Δ/Y	Δ/Δ	Y/Δ
Отношение линейных напряжений	w1/w2	w1/(w2)	w1/w2	w1/w2

Рассмотрим способ соединения “звезда”.

Точка на схеме трансформатора обозначает конец вектора ЭДС или начало обмотки.

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

Соединение в “треугольник”:

Полная

активная [Вт]

реактивная [ВАР]

где j - угол сдвига фаз между напряжением и током.

Группы соединения обмоток трехфазного трансформатора

n = 180°/30° = 6 .

Соединение вторичных обмоток трансформатора в зигзаг

Угол поворота  вектора ЭДС вторичной цепи по отношению к первичной зависит от соотношения витков W21/W22.

Влияние схемы соединения обмоток на работу трехфазных трансформаторов в режиме холостого хода

Из уравнений токов третьей гармоники в трехфазной системе

iA3=I3maxsin3ωt

iB3=I3maxsin(3ωt-1200)

iC3=I3maxsin(3ωt+1200)

studfiles.net

Принцип действия и устройство трехфазных трансформаторов

Принцип действия и устройство трехфазных трансформаторов Трехфазный ток можно трансформировать 3-мя совсем отдельными однофазными трансформаторами. В данном случае обмотки всех 3-х фаз магнитно не связаны вместе: любая фаза имеет свою магнитную цепь. Но тот же трехфазный ток можно трансформировать и одним трехфазным трансформатором, у которого обмотки всех 3-х фаз магнитно связаны меж собою, потому что имеют общую магнитную цепь.

Чтоб уяснить для себя принцип действия и устройства трехфазного трансформатора, представим для себя три однофазных трансформатора, приставленных один к другому так, что три стержня их образуют один общий центральный стержень (рис. 1). На каждом из других 3-х стержней наложены первичные и вторичные обмотки (на рис. 1 вторичные обмотки не изображены).

Представим, что первичные катушки всех стержней трансформатора совсем схожи и намотаны в одном направлении (на рис. 1 первичные катушки намотаны по часовой стрелке, если смотреть на их сверху). Соединим все верхние концы катушек в нейтраль О, а нижние концы катушек подведем к трем зажимам трехфазной сети.

Принцип действия и устройство трехфазных трансформаторов

Рисунок 1.

Токи в катушках трансформатора создадут переменные во времени магнитные потоки, которые будут замыкаться каждый в собственной магнитной цепи. В центральном составном стержне магнитные потоки сложатся и в сумме дадут ноль, ибо эти потоки создаются симметричными трехфазными токами, относительно которых мы знаем, что сумма моментальных значений их равна нулю в хоть какой момент времени.

К примеру, если б в катушке АХ ток I, был больший и проходил в обозначенном на рис. 1 направлении, то магнитный поток был бы равен большему собственному значению Ф и был ориентирован в центральном составном стержне сверху вниз. В 2-ух других катушках BY и CZ токи I2 и I3 в тот же момент времени равны половине большего тока и имеют оборотное направление по отношению к току в катушке АХ (таково свойство трехфазных токов). По этой причине в стержнях катушек BY и CZ магнитные потоки будут равны половине большего потока и в центральном составном стержне будут иметь оборотное направление по отношению к сгустку катушки АХ. Сумма потоков в рассматриваемый момент равна нулю. То же самое имеет место и для любого другого момента.

Отсутствие потока в центральном стержне не значит отсутствия потоков в других стержнях. Если б мы убрали центральный стержень, а верхние и нижние ярма соединили в общие ярма (см. рис. 2), то поток катушки АХ отыскал бы для себя путь через сердечники катушек BY и CZ, при этом магнитодвижущие силы этих катушек сложились бы с магнитодвижущей силой катушки АХ. В таком случае мы получили бы трехфазный трансформатор с общей магнитною цепью всех 3-х фаз.

Принцип деяния и устройство трехфазных трансформаторов

Рисунок 2.

Потому что токи в катушках сдвинуты по фазе на 1/3 периода, то и создаваемые ими магнитные потоки также сдвинуты во времени на 1/3 периода, т. е. самые большие значения магнитных потоков в стержнях катушек следуют последовательно через 1/3 периода.

Следствием сдвига по фазе магнитных потоков в сердечниках на 1/3 периода является таковой же сдвиг по фазе и электродвижущих сил, индуктируемых как в первичных, так и во вторичных катушках, наложенных на стержнях. Электродвижущие силы первичных катушек практически уравновешивают приложенное трехфазное напряжение. Электродвижущие силы вторичных катушек при правильном соединении концов катушек дают трехфазное вторичное напряжение, которое подается во вторичную цепь.

В отношении конструкции магнитной цепи трехфазные трансформаторы, как и однофазные, делятся на стержневые рис. 2. и броневые.

Стержневые трехфазные трансформаторы разделяются на:

а) трансформаторы с симметричной магнитной цепью

б) трансформаторы с несимметричной магнитной цепью.

На рис. 3 схематически изображен стержневой трансформатор с симметричной магнитной цепью, а на рис. 4 изображен стержневой трансформатор с несимметричной магнитной цепью. Как видно из из 3-х стальных стержней 1, 2 и 3, схваченных сверху и снизу стальными накладками-ярмами. На каждом стержне находятся первичная I и вторичная II катушки одной фазы трансформатора.

Рисунок 3.

У первого трансформатора стержни размещены по верхушкам углов равностороннего треугольника; у второго трансформатора стержни размещены в одной плоскости.

Размещение стержней по верхушкам углов равностороннего треугольника дает равные магнитные сопротивления для магнитных потоков всех 3-х фаз, потому что пути прохождения этих потоков схожи. По правде, магнитные потоки 3-х фаз проходят каждый в отдельности через один вертикальный стержень стопроцентно и через два других стержня но половине.

На рис. 3 пунктиром изображены пути замыкания магнитного потока фазы стержня 2. Просто созидать, что для потоков фаз стержней 1 и 3 пути замыкания их магнитных потоков совсем схожи. Это означает, что у рассматриваемого трансформатора магнитные сопротивления для потоков равны меж собою.

Размещение стержней в одной плоскости приводит к тому, что магнитное сопротивление для потока средней фазы (на рис. 4 для фазы стержня 2) меньше, ежели для потоков последних фаз (на рис. 4 — для фаз стержней 1 и 3).

Рисунок 4.

Магнитные потоки последних фаз проходят по немного более длинным путям, чем поток средней фазы. Не считая того, поток последних фаз, выйдя из собственных стержней, проходит в одной половине ярма стопроцентно, и исключительно в другой половине (после ответвления в средний стержень) проходит его половина. Поток же средней фазы по выходе из вертикального стержня тотчас же разветвляется на две половины, и поэтому в обеих частях ярма проходит только половина потока средней фазы.

трехфазный трансформатор Таким образом потоки последних фаз насыщают ярмо в основном, чем поток средней фазы, а поэтому магнитное сопротивление для потоков последних фаз больше, чем для потока средней фазы.

Следствием неравенства магнитных сопротивлений для потоков различных фаз трехфазного трансформатора является неравенство токов холостой работы в отдельных фазах при одном и том же фазном напряжении.

Но при маленький насыщенности железа ярма и неплохой сборке железа стержней это неравенство токов непринципиально. Потому что конструкция трансформаторов с несимметричной магнитной цепью существенно проще, чем трансформатора с симметричной магнитной цепью, то 1-ые трансформаторы и отыскали для себя преимущественное применение. Трансформаторы с симметричною магнитною цепью встречаются редко.

Рассматривая рис. 3 и 4 и предполагая, что во всех 3-х фазах проходят токи, просто наблюдать, что все фазы магнитно связаны вместе. Это означает, что магнитодвижущие силы отдельных фаз оказывают влияние друг на друга, чего мы не имеем, когда трехфазный ток трансформируется 3-мя однофазными трансформаторами.

Вторую группу трехфазных трансформаторов составляют броневые трансформаторы. Броневой трансформатор можно рассматривать вроде бы состоящим из 3-х однофазных броневых трансформаторов, приставленных один к другому своими ярмами.

На рис. 5 схематически изображен броневой трехфазный трансформатор с вертикально размещенным внутренним стержнем. Просто созидать из рисунка, что плоскостями АВ и CD он может быть разбит на три однофазных броневых трансформатора, магнитные потоки которых могут замыкаться каждый по собственной магнитной цепи. Пути прохождения магнитных потоков на рис. 5 указаны пунктирными линиями.

Рисунок 5.

Как видно из рисунка, в средних вертикальных стержнях а, на которых наложены первичная I и вторичная II обмотки одной фазы, проходит полный поток, тогда как в ярмах b-b и боковых стенах проходит по половине потока. При одной и той же индукции сечения ярма и боковых стен должны быть в два раза меньше сечения среднего стержня а.

Что касается магнитного потока в промежуточных частях с-с, то его величина, как мы увидим дальше, находится в зависимости от метода включения средней фазы.

Основным преимуществом броневых трансформаторов перед стержневыми трансформаторами являются короткие пути замыкания магнитных потоков, а как следует, маленькие токи холостой работы.

К недостаткам броневых трансформаторов можно отнести, во-1-х, малую доступность обмоток для ремонта, в виду того, что они окружены железом, и, во-2-х, худшие условия остывания обмотки — по той же причине.

У стержневых трансформаторов обмотки практически полностью открыты и поэтому более доступны для осмотра и ремонта, также и для охлаждающей среды.

elektrica.info

Каталог товаров