Трехфазный трансформатор схема: схемы и применение, что это такое простыми словами

Схемы соединений обмоток трехфазных трансформаторов

Подробности

Категория: Практика

• трансформатор
• схемы
• обмотки

При соединении обмоток трехфазных трансформаторов как двухобмоточных, так и трехобмоточных применяют различные схемы соединения. Однако в силовых трансформаторах как повышающих, так и понижающих, главных образом применяются схемы соединения в звезду, треугольник и зигзаг—звезду. Для практических целей в энергосистемах не требуется большого количества схем соединений обмоток. Так, для мощных трансформаторов применяется одно соединение обмоток ВН и СН— в звезду с выведенной нейтралью (Y0), а для обмоток НН — в треугольник (А).

ГОСТ 12022-66 предусматривает для трансформаторов мощностью 25, 40, 63 и 100 кВА с ПБВ (с переключением ответвлений обмотки трансформатора без возбуждения — т. е. после отключения всех обмоток трансформатора от сети) и для трансформаторов мощностью 63, 100, 160 и 250 кВА с ПБВ и РПН (с регулированием напряжения путем переключения ответвлений обмотки трансформатора под нагрузкой при следующем сочетании напряжений па стороне ВН и НН (кВ)  на стороне обмотки низшего напряжения соединение в зигзаг—звезду.
Соединение в зигзаг — звезду дает возможность при несимметрии нагрузки на стороне НН сглаживать на стороне ВН эту неравномерность. Кроме того, схема зигзага допускает иметь три напряжения, например 127, 220 и 380 е.

Другие схемы соединений обмоток для силовых трансформаторов применяются крайне редко. Область применения таких схем ограничивается трансформаторами специального назначения (электропечными, для питания ртутных выпрямительных установок, для преобразования частоты, числа фаз переменного тока, электросварочными и др.).
а) Соединение обмоток в звезду
Если соединить концы или начала обмоток трех фаз вместе, то получится соединение в звезду. На рис. 3,а показаны обмотки НН, соединенные в звезду. В нулевой точке соединены все концы обмоток у, z, а к началам а, Ьу с— подводится напряжение от трехфазной сети или генератора. На рис. 3,6 показано то же соединение обмоток НН в звезду, но только в нулевую точку соединены другие концы обмоток, которые прежде присоединялись к сети. При независимой друг от друга работе трансформаторов подобное «переворачивание» одной из обмоток, соединенной в звезду, не имеет значения, по параллельная работа таких трансформаторов, как это будет доказано далее, невозможна. В звезду могут быть соединены различные обмотки трансформатора как ВН и СН, так и НН. Нулевая точка звезды может быть выведена на крышку трансформатора (рис. 3,б).

По схеме звезда или звезда с выведенной нулевой точкой соединяются обычно обмотки ВН как повышающих, так и понижающих трансформаторов различной мощности.

Рис. 3. Соединение обмотки НН в звезду.

а — одна схема соединения; б — другая схема соединения; в — соединение в звезду с выведенной нулевой точкой; г — векторная диаграмма линейных э. д с.
Обмотки ВН при напряжениях 110 кВ и выше предпочтительно соединять в звезду с выведенной нулевой точкой, что дает возможность заземления нейтрали. При этом можно выполнить один конец каждой из фаз, прилегающий к нейтрали, с пониженной изоляцией.

Обмотки СН соединяются большей частью по схеме Y0.
Обмотки НН соединяются в звезду с выведенной нулевой точкой у понижающих трансформаторов тогда, когда напряжение этой обмотки 230 или 400 в при мощностях до 560 кВА. В звезду без выведения нулевой точки обмотки НН соединяются крайне редко, например, у понижающих трансформаторов мощностью 1 000—5 600 кВА при сочетании напряжений обмоток ВН и НН 10 000/6 300 е.

Обычно обмотки НН повышающих трансформаторов, а также большей части понижающих мощных соединяются в треугольник.
Векторная диаграмма линейных э. д. с. для соединения обмоток в звезду строится следующим образом. Откладываем в масштабе вектор ах (рис. 3,г). Так как мы знаем, что концы обмоток л*, //, г электрически соединены, то из точки х под углом 120° к ах откладываем в том же масштабе вектор by. Далее из точки у под углом 120° к вектору by откладываем вектор сг.

При соединении обмотки в звезду с выведенной пулевой точкой можно получить два напряжения (фазное и лилейное). Если измерять напряжение между нулем и какой-либо фазой, то получим напряжения, называемые фазными ((Уф). На рис. 3,г они изображены векторами ха, yb и гс.
Напряжения, измеренные между фазами а и ft, b и с, с и а, называются линейными (междуфазными) напряжениями (U). Эти напряжения па рис. 5-3,г изображены в масштабе ab, be и са. Так как в треугольнике abx угол между векторами ха и yb равен 120°, то зависимость между линейным и фазным напряжениям  будет U = = Uфv3 , т. е. линейное напряжение в v3 раз больше фазного. Если трансформатор, обмотки НН которого включены в звезду, имеет линейное напряжение 220 в, то фазное напряжение будет:

б) Соединение обмоток в треугольник

Если соединить конец фазы а (точку х) с началом фазы с, конец фазы с (точка z) с началом фазы b и конец фазы b (точка у) с началом фазы а, то получится соединение в треугольник (рис. 4,а). Соединение в треугольник можно осуществить (рис. 4,6) иначе, соединяя конец фазы а с началом фазы b, конец фазы b с началом фазы с и конец фазы с с началом фазы а.
Векторная диаграмма линейных э. д. с. при соединении обмоток в треугольник по схеме рис. 4,а будет равносторонним треугольником рис. 4,в и г. При соединении в треугольник фазные напряжения будут равны линейным.

В мощных трансформаторах принято одну из обмоток всегда соединять в треугольник. Делается это по следующим соображениям:
Как известно, намагничивающий ток трансформатора имеет несинусоидальную форму, т. е. содержит высшие гармонические. Наибольший удельный вес имеет третья гармоническая. Если все обмотки трансформатора соединить в звезду, то третья гармоническая в намагничивающем токе образоваться не может, так как она будет направлена во всех фазах одинаково: (3 • 120° = 360° = = 0°) и поэтому форма кривой фазного напряжения исказится, что может привести к нежелательным явлениям в эксплуатации. По этим соображениям принято одну из обмоток обязательно соединять в треугольник. Если же почему-либо требуется построить мощный двухобмоточный трансформатор или автотрансформатор с соединением обмоток звезда — звезда (например, трехфазный автотрансформатор), то он снабжается дополнительной третьей обмоткой, соединенной в треугольник, которая в некоторых случаях может даже не иметь внешних выводов.

Рис. 4. Соединение обмоток НН в треугольник.

а — первая схема соединения обмоток в треугольник, б — вторая схема соединения обмоток в треугольник; в — вектора линейных э. д. с фаз a, b и с; г —векторная диаграмма линейных э д с

Обычно в треугольник соединяется обмотка низшего напряжения.

В мощных трансформаторах номинальный ток обмотки НН часто составляет несколько тысяч ампер и конструктивно бывает легче выполнить соединение обмотки в треугольник, так как фазный ток при той же мощности получается в v 3 раз меньшим, чем при соединении в звезду.
В треугольник соединяются обмотки НН всех повышающих и понижающих двухобмоточных и трехобмоточных трехфазных трансформаторов мощностью 5 600 кВА и больше, понижающих трансформаторов мощностью до 5 600 кВА, имеющих на стороне НН напряжения 38,5; 11; 10,5; 6,6; 6,3; 3,3; 3,15 и 0,525 кВ, а также обмотки НН всех мощных однофазных двухобмоточных и трехобмоточных трансформаторов, предназначающихся для соединения в трехфазные группы. Обмотки ВН и СН силовых повышающих и понижающих трансформаторов обычно в треугольник не соединяются.

в) Соединение обмоток в зигзаг — звезду (равноплечий и неравноплечий зигзаг)
Равноплечий зигзаг может быть получен, если соединить по одной из трех схем рис. 5,а, бив концы и начала шести полуобмоток с одинаковыми числами витков (а следовательно, и э. д. е.), расположенных по две полуобмотки на каждой фазе трансформатора.

Рис. 5. Соединение обмотки НН в равноплечий зигзаг.

а —первая схема соединения; б — вторая схема соединения; в — третья схема соединения; г — векторная диаграмма э. д. с. звезды нижних полукатушек; д — векторная диаграмма линейных э. д. с.
Построим векторную диаграмму соединений обмоток в зигзаг согласно схеме рис. 5,а. Начнем построение с нижних полуобмоток, соединенных в звезду. Векторная диаграмма для этих полуобмоток представлена на рис. 5,г. Согласно схеме рис. 5,а начало а’ нижней полуобмотки электрически соединено с концом zr верхней.

Вектор г’с должен пойти в направлении, противоположном вектору zc’, а потому из точки а’г’ (рис. 5,д) откладываем вектор zrc в направлении, противоположном вектору zc’.

Аналогичным образом строим векторы остальных частей обмоток. Обмотка при соединении в зигзаг обычно выполняется двухслойной, причем каждый слой имеет свободные начала и концы.

Один из слоев обмотки наматывают правой намоткой, другой — левой. Делается это для удобства выполнения соединений в зигзаг. При соединении обмотки в зигзаг мы можем получить три различных напряжения.

Схема равноплечего зигзага применяется для нормальных силовых понижающих трансформаторов, для мощностей 25, 40, 63, 100, 160 и 250 кВА в случае, когда при большой несимметрии нагрузок фаз необходимо на стороне питания иметь схему звезды.

Неравноплечий зигзаг получается, если по схемам а, б и в (рпс. 5-5) соединить концы и начала полуобмоток с неодинаковым числом витков. На рис. 6,а и б даны две схемы соединения в неравноплечий зигзаг при отношении числа витков в полуобмотках 1 : 2.
Схема неравноплечего зигзага применяется иногда иностранными фирмами для трансформаторов специального назначения. В нормальных силовых трансформаторах наши заводы эту схему не применяют.
г) Соединение обмоток по схеме А
Если соединить обмотки трансформатора, как показано на рис. 7,а, то получится соединение по схеме А. Схему, как это видно из векторной диаграммы

Рис. 7. Соединение обмотки по схеме А.

а — схема соединений обмоток; б — векторная диаграмма.
(рис. 7,6), можно представить как треугольник а’Ьс’, у которого две стороны а’b и cfb имеют дополнительные витки (а’а и с’с).

Для того чтобы получить соединения обмоток, отвечающих векторной диаграмме рис. 7,6, принимают соотношения числа витков на фазах трансформатора, которые должны удовлетворять следующим трем условиям:

т. е. обмотка фазы с должна иметь 2/3 числа витков обмоток фаз а и b.

Нулевой вывод берется от середины обмотки фазы с, и, кроме того, число витков дополнительных участков фаз а и b должно быть одинаково и составлять Уз общего числа витков этих фаз.

Рис. 8. Соединение обмоток в скользящий треугольник.

а — схема соединений обмоток; б—векторная диаграмма.
Эта схема не имеет применения в нормальных силовых трансформаторах и применяется только там, где необходимо иметь соединение обмоток в треугольник и в то же время требуется иметь нулевую точку.

д) Соединение обмоток в скользящий треугольник
На рис. 8 даны схема соединения обмотки и векторная диаграмма скользящего треугольника. Из рассмотрения схемы видно, что изменяя положение концов

а’b’с’ (рис. 8,а) и «скользя» ими по обмотке из крайнего верхнего положения к нижнему, можно перейти от треугольника к звезде. При этом могут быть получены все промежуточные положения. Это дает возможность, так же как в схеме неравноплечего зигзага, иметь различные углы сдвига фаз (ф).
Схема скользящего треугольника применяется иногда для трансформаторов, питающих электрические печи. В силовых трансформаторах эта схема не применяется.

• Назад
• Вперёд

org/BreadcrumbList»>
• Вы здесь:  
• Главная
• Оборудование
• Трансформаторы
• Практика
• Переключающие устройства трансформаторов для регулирования напряжения без возбуждения

Еще по теме:

• Схемы и группы соединения трансформаторов
• Группы соединений обмоток трансформатора
• Схемы соединений обмоток трехфазных трансформаторов
• Схемы обмоток трансформаторов для ПБВ и РПН
• Схемы соединения обмоток автотрансформаторов

Трансформаторы

Трехфазный трансформатор | устройство схема, принцип работы

Содержание:

Устройство 3 фазного трансформатора

Устроен трехфазный трансформатор преимущественно с  стержневыми сердечниками. Если использовать три однофазных трансформатора, где каждый трансформатор  имеет свою обмотку, а затем их объединить, как показано на рисунке где у них есть общий стержень, не имеющий обмоток то получится устройство трехфазного трансформатора. Принцип действия в том, что три стержня здесь объединены в общий «нуль». Через этот общий «0» будут проходить общие магнитные потоки, которые равные по величине, но по фазе сдвинутые на 1/3 периода, то сумма потоков будет равна «нулю» в произвольный момент времени. Если магнитный поток (Фа + Фb + Фс= 0), то общий стержень становиться ненужным.

Конструкция трехфазного трансформатора имеет всего три стержня расположенных в одной плоскости.

Принцип работы трёхфазного трансформатора, как и однофазного, базируется на законе электромагнитной индукции. При подключении к сети первичной обмотки, в ней начинает протекать переменный ток. Из-за него в сердечнике магнитопровода из стали появляется основной магнитный поток, который охватывает обмотки в каждой фазе.  … Ф — максимальное значение основного магнитного потока, Вб; W 1, W 2 — количество витков в первичной и вторичной обмотках соответственно.

Обмотки трехфазного трансформатора располагаются на каждом из стержней и включают для каждой фазы свои обмотки высшего и низшего напряжения. Ярмо сверху и снизу объединяет стержни трансформаторов.

Обмотки однофазных трансформаторов не чем не отличаются конструктивно  от трех фазных.

Первичные обмотки трансформатора называются обмотками высшего напряжения (ВН) и обозначаются заглавными буквами, а вторичные обмотки называются обмтками низшего напряжения (НН) и обозначаются малыми буквами.

Трехфазный ток можно трансформировать тремя совершенно отдельными однофазными трансформаторами. В этом случае обмотки всех трех фаз магнитно не связаны друг с другом: каждая фаза имеет свою магнитную цепь. Но тот же трехфазный ток можно трансформировать и одним трехфазным трансформатором, у которого обмотки всех трех фаз магнитно связаны между собою, так как имеют общую магнитную цепь.

Чтобы уяснить себе принцип действия и устройства трехфазного трансформатора, представим себе три однофазных трансформатора, приставленных один к другому так, что три стержня их образуют один общий центральный стержень (рис. 1). На каждом из остальных трех стержней наложены первичные и вторичные обмотки (на рис. 1 вторичные обмотки не изображены).

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

рис 1

Токи в катушках трансформатора создадут переменные во времени магнитные потоки, которые будут замыкаться каждый в своей 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 мгновенных значений их равна нулю в любой момент времени.

Например, если бы в катушке АХ ток I, был наибольший и проходил в указанном на рис. 1 направлении, то магнитный поток был бы равен наибольшему своему значению Ф и был направлен в центральном составном стержне сверху вниз. В двух других катушках BY и CZтоки I2 и I3 в тот же момент времени равны половине наибольшего тока и имеют обратное направление по отношению к току в катушке АХ (таково свойство трехфазных токов). По этой причине в стержнях катушек BY и CZ магнитные по токи будут равны половине наибольшего потока и в центральном составном стержне будут иметь обратное направление по отношению к потоку 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 означает отсутствия потоков в остальных стержнях. Если бы мы уничтожили центральный стержень, а верхние и нижние ярма соединили в общие ярма (см. рис. 2), то поток катушки АХ нашел бы себе путь через сердечники катушек BY и CZ, причем магнитодвижущие силы этих катушек сложились бы с магнитодвижущей силой катушки АХ. В таком случае мы получили бы трехфазный трансформатор с общей магнитною цепью всех трех фаз.

Рисунок 2.

Так как токи в катушках смещены по фазе на 1/3 периода, то и создаваемые ими магнитные потоки также смещены во времени на 1/3 периода, т. е. наибольшие значения магнитных потоков в стержнях катушек следуют друг за другом через 1/3 периода.

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

Как обозначаются начала первичной обмотки трехфазного трансформатора

Все начала первичных обмоток трехфазного трансформатора обозначают большими буквами: А, В, С; начала вторичных обмоток — малыми буквами: а, Ь, с. Концы обмоток обозначаются соответственно: X, У, Z и х, у, z. Зажим выведенной нулевой точки при соединении звездой обозначают буквой О.

А, В, С – обозначают начало обмоток высшего напряжения, а буквы X, Y и Z означают конец этих обмоток.

Трансформаторы с «нулевой точкой» имеют выведенный конце под клемму обозначенный большой буквой О.

Аналогично обозначают концы обмоток низшего напряжения, но используют для этого строчные  буквы х, у, z – это конец фазных обмоток, а, в, с их начало.

Звезда и треугольник – это основные способы соединения обмоток 3 -х фазного  трансформатора.

Соединяя свободные выводы трех обмоток между собой их начала, или концы образуют нейтральную точку. Остальные свободные зажимы подключаются к трехфазной нагрузке или входному напряжению, идущему на трансформатор от линии электропередач.

Соединение обмоток трансформатора в звезду

Соединение обмоток в треугольник происходит по принципу последовательного подключения, когда конец одной обмотки соединяется с началом другой, а конец второй обмотки соединяется с началом третей обмотки.

соединение в треугольник

Точки соединения обмоток подключаются внешние устройства. Обозначение выводов трехфазного трансформатора и их схемы подключения.

∆ — соединение обмоток трансформатора треугольником.

Y – соединение обмоток трансформатора звездой.

обозначение трехфазных трансформаторов

Соединение обмоток под чертой указывает на обмотки низшего напряжения, а над чертой высшего напряжения.

Цифра – указывает на угол между векторами ЭДС с 30° градусами угловых единиц.

Расшифровка обозначение указывает, что обмотки высшего в первом случае соединены звездой, низшего напряжения так же звездой. При этом обмотки низшего напряжения имеют подключенную «0» точку.

Схемы питания 3-фазного трансформатора

Допускаемая величина плотности тока в проводах обмоток трансформатора в значительной мере определяет вес и стоимость последнего. Чем выше плотность тока в обмотках, тем меньше их вес меди и соответственно стоимость трансформатора. С другой стороны, с увеличением плотности тока возрастают потери в меди обмоток и нагрев трансформатора.

Схема питания тяговой сети системы 2×25 кВ трехфазным трансформатором с повышающими автотрансформаторами.

Схема питания тяговой сети системы 2×25 кВ трехфазным трансформатором с повышающими автотрансформаторами.

Самой простой является схема питания тяговой сети системы 2×25 кВ с помощью трехфазного трансформатора и повышающих автотрансформаторов. Особенностью схемы является то, что для повышения напряжения до 55 кВ используется обычный линейный автотрансформатор АТ, который подключен к контактной сети и питающему проводу, а трансформатор Т включен между контактной сетью и рельсами.

Автотрансформаторы устанавливаются на выводах 27,5 кВ трансформатора или на фидерах контактной сети. Последний вариант предпочтительнее, так как позволяет иметь на подстанции только шины контактной сети, а автотрансформаторы могут быть установлены и за пределами территории тяговой подстанции.

В схеме существенно большая часть электроэнергии поступает к электрическим локомотивам непосредственно по контуру контактная сеть — рельсы, минуя повышающий автотрансформатор.

Это обстоятельство позволяет устанавливать повышающие автотрансформаторы на подстанции такой же мощности, что и на фидерной зоне, и не резервировать их на подстанции. При отключении автотрансформатора на подстанции роль повышающего воспринимает на себя ближайший к подстанции автотрансформатор на фидерной

Как увеличить передачу энергии

Увеличить передачу электроэнергии по контуру питающий провод-рельсы можно путем установки на подстанциях специальных повышающих автотрансформаторов, мощность которых соответствует нагрузке плеча питания подстанции, или специальным включением на подстанции двух стандартных трехфазных трансформаторов.

Группа соединения У/Д-1 у второго трансформатора получена одноименной двойной перемаркировкой выводов двух фаз первичной и тяговой обмоток стандартного трансформатора. Обозначение выводов вторичной обмотки по заводской маркировке показано на рисунке с индексом «Т».

С рельсами, как и в системе 25 кВ, соединен один и тот же вывод тяговой обмотки обоих трансформаторов (вывод ст по заводской маркировке). Соединение с рельсами вывода ст определяет, что наименее нагруженными у обоих трансформаторов будут обмотки на среднем стержне.

По аналогии с трехфазными трансформаторами в системе 25 кВ в случае присоединения провода к выводу ат имеем положительное напряжение этого провода относительно рельсов, а к выводу Ьт — отрицательное напряжение провода относительно рельсов.

Схема питания тяговой сети системы 2×25 кВ при последовательном соединении двух фаз трехфазных трансформаторов (а), векторные диаграммы напряжений первичных и вторичных обмоток (б).

Первый трансформатор присоединен выводом ат к контактной сети первой фидерной зоны, а выводом Ьт к контактной сети второй фидерной зоны.

Второй трансформатор имеет обратное присоединение: выводом ят он присоединен к питающему проводу второй фидерной зоны, а выводом Ьт — к питающему проводу первой фидерной зоны.

Последовательное включение двух вторичных обмоток трансформаторов с группами соединения обмоток У/Д-11 и У/Д-1 позволяет получить удвоенное напряжение двух фаз, питающих тяговую сеть по разные стороны от подстанции.

Будет интересно➡  Что такое трансформатор?

Как и выше, у контактной сети и питающего провода, а указаны напряжения питающей линии, с которыми совпадают по фазе напряжения контактной сети и питающего провода. Последние сдвинуты на 180°. Поэтому под рисунком показано положение только напряжений контактная сеть—рельсы. Оно не отличается от положения этих векторов в системе 25 кВ, если в системе 2×25 кВ трансформатор, подключенный к контактной сети, присоединен к тем же фазам питающей линии, что и в системе 25 кВ.

Сколько стержней должен иметь магнитопровод трехфазного трансформатора?

Трехфазные трансформаторы используются для питания трехфазных или двухфазных сетей, имеющих либо общий трехфазный магнитопровод, либо два или три отдельных магнитопровода стержневого типа.

По способу сборки в современных конструкциях как для однофазных, так и для трехфазных магнитопроводов преимущественное распространение получили шихтованные типы, как более надежные в эксплуатации, удобные в производстве, требующие менее сложного оборудования и приспособлений для сборки.

Где применяется трехфазный трансформатор

Трёхфазный трансформатор используется для преобразования напряжения и применяется как устройство в сфере электрификации промышленных предприятий и жилых помещений. Кроме того, 3 фазные трансформаторы незаменимы на судах, так как с их помощью осуществляется питание приборов различного номинала.

Видео: Принцип работы трансформатора

Трансформаторы могут получать переменный ток с одним напряжением и выдавать его с другим. Таким образом, они служат для повышения эффективности передачи электроэнергии на большие расстояния. В данном видео мы рассмотрим принцип работы и конструкцию простейшего устройства трехфазного трансформатора.

Видео: Что такое звезда и треугольник в трансформаторе

Трехфазный трансформатор — Конструкция и соединения условия эксплуатации.

Современный сценарий энергосистемы значительно склонен к трехфазным системам на каждом этапе ее работы, то есть генерации, передачи, распределения и львиной доли нагрузки в виде отраслей. Таким образом, на каждом этапе этих операций трехфазный трансформатор играет решающую роль, поэтому он должен быть адаптирован к этим изменениям.

В этой статье мы обсудим базовую конструкцию трехфазных трансформаторов, основные соединения, которые представляют собой соединение «звезда-треугольник», соединение «треугольник-звезда», соединение «треугольник-треугольник» и соединение «звезда-треугольник».

Содержание

• 1. Что такое трехфазный трансформатор?
• 2. Конструкция трехфазного трансформатора
• 3. Соединения трехфазного трансформатора
• 4. Соединение звезда-звезда (звезда-звезда)
• 5. Соединение звезда-треугольник
• 6. Соединение треугольник-звезда
• 7. Соединение треугольник-треугольник

Прочитать статью полностью

Что такое трехфазный трансформатор?

Трехфазный трансформатор представляет собой трансформатор, состоящий из трех наборов первичных и вторичных обмоток. Они работают как электрическая система, которая имеет три фазы. Трехфазные трансформаторы могут быть сконструированы двумя способами: один состоит из трех одинаковых однофазных трансформаторов, соединенных в группу трехфазных трансформаторов, либо один блок трехфазного трансформатора с обмотками трех фаз, намотанными на одно ядро.

В настоящее время батареи трехфазных трансформаторов используются редко, так как отдельный блок трехфазного трансформатора легче, дешевле, занимает меньше места. Однако до сих пор имеются значительные установки трехфазных трансформаторных батарей.

Конструкция трехфазного трансформатора

Трехфазный трансформатор может быть выполнен в виде единого блока путем размещения первичной и вторичной обмотки всех трех фаз в одном сердечнике. Это можно сделать, используя либо трехфазную конструкцию с сердечником, либо трехфазную конструкцию с оболочкой.

На приведенной выше схеме показан трансформатор с трехфазным сердечником, намотанным на одножильный сердечник. На рисунке обмотки расположены одна над другой, но в действительности обмотка низкого напряжения расположена рядом с сердечником, а обмотка высокого напряжения размещена над ним с соответствующей изоляцией. С другой стороны, мы можем соединить три одинаковых однофазных трансформатора, соединенных звездой или треугольником, чтобы сформировать группу трехфазных трансформаторов, как показано ниже.

Соединения трехфазного трансформатора

Трехфазный трансформатор представляет собой либо единый блок с обмотками всех трех фаз, намотанными на один сердечник, либо группу трехфазных трансформаторов с тремя отдельными трансформаторными блоками, первичная и вторичная обмотки могут быть соединены либо звездой ( Y) или соединение треугольником. Следовательно, возможны четыре различных соединения первичной и вторичной обмоток, а именно:

1. Соединение звезда-звезда (Y-Y)
2. Соединение звезда-треугольник (Y-Δ)
3. Соединение треугольник-звезда (Δ-Y)
4. Соединение треугольником-треугольником (Δ-Δ)

Основная цель

• Анализировать, как схема подключения трехфазных трансформаторов влияет на параметры каждой фазы трансформатора, и Анализировать, как гармоники, наведенные в трехфазная система повлияет на работу трансформатора.

Чтобы понять это, мы должны иметь базовое представление о гармониках, возникающих в соединении звездой и треугольником. Следует отметить, что

• При соединении звездой нет возможности появления токов тройной гармоники ни в фазах, ни в линиях, но возможно наличие напряжения третьей гармоники в фазах, но не в линиях.
• При соединении треугольником исключены напряжения тройной гармоники ни в фазах, ни в линиях, но возможны токи третьей гармоники в фазах, но не в линиях.
• В однофазном трансформаторе из-за нелинейности сердечника ток холостого хода представляет собой остроконечную синусоиду, следовательно, существует возможность наличия третьей гармонической составляющей в токе холостого хода, что, в свою очередь, помогает нам в получении синусоидального потока в сердечнике. То есть поток в сердечнике не содержит третьей гармонической составляющей, как и индуцированное напряжение.

Соединение звездой-звездой (Y-Y)

В этом соединении первичная и вторичная обмотки трансформатора соединяются звездой, как показано на рисунке.

На приведенном выше рисунке показано соединение Y-Y трехфазного трансформатора с нулевым сдвигом фазы, мы также можем подключить его со сдвигом фазы 180, и мы можем обсудить это далее в наших лекциях по теме векторных групп. .

Пусть E ₁ и E ₂ — пофазное напряжение на первичной и вторичной сторонах. Аналогично, E _l1 и E _l2 представляют собой линейные напряжения на первичной и вторичной стороне.

Тогда коэффициент трансформации

k =E ₁ /E ₂

Мы знаем, что при соединении звездой напряжение линии в √3 раза превышает фазное напряжение

1 E ⇒ ₂  = (E _l1 /√3)/(E _l2 √3)

Есть несколько серьезных недостатков, связанных с соединением Y-Y,

• Напряжение в фазах будет сильно несимметричным при наличии несбалансированных нагрузок.
• Значительное присутствие третьей гармоники в напряжении увеличивает нагрузку на изоляцию и даже приводит к пробою изоляции.

Поскольку третья гармоническая составляющая в токе холостого хода невозможна, следовательно, существует возможность третьей гармонической составляющей в потоке, что может привести к тройной гармонической составляющей в напряжении.

Проблема, связанная с несбалансированными нагрузками, может быть решена с помощью жесткого заземления нейтрали, нейтраль также обеспечит путь для токовых дисбалансов в нагрузке. С другой стороны, третья гармоническая составляющая напряжения может быть подавлена ​​с помощью обмотки третичного треугольника на том же сердечнике.

Соединение по схеме «звезда-треугольник»

Ниже показана схема соединения трехфазного трансформатора по схеме «звезда». Соединение Y предпочтительнее в приложениях, требующих понижения напряжения, так как оно обеспечивает почти на 43 % меньшую нагрузку на изоляцию на стороне ВН, поскольку фазное напряжение составляет 57,7 % линейного напряжения при соединении звездой.

Наличие треугольной обмотки может свести на нет влияние третьей гармонической составляющей в напряжениях, так как они могут потребляться в виде циркулирующих токов внутри треугольной обмотки. Но проблема, связанная с этим подключением, заключается в том, что вторичное напряжение трансформатора смещено на 30º относительно первичного напряжения, это вызовет проблемы при параллельной работе трансформаторов. Во время параллельной работы фазовый угол вторичных трансформаторов должен быть одинаковым, поэтому мы должны позаботиться об этом фазовом сдвиге при параллельном подключении трансформаторов.

Соединение треугольником-звездой

На приведенном ниже рисунке показано соединение трехфазного трансформатора по схеме треугольник-звезда. Как правило, такое подключение трехфазного трансформатора предпочтительнее в приложениях, где необходимо повысить уровни напряжения. С заземлением нейтрали, используемым на стороне звезды, это соединение также можно использовать в распределенных приложениях.

Подобно соединению «звезда-треугольник» трехфазного трансформатора, соединение «треугольник-звезда» также невосприимчиво к третьей гармонической составляющей напряжения. Это соединение также вызывает фазовый сдвиг на 30º, так как вторичная обмотка отстает от первичного напряжения на 30º на рисунке выше.

Соединение «треугольник-треугольник»

Соединение «треугольник-треугольник» может использоваться в приложениях с низким энергопотреблением, поскольку обе стороны должны работать с сетевым напряжением. Следующий рисунок может дать основное представление о соединениях.

Это подключение трехфазного трансформатора имеет то преимущество, что один трансформатор из блока может быть снят для ремонта или технического обслуживания, а два других трансформатора будут работать как блок трехфазных трансформаторов с мощностью 57,7% от прежней. Это соединение известно как соединение «открытый треугольник» или «V».

Часто задаваемые вопросы о трехфазном трансформаторе

• Что такое трехфазный трансформатор?

  Трехфазный трансформатор представляет собой специальный тип трансформатора, который имеет три набора первичных и вторичных обмоток. Они имеют четыре различных типа соединений:

  • Соединение звезда-треугольник (Y-Y)
  • Соединение звезда-треугольник (Y-Δ)
  • Соединение треугольник-треугольник (Δ-Y)
  • Соединение треугольник-треугольник (Δ) -Δ)

• Какие проблемы связаны с соединением Y-Y трехфазного трансформатора?

  Есть две основные проблемы, связанные с соединением Y-Y. Во-первых, это наличие третьей гармоники в фазном напряжении, а во-вторых, это соединение чувствительно к помехам со стороны нагрузки, которые, в свою очередь, вызывают дисбаланс фазных напряжений.

• В чем преимущества соединения треугольник-треугольник трехфазного трансформатора?

  Преимущества этого соединения в том, что в напряжении отсутствуют третьи гармоники напряжения, а во-вторых, если какой-либо из блоков, связанных с банком, поврежден, то оставшиеся два блока могут действовать как трехфазные трансформатор мощностью 57,7 процента от исходной установки.

• Что такое третичная обмотка трехфазного трансформатора?

  В соединении Y-Y трехфазного трансформатора дополнительная обмотка треугольника была размещена на сердечнике для компенсации третьей гармоники напряжения, она известна как третичная обмотка. Эту обмотку также можно использовать для питания охлаждающих вентиляторов трансформатора и осветительных нагрузок подстанции.

• Что такое Скотт соединение трансформатора?

  Раньше соединение Скотта или Т-образное соединение использовалось для получения двухфазного питания от трехфазного трансформатора. Мы должны использовать два однофазных трансформатора для реализации этой конструкции, которые являются основным трансформатором и вспомогательным трансформатором.

• Каковы преимущества трехфазного трансформатора перед блоком трехфазных трансформаторов?

  Для конструкции трехфазного трансформатора в одном блоке потребуется меньше материала сердечника и меди по сравнению с группой трансформаторов из трех блоков, следовательно, стоимость конструкции одного блока будет меньше. Если мы используем Y-образное соединение, это снизит требования к изоляции, а также с точки зрения пространства, а моноблочная конструкция будет занимать меньше места.

• Сколько существует типов соединений трехфазного трансформатора?

  Всего существует 4 соединения трехфазного трансформатора: соединение звезда-звезда (Y-Y), соединение звезда-треугольник (Y-Δ), соединение треугольник-звезда (Δ-Y) и соединение треугольник-треугольник ( Δ-Δ).

ESE & GATE EE

Электрика Engg.GATEGATE EEESEESE EEOДругие ExamsMock Test

Избранные статьи

• Следите за последними обновлениями

9003

Наши приложения

• BYJU’S Exam Prep: приложение для подготовки к экзамену

GradeStack Learning Pvt. Ltd.Windsor IT Park, Tower — A, 2nd Floor,

Sector 125, Noida,

Uttar Pradesh 201303

help@byjusexamprep. com

Трехфазный трансформатор — Основы и способы подключения

Трехфазные трансформаторы

используется в трехфазных цепях для повышения и понижения напряжения в соответствии с потребностями в энергосистеме.

Вы знаете, что электроэнергия вырабатывается и передается по трехфазной системе. Трехфазная система имеет значительные преимущества перед другими многофазными системами. В трехфазной цепи напряжение повышают или понижают с помощью трехфазных трансформаторов .

Трехфазные трансформаторы работают так же, как три однофазных трансформатора. Но один трехфазный трансформатор занимает меньший объем и весит меньше, чем три однофазных трансформатора, предназначенных для той же цели.

Устройство для преобразования электромагнитной энергии, не имеющее подвижных частей и двух (или более) неподвижных относительно друг друга обмоток, предназначенное для передачи электрической энергии между цепями или системами за счет электромагнитной индукции.

Содержание

Два способа подключения трехфазного трансформатора

Трехфазный трансформатор на электрической подстанции можно установить двумя способами

1. Подходящим образом соединив группу из трех однофазных трансформаторов
2. Путем создания трехфазного трансформатора на общей магнитной конструкции .

В любом случае обмотки могут быть соединены четырьмя различными способами.

• Соединение звезда-звезда (Y-Y)
• Соединение звезда-треугольник (Y-Δ)
• Соединение «треугольник — треугольник» (Δ-Δ)
• Соединение треугольником и звездой (Δ-Y)

1. Группа из трех однофазных трансформаторов

Три одинаковых однофазных трансформатора могут быть соединены в трехфазный трансформатор. Первичная и вторичная обмотки могут быть соединены звездой (Y) или треугольником (D).

Трехфазный трансформатор Bank

Например, , на рисунке ниже показано соединение Y-D трехфазного трансформатора. Первичные обмотки соединены звездой, а вторичные обмотки соединены треугольником.

Трехфазный трансформатор, соединенный по схеме «звезда-треугольник»

Более удобный способ показать это соединение показан ниже.

Схема простого подключения трансформатора звезда-треугольник

Показанные параллельно друг другу первичная и вторичная обмотки принадлежат одному и тому же однофазному трансформатору. Отношение вторичного фазного напряжения к первичному фазному напряжению представляет собой коэффициент фазового преобразования К.

Коэффициент преобразования фаз, K = напряжение вторичной фазы / напряжение первичной фазы

На приведенном выше рисунке первичное линейное напряжение составляет В , а ток первичной линии составляет I .

Коэффициент трансформации фаз равен K = (N ₂ /N ₁ )

Также показаны напряжение вторичной линии и ток линии.

Как упоминалось выше, возможны соединения звездой или треугольником с однофазными трансформаторами, соединенными в блоки. Чрезвычайно важно, чтобы однофазные трансформаторы были тщательно подобраны, когда они соединены вместе, особенно при использовании ∆-соединения. Использование несогласованных трансформаторов в ∆-соединении приведет к чрезмерным циркулирующим токам, которые сильно снизят номинальные параметры батареи или вызовут перегрев.

Преимущества

Изготовление или поставка трехфазного трансформатора с очень большой мощностью МВА может оказаться невозможным или нецелесообразным. Тогда решением может стать группа из трех однофазных трансформаторов, хотя общий размер, вес и стоимость трех однофазных блоков, вероятно, превысят размер, вес и стоимость одного трехфазного блока.

Дополнительным преимуществом групповой схемы является то, что отказ одного однофазного блока обычно обходится дешевле, чем ремонт более крупного трехфазного блока

Одной из интересных конфигураций трехфазной батареи является подключение по схеме «открытый треугольник», широко используемое в сельских распределительных сетях. При соединении по схеме «открытый треугольник» используются два однофазных трансформатора. Открытое соединение Y-∆ требует только двух фаз плюс нейтраль на первичной стороне батареи, чтобы создать трехфазное напряжение на вторичной обмотке. Это очевидная экономия средств (в дополнение к избежанию затрат на третий трансформатор), когда установка находится далеко от трехфазной первичной цепи.

2. Отдельный блок Трехфазный трансформатор

В предыдущем разделе мы рассмотрели некоторые способы подключения однофазных трансформаторов в трехфазных и двухфазных системах. Иногда выгодно построить один трехфазный трансформатор вместо использования группы однофазных трансформаторов.

Трехфазный трансформатор

Например, трехфазный трансформатор часто может быть более экономичным в строительстве, заключая один сердечник и структуру катушки в один бак трансформатора вместо создания трех отдельных конструкций сердечника и катушки и баков.

Трехфазный трансформатор может быть сконструирован с тремя первичными и тремя вторичными обмотками на общем магнитном контуре.

Принцип 3-фазного трансформатора

Ниже поясняется основной принцип 3-фазного трансформатора .

Три однофазных трансформатора с сердечником, каждый из которых имеет обмотки (первичную и вторичную) только на одной ветви, объединены размотанными ветвями, чтобы обеспечить путь для обратного потока. Первичные, как и вторичные, могут быть соединены звездой или треугольником.

Конструкция трехфазного трансформатора

Если первичная обмотка питается от трехфазной сети, центральная ветвь (т. е. размотанная ветвь) несет потоки, создаваемые трехфазными первичными обмотками. Поскольку сумма векторов трех первичных токов в любой момент времени равна нулю, сумма трех потоков, проходящих через центральное звено, должна быть равна нулю. Следовательно, в центральном плече не существует потока, и поэтому он может быть устранен.

Данная модификация представляет собой трехфазный трехфазный трансформатор стержневого типа. В этом случае любые две ветви будут действовать как обратный путь для потока в третьей ветви.

Например, если поток ϕ в одном плече в какой-то момент, то поток ϕ/2 в противоположном направлении через два других отрезка в тот же момент.

Все соединения трехфазного трансформатора выполняются внутри корпуса, и для обмотки, соединенной треугольником, выводятся три вывода, а для обмотки, соединенной звездой, выводятся четыре вывода.

Обычный трехфазный трансформатор с магнитным сердечником также может быть как с сердечником, так и с оболочкой. Поскольку поток третьей гармоники, создаваемый каждой обмоткой, находится в фазе, предпочтительнее использовать оболочковый трансформатор, поскольку он обеспечивает внешний путь для этого потока. Другими словами, форма волны напряжения менее искажена для трансформатора оболочкового типа, чем
для трансформатора с сердечником аналогичной мощности

Преимущества и недостатки одноблочного трехфазного трансформатора

При той же мощности трехфазный трансформатор весит меньше, занимает меньше места и стоит примерно на 20 % меньше, чем группа из трех однофазные трансформаторы. Из-за этих преимуществ 3-фазные трансформаторы широко используются, особенно для больших преобразований мощности.

Недостаток одноблочного трехфазного трансформатора заключается в том, что при выходе из строя одной фазы весь трехфазный блок должен быть выведен из эксплуатации. При выходе из строя одного трансформатора в группе из трех однофазных трансформаторов он может быть выведен из эксплуатации, а два других трансформатора могут быть вновь подключены к питанию в аварийном порядке до тех пор, пока не будет произведен ремонт.

Соединения трехфазного трансформатора

Трехфазный трансформатор может быть построен путем подходящего соединения трех однофазных трансформаторов или одного трехфазного трансформатора. Первичная или вторичная обмотки могут быть соединены по схеме «звезда» (Y) или «треугольник» (D).

Четыре наиболее распространенных соединения:

1. Соединение звезда-звезда (Y-Y)
2. Соединение звезда-треугольник (Y-Δ)
3. Соединение «треугольник — треугольник» (Δ-Δ)
4. Соединение «треугольник — звезда» (Δ-Y)

Эти четыре соединения показаны на рисунке ниже. На этом рисунке обмотки слева являются первичными, а справа — вторичными. Также показаны первичные и вторичные напряжения и токи. Напряжение первичной линии составляет В , а ток первичной линии составляет I . Коэффициент фазового превращения K определяется выражением;

K = Напряжение вторичной фазы / Напряжение первичной фазы = N ₂ /N ₁

Некоторые преимущества и недостатки каждого соединения выделены ниже.

Соединение звезда-звезда (Y-Y)

При соединении звезда-звезда (Y-Y) 57,7% (или 3/1) линейного напряжения подается на каждую обмотку , но полный линейный ток протекает в каждой обмотке.

Цепи питания, питаемые от группы Y-Y, часто создают серьезные помехи в цепях связи в непосредственной близости от них. Из-за этого и других недостатков соединение Y-Y составляет редко используется .

Соединение трансформатора звезда-звезда звезда-звезда

Соединение звезда-звезда для первичной и вторичной обмоток трехфазного трансформатора показано на рисунке. Линейное напряжение на каждой стороне трехфазного трансформатора в √3 раза превышает номинальное напряжение однофазного трансформатора.

Основное преимущество соединения «звезда-звезда» заключается в том, что у нас есть доступ к нейтральной клемме с каждой стороны, и при желании ее можно заземлить. Без заземления нейтральных клемм работа по схеме Y/Y удовлетворительна только при сбалансированной трехфазной нагрузке.

Электрическая изоляция подвергается нагрузке только до 57,7 % линейного напряжения в трансформаторе, соединенном звездой.

Поскольку большинство трансформаторов рассчитаны на работу на изломе кривой или выше него, такая конструкция приводит к искажению индуцированных ЭДС и токов .

Причина в следующем: хотя токи возбуждения все еще не совпадают по фазе на 120 градусов по отношению друг к другу, их формы сигналов больше не являются синусоидальными. Таким образом, эти токи в сумме не равны нулю. Если нейтраль не заземлена, эти токи вынуждены складываться до нуля. Таким образом, они влияют на форму волны наведенных ЭДС.

Соединение треугольник-треугольник (Δ-Δ)

Соединение треугольник-треугольник (Δ-Δ) часто используется для средних напряжений.

Междуфазное напряжение с обеих сторон равно соответствующему фазному напряжению. Поэтому такое расположение полезно, когда напряжения не очень высоки.

Соединение трансформатора треугольник-треугольник

Преимущество этого соединения заключается в том, что даже при несбалансированных нагрузках напряжения трехфазной нагрузки остаются практически одинаковыми.

Недостатком соединения Δ-Δ является отсутствие нулевой клеммы с обеих сторон. Другим недостатком является то, что электрическая изоляция находится под напряжением сети. Следовательно, для обмотки, соединенной треугольником, требуется более дорогая изоляция, чем для обмотки, соединенной звездой, при той же номинальной мощности.

Соединение Δ-Δ можно проанализировать теоретически, преобразовав его в смоделированное соединение Y/Y с помощью преобразований Δ-в-Y.

Еще одно преимущество этого соединения заключается в том, что если один трансформатор поврежден или выведен из эксплуатации, оставшиеся два могут работать в так называемом соединении с открытым треугольником или V-V соединением .

Работая таким образом, батарея по-прежнему выдает трехфазные токи и напряжения с правильным фазовым соотношением, но мощность батареи снижается до 57,7% от того, что было со всеми тремя работающими трансформаторами.

Соединение «звезда-треугольник» (Y-Δ)

Соединение «звезда-треугольник» (Y-Δ) очень подходит для понижающих приложений. Ток вторичной обмотки составляет 57,7 % от тока нагрузки.

Трехфазный трансформатор, соединенный по схеме «звезда-треугольник» (сверху — звезда, снизу — треугольник)

На первичной стороне напряжения от линии к нейтрали, тогда как напряжения от линии к линии на вторичной стороне. Следовательно, напряжение и ток в первичной обмотке не совпадают по фазе с напряжением и током во вторичной.