Трехфазный трансформатор

Устройство современного трехфазного трансформатора показано на рис.6. На каждом из трех стержней плоского магнитопровода расположены обмотки высшего (ВН) и низшего (НН) напряжения одной фазы. Начала фаз обмоток высшего напряжения обозначается буквами А, В, С, концы – Х, Y, Z. Начала фаз обмоток низшего напряжения обозначаются а, в, с, концы – х, y, z. При этом предполагается, что напрявление намотки от начала к концу обеих обмоток относительно магнитопровода одинаково.

При подключении первичных обмоток трансформатора к трехфазной сети в них возникнут токи холостого хода, сдвинутые по фазе друг относительно друга на 120. Некоторой несимметрией токов вследствии пространственной несимметрии магнитопровода практически можно пренебречь. Поэтому можно считать,что магнитные потоки в стержнях, создаваемые МДС первичных обмоток трех фаз на векторной диаграмме образуют симметричную звезду, а их сумма равна нулю (рис.7).

Соединение обмоток трансформатора производится либо звездой (символ Y или Y- – при выведенной нулевой точке), либо треугольником (символ D). Указывается сначала способ соединения обмотки ВН, затем - обмотки НН, между ними ставится наклонная черта, например Y/D. Выбор схемы соединения фаз первичной обмотки зависит как от линейного напряжения питающей сети, к которой подсоединяются зажимы первичной обмотки, так и от номинального фазного напряжения обмоток. Выбор схемы соединения фаз вторичной обмотки зависит от номинального фазного напряжения обмоток и от того напряжения, которое необходимо подвести к приемнику.

Трехфазные трансформаторы характеризуются двумя коэффициентами трансформации: К_ф и К_л.

1.Фазный коэффициент трансформации Кф равен отношению числа витков обмотки ВН к числу витков обмотки НН и приближенно равен отношению номинальных фазных напряжений обмоток (т.е. напряжений в режиме холостого хода):

;

где N_в - число витков обмотки ВН;
N_н - число витков обмотки НН;
U_вфн - номинальное фазное напряжение обмотки ВН;
U_нфн - номинальное фазное напряжение обмотки НН.

2. Линейный коэффициент трансформации Кл приближенно равен отношению номинального линейного напряжения обмотки ВН к номинальному линейному напряжению обмотки НН:

;

где U_вл - линейное напряжение обмотки ВН;
U_нл - линейное напряжение обмотки НН.

Фазный коэффициент трансформации определяется числами витков обмоток, а линейный коэффициент зависит от способа соединения обмоток.

Анализ явлений, происходящих в трехфазных трансформаторах в режимах холостого хода, нагрузки и короткого замыкания, производится теми же методами, что и для однофазных трансформаторов. При симметричной нагрузке анализ, расчет и построение векторной диаграммы выполняется для одной фазы трансформатора аналогично однофазному трансформатору. Полная мощность трансформатора рассчитывается по формуле

;

где индекс "2" соответствует вторичной обмотке.

При практическом использовании трехфазных трансформаторов необходимо учитывать не только величину вторичного напряжения, но и его сдвиг по фазе относительно первичного напряжения. Эта величина зависит как от способа соединения обмоток, так и от того, в каком порядке соединены зажимы фаз обмоток (например, при соединеннии в звезду можно соединить вместе либо начала фаз а, в, с, либо их концы - х, у, z). Для однозначной характеристики соединений вводится понятие - группа соединения обмоток. Всего существует 12 групп соединения обмоток для трехфазных трансформаторов, 2 - для однофазных.

Обозначение групп соединения обмоток основано на сопоставлении относительного положения одноименных векторов высшего и низшего линейных напряжений с положением минутной и часовой стрелок на циферблате часов. При этом минутная стрелка мыслится установленной на цифре "12" часов. С ней совмещается вектор линейного высшего напряжения, а вектор линейного низшего напряжения, расположенный под определенным углом к высшему линейному напряжению на векторной диаграмме, задает положение часовой стрелки. Время, которое показывают эти условные часы, и является номером группы соединения обмоток.

На рис.8 показаны три различные схемы включения трансформаторов, соответствующие им векторные диаграммы в режиме холостого хода и показан способ определения групп соединения обмоток. При построении векторных диаграмм учитывается, что одноименные напряжения в обмотках ВН и НН одинаково направлены на соответствующих векторных диаграммах, а последовательность построения векторов зависит от способа соединения обмоток (т.е. следует посмотреть какие концы обмоток соединяются вместе).

Согласно ГОСТ установлены две стандартные группы соединения трехфазных трансформаторов: Y/Y- - 12, Y/D - 11 для однофазных трансформаторов - одна группа - 12. Группе 11 соответствует два способа соединения: звезда/треугольник и звезда с выведенной нулевой точкой/треугольник (Y/D и Y-/D).