5.11. Схемы и группы соединения обмоток трехфазных трансформаторов

Встречаются различные варианты соединения первичной и вторичной обмоток. Трехфазные обмотки трансформаторов могут быть соединены «звездой», «треугольником» или соединением «зигзаг». Схема соединения обмоток обычно обозначается следующими знаками: а)  соединение «звезда» без вывода средней точки, б)  соединение «звезда» с выводом средней точки или с нулевым проводом, в)  соединение «треугольник», г) – соединение «зигзаг», д)  соединение «зигзаг» с нулевым проводом. Лучшим из всех соединений считается соединение (рис. 5.29, a), когда первичная и вторичная обмотки соединены «звездой» с нулевым проводом. Такое соединение используется у трансформаторов малой и средней мощности.

Рис. 5.29

Соединение «треугольник» наиболее эффективно с точки зрения конструкции, если речь идет о трансформаторах с большими токами вторичной обмотки трансформаторов большой мощности. Первичная обмотка трансформатора, схема которого изображена на рис. 5.29, в, соединена «звездой» с нулевым проводом. Вторичная обмотка этого трансформатора, схема которого изображена на рисунке 5.29, б, соединена «зигзагом» с нулевым проводом. Особенность соединения «зигзаг» заключается в том, что на одной колонне расположены по две одинаковые полуобмотки ( и фазы , например). Полуобмотка фазы a соединена с полуобмоткой фазы так, как показано на рис. 5.29, в.

Следовательно, фазное напряжение соединения «зигзаг» формируется двумя напряжениями разных фаз, которые сдвинуты между собой на 60 градусов. Все три пары последовательно соединенных обмоток соединены «звездой». Если напряжение каждой вторичной обмотки обозначить , , , то фазные выходные напряжения могут быть выражены через напряжения отдельной обмотки .

Векторная диаграмма, поясняющая получение фазных выходных напряжений трансформатора с соединением вторичной обмотки типа «зигзаг», представлена на рис. 5.30. Фазное напряжение , например, получено сложением вектора и вектора напряжения . Соединение «зигзаг» используется в трансформаторах, работающих на выпрямительные установки.

Рис. 5.30

Коэффициент трансформации фазных напряжений трехфазных трансформаторов определяется отношением количества витков первичной обмотки к количеству витков вторичной обмотки. Это не относится к соединению «зигзаг». В общем случае он равен отношению фазных напряжений . Коэффициент трансформации линейных напряжений равен отношению линейных напряжений и зависит от способа соединения обмоток трансформатора.

Если для питания нагрузки используется один трансформатор, то потребителя интересует лишь коэффициент трансформации этого устройства и способ соединения вторичных фазных обмоток. Большинство трансформаторов позволяет соединять обмотки тем или другим способом, поэтому особых проблем при использовании одиночного трансформатора не возникает. Однако при развитии систем электроснабжения для увеличения мощности подстанций включают трансформаторы параллельно.

При необходимости использования двух трансформаторов, работающих параллельно, уже недостаточно обозначить способ соединения обмоток трансформатора. Очень важно знать не только номинальные значения первичного и вторичного напряжений, но и их фазовый сдвиг. Для определения фазовых соотношений между первичным и вторичным напряжением вводится понятие группы соединения трансформатора. Группа соединений трансформатора определяется фазовым сдвигом между линейным первичным напряжением и линейным вторичным напряжением.

Первичная и вторичная обмотки фазы трансформатора находятся на одном сердечнике и сцепляются с одним и тем же потоком (рис. 5.31).

а б в

Рис. 5.31

Если направление намотки обмоток совпадает, то ЭДС, наводимые в обмотках, имеют в каждый момент времени одинаковое направление относительно зажимов обмоток. В этом случае фазные напряжения и совпадают по фазе (см. рис. 5.31, а). При изменении маркировки выводов вторичной обмотки (см. рис. 5.31, б) векторы напряжений первичной и вторичной обмоток находятся в противофазе. Если первичная и вторичная обмотки намотаны в разных направлениях, а обозначения зажимов обмоток сохранены, напряжения и находятся в противофазе. Векторы и направление намотки показаны на рис. 5.31, в. Для обозначения фазового сдвига между напряжениями используются не единицы измерения угла, а часовой циферблат (рис. 5.32).

а

в

б

г

Рис. 5.32

В качестве примера определим группу соединения трансформатора, схема которого изображена на рис. 5.32, a. Первичная обмотка трансформатора соединена «звездой» без нулевого провода. Вторичная обмотка соединена «треугольником».

Векторная диаграмма напряжений первичной и вторичной обмоток представлена на рис. 5.32, б. Выделим линейное напряжение первичной обмотки и напряжение вторичной обмотки. Напряжение опережает напряжение на 30 (рис. 5.32, в). Переносим векторы линейных напряжений на циферблат, совмещая начала векторов с центром циферблата (показано пунктиром на рис. 5.32, г). Поворачиваем векторы таким образом, чтобы при сохранении фазового сдвига между напряжениями вектор линейного напряжения первичной обмотки располагался на цифре 12 циферблата. Обычно рассматривают вектор линейного напряжения первичной обмотки как большую стрелку часов, а линейное напряжение вторичной обмотки как часовую стрелку. Показание полученных таким образом часов определит группу соединения трансформатора. Таким образом, обмотки указанного трансформатора относятся к группе соединений .

В заключении выделим основные позиции для определения группы соединения трансформатора:

1. построить вектор линейного напряжения первичной обмотки по известным фазным напряжениям;

2. определить векторы фазных напряжений вторичной обмотки;

3. построить вектор линейного напряжения вторичной обмотки;

4. рассматривая вектор линейного напряжения как большую стрелку часов, поместим его на цифру 12;

5. рассматривая вектор вторичного напряжения как малую стрелку часов, поместить эту стрелку на циферблат в полном соответствии с фазовым сдвигом двух указанных векторов на векторной диаграмме;

6. показание часов определит группу соединения трансформатора.

При определении группы соединения особое внимание следует обратить на порядок следования фаз трехфазного трансформатора. Порядок следования фаз первичной обмотки должен соответствовать порядку следования фаз вторичной обмотки.