8.10. 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.

Для трансформирования трехфазной системы токов можно вос­пользоваться трансформаторной группой — тремя однофазными транс­форматорами (рис. 8.20, а), работающими как один агрегат. Но можно объединить три однофазных трансформатора в один трехфазный аппа­рат и при этом получить экономию материалов. Покажем наглядно, что обусловливает экономию материала при построении трехфазного трансформатора.

Составим магнитопровод трехфазного трансформатора, оставив без изменения те части магнитопроводов трех однофазных трансфор­маторов, на которых расположены обмотки, и соединив свободные части вместе (рис. 8.20, б). Такое построение магнитной системы можно сопоставить с соединением трех электрических цепей по схеме звезда (см. рис. 3.4). Но для трехфазной системы при симметричной нагрузке нейтральный провод не нужен, так как тока в нейтральном проводе нет; отказавшись от нейтрального провода, получим эконо­мию меди. Нейтральному проводу в магнитной системе трехфазного трансформатора соответствует средний общий стержень (рис. 8.20, б). При симметричной трехфазной системе этот стержень не нужен и может быть удален (рис. 8.20, в), так как сумма мгновенных значе­ний трех магнитных потоков в любой момент времени равна нулю.

Симметричный магнитопровод (рис. 8.20, в) неудобен для изго­товления и обычно заменяется несимметричным магнитопроводом (рис. 8.20, г), который можно считать выпрямленным вариантом сим­метричного магнитопровода. Симметричная трехфазная система пер­вичных токов трансформатора возбуждает и в таком несимметричном

магнитопроводе симметричную систему магнитных потоков (см. § 7.1). Но вследствие неравенства магнитных сопротивлений различных стержней магнитопровода значения намагничивающих токов отдель­ных фаз не одинаковые. Однако эта несимметрия намагничивающих токов существенного значения не имеет.

Трансформаторная группа из трех однофазных трансформаторов дороже, чем трехфазный трансформатор той же мощности; она зани­мает больше места, и ее КПД несколько ниже. Но при такой группе в качестве резерва на случай аварии или при ремонте достаточно иметь один однофазный трансформатор, так как маловероятно одно­временное повреждение всех трех однофазных трансформаторов, а профилактически ремонтировать их можно поочередно. Для трех-

фазного трансформатора в качестве резерва необходим тоже трехфаз­ный трансформатор. Таким образом, трехфазная группа при прочих равных условиях обеспечивает большую надежность во время экс­плуатации. Наконец, перевозка и установка трех однофазных транс­форматоров большой мощности значительно проще перевозки и уста­новки трехфазного трансформатора значительно большей мощности.

Практически большинство трансформаторов малой и средней мощности выполняются трехфазными, а в случае больших мощностей вопрос решается с учетом всех конкретных условий. Согласно ГОСТ трехфазные трансформаторы изготовляются мощностью до 60 000 кВ • А, но, начиная с мощности 1800 кВ-А, допускается применение трех­фазных групп.

Выводы обмоток трехфазного трансформатора размечаются в по­рядке чередования фаз: на стороне высшего напряжения выводы А, В, С — начала обмоток, X, Y, Z — их концы; на стороне низшего на­пряжения — соответственно а, Ь, о и х, у, г (рис. 8.20, г).

Обмотки трехфазного трансформатора соединяются по схеме звезда или треугольник. Эти два соединения условно обозначаются символами Y и А. Соединение обеих обмоток трехфазного трансформа­тора по схеме звезда наиболее простое и дешевое. В этом случае каж­дая из обмоток и ее изоляция при глухом заземлении нейтральной точки должны быть рассчитаны на фазное напряжение и линейный ток. Так как число витков обмотки трансформатора прямо пропор­ционально напряжению (7.26), то при соединении по схеме звезда для каждой из обмоток необходимо меньшее число витков, но боль­шее сечение проводов с изоляцией, рассчитанной лишь на фазное напряжение. Соединение обеих обмоток по схеме звезда широко при­меняется для трансформаторов небольшой и средней мощности (при­мерно до 1800 кВА). Это соединение наиболее желательно при высо­ких напряжениях, так как при такой схеме изоляция обмоток рас­считывается лишь на фазное напряжение. Чем выше напряжение и меньше ток, тем относительно дороже соединение по схеме треуголь­ник.

Соединение обмоток по схеме треугольник конструктивно оправ­дано при больших токах. По этой причине соединение Y/можносчитать наиболее распространенным для трансформаторов большой мощности в тех случаях, когда на стороне низшего напряжения не ну­жен нейтральный провод.

Из соотношений в трехфазной системе (см. § 3.2 и 3.3) следует, что у трехфазных трансформаторов только отношение фазных на­пряжений U_1ф/U_2ф приближенно равно отношению чисел витков первичной и вторичной обмоток (w_l/w₂), а отношение линейных на­пряжений зависит от вида соединения обмоток. При одинаковом соединении (Y/Y или /) отношение линейных напряжений равнофазному коэффициенту трансформации. Но при различных соедине­ниях (Y/и/Y) отношение линейных напряжений меньше или больше этого коэффициента в раз. Поэтому можно изменить вторичноелинейное напряжение трансформатора соответствующим изменением схемы соединения его обмоток.