Princíp činnosti a zariadenie trojfázových transformátorov

Trojfázový prúd je možné transformovať tromi úplne samostatnými jednofázovými transformátormi. V tomto prípade nie sú vinutia všetkých troch fáz navzájom magneticky spojené: každá fáza má svoj vlastný magnetický obvod. Rovnaký trojfázový prúd je však možné transformovať pomocou jedného trojfázového transformátora, v ktorom sú vinutia všetkých troch fáz navzájom magneticky spojené, pretože majú spoločný magnetický obvod.

Na objasnenie princípu činnosti a zariadenia trojfázového transformátora si predstavte tri jednofázový transformátor, pripevnené k sebe tak, že ich tri prúty tvoria jeden spoločný stredový prút (obr. 1). Na každej z ostatných troch tyčí sú navrstvené primárne a sekundárne vinutia (na obr. 1 nie sú sekundárne vinutia zobrazené).

Predpokladajme, že primárne vinutia na všetkých nohách transformátora sú úplne rovnaké a navinuté v rovnakom smere (na obr. 1 sú primárne vinutia navinuté v smere hodinových ručičiek pri pohľade zhora).Všetky horné konce cievok pripojíme k neutrálu O a spodné konce cievok privedieme k trom svorkám trojfázovej siete.

Obrázok 1.

Prúdy vo vinutí transformátora vytvoria časovo premenlivé magnetické toky, z ktorých každý sa uzavrie vo svojom vlastnom magnetickom obvode. V centrálnej kompozitnej tyči sa magnetické toky budú celkovo rovnať nule, pretože tieto toky sú vytvárané symetrickými trojfázovými prúdmi, o ktorých vieme, že súčet ich okamžitých hodnôt je vždy nulový.

Napríklad, ak prúd v cievke AX I bol najväčší a prebiehal v uvedenom na obr. 1 smer, potom by sa magnetický tok rovnal jeho najväčšej hodnote Ф a smeroval do centrálnej kompozitnej tyče zhora nadol. V ďalších dvoch cievkach BY a CZ sú prúdy I2 a Az3 v ​​rovnakom časovom okamihu rovné polovici najvyššieho prúdu a majú opačný smer vzhľadom na prúd v cievke AX (toto je vlastnosť troch- fázové prúdy). Z tohto dôvodu sa v tyčiach cievok BY a CZ budú magnetické toky rovnať polovici maximálneho toku a v centrálnej kompozitnej tyči budú mať opačný smer vzhľadom na tok cievky AX. Súčet tokov v danom momente je nulový. To isté platí pre akýkoľvek iný moment.

Žiadny prietok v stredovej lište neznamená žiadny prietok v ostatných lištách. Ak zničíme centrálnu tyč a spojíme horné a spodné strmene do spoločných strmeňov (pozri obr. 2), potom si tok cievky AX nájde cestu cez jadrá cievok BY a CZ a magnetomotorické sily týchto cievky sa pridajú spolu s magnetomotorickou silou cievky AX. V tomto prípade by sme dostali trojfázový transformátor so spoločným magnetickým obvodom pre všetky tri fázy.

Obrázok 2

Keďže prúdy v cievkach sú fázovo posunuté o 1/3 periódy, aj nimi produkované magnetické toky sú časovo posunuté o 1/3 periódy, t.j. najväčšie hodnoty magnetických tokov v tyčiach a cievkach nasledujú za sebou po 1/3 periódy...

Dôsledkom fázového posunu magnetických tokov v jadrách o 1/3 periódy je rovnaký fázový posun a elektromotorické sily indukované v primárnom aj sekundárnom vinutí pôsobiace na tyče. Elektromotorické sily primárnych vinutí takmer vyrovnávajú privedené trojfázové napätie Elektromotorické sily sekundárnych vinutí pri správnom zapojení koncov cievok dávajú trojfázové sekundárne napätie, ktoré sa privádza do sekundárneho obvodu.

Pokiaľ ide o konštrukciu magnetického obvodu, trojfázové transformátory, rovnako ako jednofázové, sú rozdelené na tyčové obr. 2. a obrnený.

Trojfázové tyčové transformátory sa delia na:

a) transformátory so symetrickým magnetickým obvodom a

b) transformátory s asymetrickým magnetickým obvodom.

Na obr. 3 schematicky znázorňuje posuvný transformátor so symetrickým magnetickým obvodom a na obr. 4 znázorňuje tyčový transformátor s nevyváženým magnetickým obvodom. Ako vidno z troch železných tyčí 1, 2 a 3, zovretých hore a dole železnými strmeňovými platňami. Na každej nohe sú primárne I a sekundárne II cievky jednej fázy transformátora.

Obrázok 3.

V prvom transformátore sú tyče umiestnené vo vrcholoch uhlov rovnostranného trojuholníka; druhý transformátor má tyče v rovnakej rovine.

Usporiadanie tyčí vo vrcholoch rohov rovnostranného trojuholníka dáva rovnaké magnetické odpory pre magnetické toky všetkých troch fáz, pretože dráhy týchto tokov sú rovnaké. V skutočnosti magnetické toky troch fáz prechádzajú oddelene cez jednu vertikálnu tyč úplne a cez ďalšie dve tyče do polovice.

Na obr. 3 bodkovaná čiara znázorňuje spôsoby uzatvárania magnetického toku tyčovej fázy 2. Je ľahké vidieť, že pre toky fáz tyčí 1 a 3 sú spôsoby uzatvárania ich magnetických tokov úplne rovnaké. To znamená, že uvažovaný transformátor má rovnaké magnetické odpory pre toky.

Usporiadanie tyčí v jednej rovine vedie k tomu, že magnetický odpor pre tok strednej fázy (na obr. 4 pre fázu tyče 2) je menší ako pre toky koncových fáz (na obr. 4 — pre fázy tyčí 1 a 3).

Obrázok 4.

V skutočnosti sa magnetické toky koncových fáz pohybujú po trochu dlhších dráhach ako tok strednej fázy. Okrem toho tok terminálnych fáz opúšťajúcich ich tyče prechádza úplne jednou polovicou jarma a len druhou polovicou (po rozvetvení v strednej tyči) prechádza jeho polovica. Stredný tok na výstupe z vertikálnej tyče sa okamžite rozdelí na dve polovice, a preto len polovica strednofázového toku prechádza do dvoch častí strmeňa.

Toky koncových fáz teda saturujú jarmo vo väčšej miere ako tok strednej fázy, a preto je magnetický odpor pre toky koncových fáz väčší ako pre tok strednej fázy.

Dôsledkom nerovnomernosti magnetických odporov pre toky rôznych fáz trojfázového transformátora je nerovnosť prúdov naprázdno v jednotlivých fázach pri rovnakom fázovom napätí.

Avšak pri nízkej saturácii jarmového železa a dobrej montáži tyčového železa je táto nerovnosť prúdu zanedbateľná. Pretože konštrukcia transformátorov s asymetrickým magnetickým obvodom je oveľa jednoduchšia ako konštrukcia transformátora so symetrickým magnetickým obvodom, ukázalo sa, že väčšinou sa používajú prvé transformátory. Transformátory symetrických magnetických obvodov sú zriedkavé.

Vzhľadom na obr. 3 a 4 a za predpokladu, že prúdy prechádzajú všetkými tromi fázami, je ľahké vidieť, že všetky fázy sú navzájom magneticky spojené. To znamená, že magnetomotorické sily jednotlivých fáz sa navzájom ovplyvňujú, čo pri transformácii trojfázového prúdu tromi jednofázovými transformátormi nemáme.

Druhou skupinou trojfázových transformátorov sú pancierové transformátory. Pancierový transformátor možno považovať za zložený z troch jednofázových pancierových transformátorov, ktoré sú navzájom spojené strmeňom.

Na obr. 5 je schematicky znázornený pancierový trojfázový transformátor s vertikálne umiestneným vnútorným jadrom.Z obrázku je dobre vidieť, že cez roviny AB a CD ho možno rozdeliť na tri jednofázové pancierové transformátory, ktorých magnetické toky môžu byť uzavretý každý vo vlastnom magnetickom obvode . Dráhy magnetického toku na obr. 5 sú označené prerušovanými čiarami.

Obrázok 5.

Ako je zrejmé z obrázku, v stredných zvislých tyčiach a, na ktorých sú navrstvené primárne I a sekundárne II vinutia rovnakej fázy, prechádza plný tok, zatiaľ čo v jarmách b-b a bočných stenách prechádza polovica toku. . Pri rovnakej indukcii by mali byť prierezy strmeňa a bočných stien polovicou prierezu strednej tyče a.

Pokiaľ ide o magnetický tok v medziľahlých častiach c — c, jeho hodnota, ako uvidíme nižšie, závisí od spôsobu zahrnutia strednej fázy.

Hlavnou výhodou kotvových transformátorov oproti tyčovým sú krátke uzatváracie dráhy magnetického toku a teda nízke prúdy naprázdno.

Nevýhody pancierových transformátorov zahŕňajú po prvé nízku dostupnosť vinutí na opravu v dôsledku skutočnosti, že sú obklopené železom, a po druhé, najhoršie podmienky na chladenie vinutia - z rovnakého dôvodu.

V tyčových transformátoroch sú vinutia takmer úplne otvorené, a preto sú prístupnejšie pre kontrolu a opravu, ako aj pre chladiace médium.

Trojfázový olejový transformátor s rúrkovou nádržou: 1 — remenice, 2 — vypúšťací ventil oleja, 3 — izolačný valec, 4 — vinutie vysokého napätia, 5 — vinutie nízkeho napätia, 6 — jadro, 7 — teplomer, 8 — svorky pre nízke napätie, 9 — vysokonapäťové svorky, 10 — nádoba na olej, 11 — plynové relé, 12 — ukazovateľ hladiny oleja, 13 — radiátory.

Viac podrobností o zariadení trojfázových transformátorov: Výkonové transformátory — zariadenie a princíp činnosti