Лекция 20 Трехфазные трансформаторы

Магнитопровод трехфазного трансформатора состоит из трех стержней А, В, С, концы которых замыкаются ярмом Д. На каждом стержне расположены две обмотки одной фазы, причем обмотки ВН намотаны поверх обмоток НН (на рис. 3.13 обмотки каждой фазы для наглядности условно смещены).

. Конструкция трех­фазного трансформатора

Начала обмоток ВН обозначают А, В, С, концы – X, Y, Z; у обмоток НН a, b, c – начала, x, y, z – концы. Первичные и вторичные обмотки могут соединяться звездой ( ), звездой с выделенной нейтралью ( ) и треугольником ( ). Способ соединения обмоток ВН указывают первым, а способ соединения обмоток НН – через наклонную черту вторым, например, / . Фазный коэффи­циент трансформации

,

где фазные напряжения обмоток соответствуют режиму холостого хода.

Линейным коэффициентом трансформации называют отношение линейных напряжений в режиме холостого хода:

.

Свойства симметричных трехфазных цепей обуславливают соотношения между n_л и n_ф для разных типов соединения обмоток:

/ и / : n_л = n_ф; / : n_л = n_ф; Δ/Y: n_л = .

Наличие вывода нейтральной точки не изменяет этих соотношений.

При параллельной работе трансформаторов и при использовании измерительных трансформаторов важны фазовые сдвиги между пер­вичным и вторичным напряжениями. Поэтому трехфазные трансфор­маторы делят на группы соединений в зависимости от сдвига фаз одноименных линейных напряжений обмоток ВН и НН. У трехфазных трансформаторов угол сдвига этих напряжений кратен 30°, что делает возможным 12 групп соединений, которые нумеруют целыми числами 0, 1, 2, …, 11. Для определения номера группы соединения нужно найти в градусах угол, на который вектор линейного напряжения обмотки НН отстает от одноименного вектора линейного напряжения обмотки ВН, и разделить этот угол на 30°. Угол отставания определяется против часовой стрелки от вектора НН до вектора ВН.

Определим группу соединения трансформатора, обмотки которого соединены в соответствии с рис. , а.

Схема трехфазного транс­форматора / (а) и его векторная диаграмма (б)

Строим топографическую диаграмму напряжений для обмоток ВН, соединенных звездой (рис. б). Находим вектор одного из линейных напряжений, например U; (_AB. Одноименные фазные напряжения U; (_A и U; (_a совпадают по фазе, это справедливо и для других одноименных пар фазных напряжений. Начало U; (_a совмещаем с точкой А. Вектор фазного напряжения U; (_с в соответствии со схемой соединения нужно расположить так, чтобы его начало, т. е. точка с, совпала с точкой x. Продолжив построения, получим треугольник abc вторичных напряжений. Соединив точки a и b, получим вектор U; (_ab, угол отставания (именно отставания) которого от вектора U; (_AB равен 330°. Номер группы равен 11. Для определения номера группы удобно векторы U; (_AB и U; (_ab интерпретировать соответственно минутной и часовой стрелками на циферблате. Считая, что минутная стрелка показывает ноль минут, получим показания часов, определяющие номер группы.

Трансформаторы для дуговой сварки и автотрансформаторы

В электросварке используется явление электрической дуги, возникающей между электродом и свариваемой деталью. Электрическая схема сварочного трансформатора приведена на рис. 3.15, а. Обмотки 1 и 2 образуют понижающий трансформатор. При холостом ходе напряжение между электродом 6 и деталью 7 U_2x = 60¸70 В, а при номинальном режиме U_2ном = 30 В.

Для получения качественной сварки требуется устойчивое горение дуги, что наблюдается, если ток сварки I₂ почти не изменяется. При I₂ ≈ const внешняя характеристика должна иметь круто падающий участок (рис. 3.15, б). Такая характеристика получается при увеличенном потоке рассеяния трансформатора, что обеспечивается намоткой обмоток 1 и 2 на разных стержнях магнитопровода. Для изменения внешней характеристики, а значит и тока сварки (рис. 3.15, а, во вторичную цепь последовательно включают дроссель (реактор) 3 с изменяемым зазором 5 между сердечником и якорем 4. Второе назначение дросселя – ограничение тока короткого замыкания. Коэффициент мощности сварочных трансформаторов низок (0,4¸0,5).

Конструкция (а) и внеш­ние характеристики (б) сварочного трансформатора;

Автотрансформатором называют трансфор­матор, у которого обмотки высшего и низшего напряжений имеют магнитную и электрическую (гальваническую) связь. У понижающегоо автотрансформатора (рис. 3.16) вторичная обмотка с числом витков w₂ является частью первичной с числом витков w₁. Пренебрегая потерями в обмотках, рассеянием магнитного потока и током холостого хода, получим

. Схема автотрансформатора

.

Ток обмотки w₂

,

а в двухобмоточном трансформаторе ток вторичной обмотки I₂ = nI₁. Если n незначительно отличается от единицы (для автотрансформаторов характерно n ≤ 3), то I₁₂ значительно меньше I₂ двухобмоточного трансформатора (при прочих равных условиях). Поэтому у автотрансформатора сечение провода, масса, габариты и потери меньше, чем у трансформатора той же мощности.

Существенным недостатком автотрансформатора является наличие гальванической связи между обмотками, что требует для обмотки НН изоляцию такую же, как и для обмотки ВН. Из условий электробезопасности не допускается использовать автотрансформаторы для питания цепей низкого напряжения от высоковольтной сети.

Автотрансформаторы применяются при пуске мощных асинхронных и синхронных двигателей, при соединении высоковольтных сетей с разным напряжением. Маломощные автотрансформаторы используют в устройствах автоматики, электросвязи, радиоаппаратуре. Широкое распространение получил лабораторный автотрансформатор (ЛАТР), позволяющий плавно регулировать выходное напряжение.