Трехфазных трансформаторов

Рассмотрим холостой ход трехфазных -трансформаторов при соединении обмоток У/У • В этоц случае и в групповых, и в трехстержневых трансформаторах третьи гармонические -токи холостого хода во всех трех фазах трансформатора равны между собой и направлены либо одновременно к нейтральной точке либо от нее, и для третьих гармонических тока холостого хода нет путей, по которым они могли бы замыкаться. Поэтому в трехфазных трансформаторах, соединенных звездой, третьи гармонические тока l^j холостого хода отсутствуют. Это обстоятельство можно представить как наложение на основную составляющую тока холостого хода t~t>& обратной третьей гармонической - 6„, . Последняя создает в сердечнике трансформатора магнитный поток третьей гармонической - Ф_з » который накладывается на магнитный поток оснооной составляющей *?^ . В результате кривая результирующего магнитного потока становится уплощенной или даае седлообразной ( 2.7 - на нем поток есть поток, создаваемый тоном <-0j ).

Рассматривая различные модификации ЭП, нельзя не отметить совмещенные электрические машины. Наиболее удачные сочетания электрических и магнитных цепей — в одноякорных преобразователях, совмещающих синхронный двигатель и генератор постоянного тока; в трехфазных трансформаторах — три однофазных; в двигателях-усилителях — магнитные усилители и исполнительные двигатели и в ряде других конструкций. Совмещение в одном агрегате различных элементов электромеханических систем — одно из основных направлений развития электромеханики.

Рассматривая различные модификации ЭП, нельзя не отметить совмещенные электрические машины. Наиболее удачные сочетания электрических и магнитных цепей — в одноядерных преобразователях, совмещающих синхронный двигатель и генератор постоянного тока; в трехфазных трансформаторах — три однофазных; в двигателях-усилителях — магнитные усилители и исполнительные двигатели и в ряде других конструкций. Совмещение в одном агрегате различных элементов электромеханических систем — одно из основных направлений развития электромеханики [4].

В трехфазных трансформаторах вид переходных г'нб.бр оказывается другим из-за взаимного влияния фаз. С использованием общего подхода была выявлена известная и ранее возможность появления в одной из фаз знакопеременного тока, а в двух других — токов с апериодическими встречно направленными слагающими. При этом форма 1'нб.бр зависит от группы соединения обмоток и разновременности включения фаз. Знакопеременный 1Нб,бр бывает меньше рассмотренного выше, но все же может достигать l-f-2 /ном.т, имеет знакопеременную слагающую двой-

Электромагнитные процессы в трехфазных трансформаторах при симметричных первичных линейных напряжениях и симметричной нагрузке описываются в каждой из фаз уравнениями, схемой замещения и векторной диаграммой однофазного трансформатора, если ввести в них фазные величины и коэффициент трансформации k^ i —

холостой трансформатор толчком номинального напряжения. Если защиты при этом не произвели отключения и не наблюдается признаков ненормальной работы, то трансформатор остается под напряжением и внимательно «прослушивается». На трансформаторы, входящие в систему блока генератор — трансформатор, напряжение от генератора поднимается с нуля, и при номинальном напряжении трансформатор также «прослушивается». Одновременно при номинальном напряжении измеряется ток холостого хода контрольным амперметром или миллиамперметром не ниже класса 0,5, подключенным через трансформатор тока. Ток холостого хода не нормируется, но обычно составляет 2— 3 % номинального, причем в трехфазных трансформаторах он одинаков в обмотках крайних сердечников, у среднего на 20—35 % меньше. В общем случае он сравнивается с заводскими данными. Для измерения тока холостого хода не могут применяться полупроводниковые приборы, так как ток может отличаться от синусоидального, что приводит в этом случае к большим погрешностям. При оценке результатов измерения учитывается значительная погрешность измерительных трансформаторов тока, работающих при малом первичном токе.

В трехфазных трансформаторах фазные ЭДС двух обмоток, расположенных на одном и том же стержне, могут, так же как и в однофазных трансформаторах, либо совпадать, либо быть противоположными по фазе. Однако в зависимости от схемы соединения обмоток (Y или А) и порядка соединения их начал и концов получаются различные углы сдвига фаз между линейными напряжениями. Для примера на 2.33 показаны схемы соединения обмоток Y/Y и соответствующие векторные диаграммы для нулевой (а) и шестой (б) групп; на 2.34 показаны схемы соединения обмоток Y/A и соответствующие векторные диаграммы для одиннадцатой (а) и пятой (б) групп.

Трехфазные трансформаторы преобразуют электрическую энергию в трехфазных цепях с одним соотношением линейных напряжений и токов в электрическую энергию с другим соотношением этих же величин при неизменной частоте. В стержневых трехфазных трансформаторах с расположением трех стержней в одной плоскости, замкнутых вверху и внизу ярмами, имеются две трехфазные обмотки — высшего напряжения (ВН) и низшего напряжения (НН), в каждую из которых входят по три фазные обмотки, или фазы. Следовательно, трехфазный трансформатор имеет шесть независимых фазных обмоток и 12 выводов с соответствующими зажимами, причем начальные выводы фаз обмотки высшего напряжения обозначают буквами А, В, С, конечные выводы — X, Y, Z, а для фаз обмохки низшего напряжения применяют аналогичные обозначения — а, Ь, с их, у, г. Фазные обмотки высшего и низшего напряжений соединяют звездой или треугольником, причем при соединении их звездой нейтральные точки обозначают соответственно буквами Оно.

В трехфазных трансформаторах начала обмоток высшего напряжения обозначаются А, В, С, а концы X, Y, Z. Начала обмоток низшего напряжения—а, Ь, с, а концы — х, у, г. Нулевые точки — Оно. Если есть третья обмотка среднего напряжения, используются обозначения Am, Bm,

В броневых трехфазных трансформаторах и в трехфазной группе однофазных трансформаторов потоки нуле-

В трехфазных трансформаторах процесс включения протекает в каждой фазе со сдвигом на 120°. При тех же допущениях, что и для однофазного трансформатора, уравнения, полученные для однофазного трансформатора остаются теми же самыми и для трехфазного трансформатора. Переходные процессы при коротком замыкании являются для трансформаторов опасными аварийными процессами.

Создание трехфазных трансформаторов относится к периоду 1889— 1891 гг. Первые промышленные образцы трансформаторов созданы выдающимся русским электротехником М. О. Доливо-Добровольским.

Итак, трехфазный двухобмоточный трансформатор ( 8.17, д) имеет один трехстержневой магнитопровод с двумя обмотками на каждом из стержней. Каждая фаза трехстержне-вого трансформатора представляет собой по существу однофазный трансформатор. Поэтому анализ работы и расчет трехфазных трансформаторов при равномерной нагрузке каждой фазы аналогичны однофазным и схема замещения изображается для одной фазы.

С целью сокращения длины1 проводов низковольтных сетей, а они имеют значительное сечение, и бесперебойного снабжения электроэнергией приемников целесообразно устанавливать не один трансформатор на один цех или промышленное предприяие, а несколько и включить их параллельно. При аварийном выходе из строя или профилактическом ремонте одного из них остальные обеспечат электроэнергией приемники. С той же целью бесперебойного снабжения промышленных предприятий на электрических станциях устанавливаются несколько трансформаторов, включенных параллельно. На 8.18, и изображена схема двух параллельно включенных трехфазных трансформаторов.

Рассмотрим конструктивное исполнение трехфазных трансформаторов. Форма магии гопроводов всех трансформаторов одинаковая — трехстержневая (см. 8.17,<)). Магнитопровод имеет три стержня, на которых располагаются первичные и вторичные обмотки трех фаз и два ярма Д, Е. объединяющие стержни в единый магнитопровод. Площадь сечения стержней определяется из уравнения V * Ь ~

Рабочий процесс однофазного трансформатора практически такой же, как и одной фазы трехфазного трансформатора. Поэтому, чтобы облегчить изложение, сначала рассмотрим работу однофазного двух-обмоточного трансформатора, а затем уже отметим особенности трехфазных трансформаторов.

9.10. ОСОБЕННОСТИ ТРЕХФАЗНЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ

Все полученное выше для однофазных трансформаторов можно распространить на каждую фазу трехфазного трансформатора в случае симметричной нагрузки. Рассмотрим особенности устройства и работы трехфазных трансформаторов. 216

Из соотношений в трехфазной системе (см. § 3.2 и.3.3) следует, что у трехфазных трансформаторов только отношение фазных напряжений ?^ф/Цф приближенно равно отношению числа витков первичной и вторичной обмоток Wi/w2, а отношение линейных напряжений

У трехфазных трансформаторов возможны все 12 различных групп соединений, но желательно иметь минимальное их число. Поэтому для трехфазных трансформаторов выбраны только две стандартные группы: 11 и 0. Группе 11 соответствуют два вида соединения обмоток: звезда/треугольник (Y/Д-Н) и звезда с выведенной нейтральной точкой/треугольник (Уи/Д-11). Группе 0 соответствует один способ соединения обмоток звезда/звезда с выведенной нейтральной точкой (Y/YH-0). В числителе обозначения всегда указывается, как соединены обмотки высшего напряжения.

1) одна и та же группа соединений (в случае трехфазных трансформаторов 0 или 11);

Нсли не соблюдено первое условие при параллельном соединении двух трехфазных трансформаторов, то между вторичными линейными напряжениями получается сдвиг фаз, равный 30°. Поэтому в каждом контуре, образуемом двумя фазными обмотками (двух трансформаторов), будет действовать результирующая ЭДС. Так как сопротивление обмоток мало, то эта ЭДС создает в контуре очень большой ток, опасный для обмоток трансформаторов.