4.5. Классификация магнитных систем и способов

соединения обмоток трехфазных трансформаторов

Трехфазный трансформатор может быть образован из трех однофазных при определенном соединении обмоток. Такой трансформатор называется групповым или трансформаторной группой (рис. 4.13).

Трехфазный трансформатор можно выполнить с общей магнитной системой, например, на трехстержневом сердечнике, как это показано на рис. 4.14. Такой трансформатор называется трехстержневым.

В большинстве случаев силовые трансформаторы выполняются как трехстержневые. Они дешевле и имеют меньшие габариты. Трансформаторы большой мощности выполняются как групповые, так как каждая фаза трансформатора имеет меньшие габариты, поэтому такой трансформатор легче транспортировать. Кроме того, в резерве достаточно иметь однофазный трансформатор, а в случае трехстержневого – такой же трансформатор.

В отношении магнитных систем разница между групповым и трехстержневым трансформатором та, что магнитные системы фаз первого независимы друг от друга, тогда как у второго связаны.

На каждом стержне трехстержневого трансформатора располагаются обмотки ВН и НН. При симметричном напряжении, подведенном к первичной обмотке, магнитные потоки фаз также будут представлять собой симметричную систему. Однако длина магнитопровода для средней фазы (смотри рис. 4.14) меньше, чем для крайних, поэтому магнитные сопротивления фаз А и С больше, чем в фазе В. Поэтому токи холостого хода будут несимметричными (I_оа = I_ос > I_ов). Но ток холостого хода мал (I₆ =(0,0040,04)·I_н), поэтому его несимметрия практического значения не имеет и ее можно не учитывать.

Обмотки трехфазного трансформатора могут быть соединены: звездой (Y), треугольником (∆), иногда зигзагом (Z). Начала обмотки ВН обозначают буквами А,В,С, концы – X, Y, Z. Соответственно в обмотке НН а, b, с и x, y, z.

При соединении звездой концы фазовых обмоток объединяют в одну общую точку, а начала оставляют свободными, как показано на рис. 4.15а. При соединении звездой , . Здесь же показано соединение обмотки треугольником, когда начало каждой фазы соединяется с концом другой фазы (рис. 4.15 б).

В этом случае , а .

Соединение обмотки в зигзаг применяется редко (рис. 4.16). Сущность этого способа состоит в том, что каждая фаза обмотки НН разделяется на две равные части, которые располагаются на разных стержнях и включаются последовательно. При этом вторая половина обмотки включается встречно. Из векторной диаграммы (рис. 4.17) следует, что суммарная ЭДС в данном случае меньше в раз по сравнению со случаем соединения обмотки звездой (обе половины обмотки располагаются на одном стержне).

Следовательно, расход обмоточного провода при соединении зигзаг на 15% больше, чем при обычном выполнении обмоток.

4.6. Группы соединения обмоток

В зависимости от угла сдвига между векторами линейных ЭДС первичной и вторичной обмоток () схемы соединения трансформаторов разделяются на группы. Для обозначения групп применяется ряд чисел от 0 до 11. Условно за единицу измерения принят угол в 30. В этом случае номер группы численно равен отношению /30. Отсчет угла  производится от вектора ЭДС обмотки ВН к вектору ЭДС обмотки НН по часовой стрелке.

Угол , а следовательно, и группа соединения обмоток зависят от: 1) направления намотки обмоток; 2) обозначения концов обмотки; 3) от способа соединения обмоток трехфазных трансформаторов. Рассмотрим две первые причины на примере однофазного трансформатора. При одинаковой намотке обмоток (снизу вверх по часовой стрелке) ЭДС. В них при заданном направлении магнитного потока Ф указана стрелками на рисунке 4.18.

Векторная диаграмма ЭДС будет иметь вид, показанный на рис. 4.19 а). Угол =0 и группа обозначается 0. Если изменить направление намотки обмотки НН на противоположные, то и ЭДС в ней будет направлена от а к х, как это показано на рис. 4.19,б).  = 180; группа соединения обмоток будет равна .

Тот же результат получим, если на исходной схеме (рис. 4.18) поменяем местами обозначения концов обмотки, как указано в скобках. Таким образом, в однофазных трансформаторах возможны две группы: 0 и 6. В соответствии с ГОСТ применяется группа 0.

В трехфазных трансформаторах возможны большие комбинации схем обмоток и их групп. Рассмотрим трансформатор у которого обмотки ВН и НН звездой (Y/Y).

Предположим, что фазные ЭДС первичных и вторичных обмоток в одноименных фазах совпадают. Векторные диаграммы для этого случая изображены на рис. 4.20. Угол  равен , что соответствует нулевой группе.

Рассмотрим соединения обмоток трансформатора по схеме звезда-треугольник (Y/∆). При тех же допущениях векторные диаграммы ЭДС изображены на рис. 4.21. Из их сопоставления находим, что , поэтому группа равна .

Если на рис. 4.21 поменять местами зажимы a, b, c и x, y, z, то получим  = 150 и пятую группу. Если в случае Y/∆ произвести полную перемаркировку фаз, то получим все остальные нечетные группы 9, 7, 3 и 1. При перемаркировке обозначений концов фаз в случае соединения обмотки по схеме Y/Y или ∆/∆ получаем все четные группы: 0, 2, 4, 6, 8, 10.

Из этого многообразия у нас в стране в соответствии с ГОСТом применяются лишь две группы 0 и 11. Группа соединения, на которую рассчитан трансформатор указывается в паспорте и на заводском щитке трансформатора.

Группа Y/Y₀ – 0 применяется в тех случаях, когда нагрузка носит осветительно-силовой характер. В тех случаях когда U₂ > 400 В, применяется группе Y/∆ - 11 или Y₀/∆.