Трифазні мережі широко поширені в енергетиці і використовуються для виробництва і передачі електричної енергії. Трифазні системи були розроблені російським електриком М.О.Доливо-Добровольським (1862 - 1919 рр.) І являють собою систему з трьох джерел змінного струму, ЕРС яких зрушені один щодо одного на кут 120 °.
Це трьохпровідна і чьотирьох лінії. Напруга кожного генератора - фазна напруга, а напруга між фазами - лінійна напруга.
На малюнку зображено часові залежності для фазних і лінійних ЕРС трифазної системи напруг.
Трансформування трифазного струму можна здійснити трьома однофазними трансформаторами, з'єднаними в трансформаторну групу (так званий груповий трансформатор) або трифазним трансформатором. Обмотки первинної та вторинної ланцюгів з'єднуються одним із способів: "зірка" - Y, "трикутник" - Δ. "Зигзаг" - Z.
Обмотки трифазних трансформаторів прийнято з'єднувати за такими схемами: зірка; зірка з нульовим виводом; трикутник; зигзаг з нульовим виводом. Схеми з'єднання обмоток трансформатора позначають дробом, в чисельнику якого вказана схема з'єднання обмоток ВН (вищої напруги), а в знаменнику - обмоток НН (нижчої напруги). Наприклад, Y / Δ означає, що обмотки ВН з'єднані в зірку, а обмотки НН - в трикутник.
З'єднання в зигзаг застосовують тільки в трансформаторах спеціального призначення, наприклад для випрямлячів. При з'єднанні в зигзаг кожну фазу обмотки НН ділять на дві частини, розташовуючи їх на різних стрижнях. Зазначені частини обмоток з'єднують так, щоб кінець однієї частини фазной обмотки був приєднаний до кінця іншій частині цієї ж обмотки, розташованої на іншому стрижні. Зигзаг називають равноплечних, якщо частини обмоток, розташовувані на різних стрижнях і з'єднуються послідовно, однакові, і неравноплечності, якщо ці частини неоднакові. При з'єднанні в зигзаг ЕРС окремих частин обмоток геометрично віднімаються.
Висновки обмоток трансформаторів прийнято позначати наступним чином: обмотки ВН - початок обмоток А, В, С, відповідні кінці X, Y, Z; обмотки НН - початку обмоток а, b, с, відповідні кінці х, у, z.
При з'єднанні обмоток зіркою лінійну напругу більше фазного в
Ставлення лінійних напруг трифазного трансформатора визначається наступним чином:
Схема з'єднання обмоток
Видно, що ставлення лінійних напруг в трифазному трансформаторі визначається не тільки ставленням чисел витків фазних обмоток, а й схемою їх з'єднання.
Розглянемо спосіб з'єднання "зірка".
На малюнку зображена векторна діаграма напруг і умовне позначення схеми з'єднання обмоток трансформатора.
Точка на схемі трансформатора позначає кінець вектора ЕРС або початок обмотки.
При з'єднанні зіркою лінійні (Iл) і фазні струми (I ф) однакові, тому що для струму, що проходить через фазну обмотку, немає іншого шляху, крім лінійного проводу. Лінійні напруги (Uл) більше фазних (Uф) в
З'єднання в зірку виконується з нульовим виводом або без нього, що є гідністю схеми з'єднання
З'єднання в "трикутник":
При з'єднанні трикутником Uл = Uф, тому що каждиедва лінійних дроти приєднані до початку і кінця однієї з фазних обмоток, а все фазні обмотки однакові. Лінійні струми Iл =
Потужність трифазного системи не залежить від схеми з'єднання (зіркою або трикутником) івизначають виразами:
де j - кут зсуву фаз між напругою і струмом.
Групи з'єднання обмоток трифазного трансформатора
При визначенні групи з'єднання обмоток трансформатора користуються циферблатом годин. Лінійний вектор обмотки вищої напруги (ВН) відповідає хвилинній стрілці циферблата годинника і встановлюється на цифру 12, годинникова стрілка відповідає лінійному вектору ЕРС обмотки низької напруги (НН) і її поворот по відношенню до обмотці ВН визначає номер групи і кут повороту = n * 30 0. де n - група.
Визначимо групу з'єднання обмоток трансформатора з'єднання "зірка-зірка". Для побудови діаграми умовно об'єднують однойменні висновки обмоток первинної (С) і вторинної (с) ланцюгів трансформатора. З побудови видно, що номер групи з'єднання дорівнює
Визначимо групу з'єднання обмоток трансформатора для з'єднання "зірка-трикутник". Для побудови діаграми умовно об'єднуємо однойменні висновки обмоток первинної (а) і вторинної (А) ланцюгів трансформатора. З побудови видно, що номер групи з'єднання дорівнює n = j / 30 ° = 30 ° / 30 ° = 1.
З'єднання вторинних обмоток трансформатора в зигзаг
З'єднання зигзагом застосовують для того, щоб навантаження вторинних обмоток розподілити більш рівномірно між фазами первинної мережі, а також для розщеплення фаз при створенні многопульсних випрямлячів і в інших випадках.
Для з'єднання зигзагом вторинна обмотка кожної фази складається з двох половин: одна половина розташована на одному стрижні, інша - на іншому. При такому з'єднанні е.р.с. обмоток, розташованих на різних стрижнях зрушені на кут 120 0..
Кут повороту вектора ЕРС вторинної ланцюга по відношенню до первинної залежить від співвідношення витків W21 / W22.
Вплив схеми з'єднання обмоток на роботу трифазних трансформаторів в режимі холостого ходу
З рівнянь струмів третьої гармоніки в трифазній системі
видно, що ці струми в будь-який момент часу збігаються по фазі, т. е. мають однаковий напрямок. Цей же висновок поширити-ється на всі вищі гармоніки струму, кратні трьом, - 3, 9, 15 і т.д. Ця обставина істотно впливає на про-процеси, які супроводжують намагнічування осердя при трансформуванні трифазного струму.
Розглянемо особливості режиму холостого ходу трифазних трансформаторів для деяких схем з'єднанні обмоток.
СоедіненіеY / Yo. Якщо напруга підводиться з боку про-моток, з'єднаних зіркою без нульового виводу, то то-ки третьої гармоніки (і кратні трьом - 9, 15 і т. Д.), Збігаючись по фазі у всіх трьох фазах, дорівнюватимуть нулю. Пояснюється це відсутністю нульового проводу, а отже, відсутністю виходу з ну-лівої точки. В результаті струми третьої і гармонік кратних трьом будуть взаємно компенсувати-ся і намагнічує струм трансформатора виявиться синусоїдальним, але магнітний потік в магнітопроводі виявиться не-синусоїдальним (упло-щенним) з явно Вира-женним потоком третьої гармоніки Ф3.
Потоки третьої гармоніки не можуть замкнутися в трехстержневом муздрамтеатрі, так як вони збігаються по фазі. Ці потоки замикаються через повітря (масло) і металеві стінки бака. Велике магнітне опору-ня потоку Ф3 послаблює його величину, тому що наводяться потоку-ми Ф3 в фазних обмотках ЕРС третьої гармоніки невеликі і зазвичай їх амплітуда не перевищує 5 ... 7% від амплітуди основної гармоніки. На практиці потік Ф3 враховують лише з точки зору втрат від вихрових струмів, індукованих цим потоком в стінках бака. Напри-заходів, при індукції в стрижні муздрамтеатру близько 1,4 Тл втрати від вихрових струмів в баку складають близько 10% від втрат у муздрамтеатрі, а при індукції 1,6 Тл ці втрати зростають до 50 ... 65%.
У разі трансформаторної групи, що складається з трьох однофазних трансформаторів, магнітопроводи окремих фаз магнітно не пов'язані, тому магнітні потоки третьої гармоніки всіх трьох фаз безперешкодно замикаються (потік кожної фази замикається в своєму муздрамтеатрі). При цьому значення потоку Ф3 може досягати 15 ... 20% від Ф1.
Несинусоїдальний магнітний потік Ф, що містить крім основної гармоніки Ф1 ще й третю Ф3. наводить в фазних обмотках несинусоїдальну ЕРС.
Підвищена частота 3ω магнітного потоку Ф3 призводить до появи значної ЕРС є3. різко збільшує ампли-тудно значення фазної ЕРС обмотки при тому ж її чинному значенні, що створює несприятливі усло-вия для електричної ізоляції обмоток.
Амплітуда ЕРС третьої гармоніки в трансформаторній групі може досягнень-гать 45-65% від амплітуди основної гармоніки. Однак слід зазначити, що ли-лінійні ЕРС (напруги) залишаються синусоїдальними і не містять третьої гармоніки, так як при з'єднанні обмо-ток зіркою фазні ЕРС e3A. e3B і е3С. сов-падаючи по фазі, не створюють лінійної ЕРС. Пояснюється це тим, що лінійна ЕРС при з'єднанні обмоток зіркою визначається різницею фазних ЕРС. Так, для основної гармоніки лінійна ЕРС.
Якщо первинна обмотка трансформатора є обмот-кою НН і її нульовий висновок при-з'єднаний до нульового висновку гені-ратора, то намагнічуючі струми фаз містять треті гармоніки. Ці струми збігаються по фазі, а тому всі вони спрямовані або від трансформатора до генера-тору, або навпаки. У нульовому проводі буде протікати струм, рав-ний 3i3. При цьому магнітний потік трансформатора, а слідові-тельно, і ЕРС в фазах будуть синусоидальности.
З'єднання, при яких обмотки будь-якої сторони трансформатора (НН або ВН) з'єднані в трикутник. Ці схеми з'єднання найбільш бажані, так як вони позбавлені не-статків, розглянутих раніше схем.
Припустимо, що в трикутник з'єднані первинні обмотки трансформатора. Тоді струм третьої гармоніки безперешкодно замикається в замкнутому контурі фазних обмоток, з'єднаних в трикутник. Але якщо намагнічує струм со-тримає третю гармоніку, то магнітні потоки в стрижнях, а отже, і ЕРС в фазах практично синусоїдальної.
Якщо ж вторинні обмотки трансформатора з'єднані в трикутник, а первинні - в зірку, то ЕРС третьої гармоніки, наведені у вторинних обмотках, створюють в замкнутому контурі трикутника ток третьої гармоніки. Цей струм створює в муздрамтеатрі магнітні потоки третьої гармоніки Ф23. спрямовані зустрічно потокам третьої гармоніки від намагнічує струму Ф13 (за правилом Ленца). В результаті результуючий потік третьої гармоніки Фрез3 = Ф13 + Ф23 значно послаблюється і практичні скі не впливає на властивості трансформаторів.