Электроника:Переменный ток/Многофазные цепи переменного тока/Трёхфазные цепи с трансформатором

Материал из Онлайн справочника
Перейти к навигацииПерейти к поиску

Перевод: Макаров В. (valemak) Контакты:</br>* Habr: @vakemak</br>* Сайт: www.valemak.com</br>Перевёл статей: 648.
Проверка/Оформление/Редактирование: Мякишев Е.А.


Трёхфазные цепи с трансформатором[1]

Поскольку трёхфазные сети так часто используются в системах распределения электроэнергии, вполне логично, что нам понадобятся трёхфазные трансформаторы, чтобы иметь возможность повышать или понижать напряжение.

Это верно лишь отчасти, поскольку обычные однофазные трансформаторы могут быть объединены вместе для преобразования мощности между двумя трёхфазными системами в различных конфигурациях, устраняя необходимость в специальном трёхфазном трансформаторе.

Однако для этих задач создаются и специальные трёхфазные трансформаторы, которые предъявляют меньшие требования к материалам, требуют провода меньших размеров и меньшего веса, чем их модульные аналоги.

Обмотки и соединения трёхфазного трансформатора

Трёхфазный трансформатор состоит из трёх наборов обмоток «первичная/вторичная». Каждый набор намотан на одну секцию решётчатого железного сердечника. По сути, это три однофазных трансформатора, совместно использующих объединённый сердечник:

Рис. 1. Сердечник трёхфазного трансформатора имеет три набора обмоток.

Эти наборы первичной и вторичной обмоток соединяются в конфигурации Δ или Y, формируя единый блок. В этой лекции мы в деталях рассмотрим различные комбинации способов соединения этих обмоток.

Независимо от того, используют ли наборы обмоток общий сердечник или каждая пара обмоток представляет собой отдельный трансформатор, варианты подключения обмоток одни и те же:

Первичный – вторичный

  • Y - Y
  • Y - Δ
  • Δ - Y
  • Δ - Δ

Причины выбора конфигурации Y или Δ для соединений трансформаторных обмоток те же, что и для любого другого трёхфазного приложения: Y-соединения обеспечивают возможность использования нескольких напряжений, в то время как Δ-соединения имеют более высокий уровень надёжности (если одна обмотка выходит из строя, две другие поддерживают полное линейное напряжение нагрузки).

Вероятно, наиболее важным аспектом соединения трёх наборов первичной/вторичной обмоток вместе для формирования трёхфазного трансформатора является правильная фазировка обмоток (выбор точек, используемых для обозначения «полярности» обмоток).

Запомните правильное соотношение фаз между фазными обмотками Δ и Y:

Рис. 2. (Y) Центральная точка Y-конфигурации должна связывать вместе либо все (-), либо все (+) точки намотки. (Δ) Полярности обмоток должны складываться вместе, т.е. (+) и (-) соседних обмоток примыкают друг к другу.

Правильная фазировка, когда обмотки не указаны в обычной конфигурации Y или Δ, может быть непростой задачей. Позвольте мне проиллюстрировать это, внимание на рисунок:

Рис. 3. Входы A1, B1, C1 могут быть подключены либо «Δ», либо «Y» способом, как и выходы A2, B2, C2.

Подключение фаз для трансформатора «YY»

Сначала разберём случай, когда три отдельных трансформатора звездообразно соединены вместе для преобразования мощности от одной трёхфазной системы к другой:

Рис. 4. Разводка фаз для трансформатора «YY».

Обратите внимание, как все концы обмотки, отмеченные точками, подключены к своим соответствующим фазам A, B и C, в то время как концы без точек соединены вместе, образуя центры каждой буквы «Y».

Соединение первичной и вторичной обмоток в виде «Y» позволяет использовать нейтральные проводники (N1 и N2) в каждой энергосистеме.

Разводка фаз для трансформатора «Y-Δ»

Теперь посмотрим на Y-Δ-конфигурацию:

Рис. 5. Разводка фаз для трансформатора «Y-Δ».

Обратите внимание на то, как вторичные обмотки (нижний ряд индукторов на рисунке) соединены в цепочку, причём сторона с «точкой» одной обмотки соединена со стороной «без точки» следующей, образуя петлю Δ.

В каждой точке соединения между парами обмоток выполняется подключение к линии второй энергосистемы (A, B и C).

Подключение фаз для трансформатора «Δ-Y»

Теперь давайте рассмотрим систему Δ-Y:

Рис. 6. Разводка фаз для трансформатора «Δ-Y».

Такая конфигурация позволит обеспечить несколько напряжений (между фазами или между фазой и нейтральным проводом) во второй энергосистеме, получаемых от исходной энергосистемы, не имеющей нейтрального провода.

Подключение фаз для трансформатора «Δ-Δ»

И наконец, перейдем к конфигурации Δ-Δ:

Рис. 7. Разводка фаз для трансформатора «Δ-Δ».

Когда нет необходимости в нейтральном проводе во вторичной энергосистеме, предпочтительны схемы подключения Δ-Δ из-за повышенной надёжности, присущей Δ-конфигурации.

Подключение фаз для трансформатора «V» или «Δ-размыкание»

Учитывая, что Δ-конфигурация может удовлетворительно работать даже в случае отказа одной из обмоток, некоторые разработчики энергосистем предпочитают создавать трёхфазную трансформаторную батарею только с двумя трансформаторами, что эквивалентно Δ-Δ-конфигурации, в которой одна обмотка отсутствует как на первичной, так и на вторичной сторонах:

Рис. 8. «V» или «Δ-размыкание» обеспечивает 2-φ мощность только с двумя трансформаторами.

Эта конфигурация называется «V» или «Δ-размыкание». Конечно, чтобы выдерживать такое же количество мощности, каждый из двух трансформаторов должны быть бо́льшие по размеру, чем любой из трёх трансформаторов в стандартной Δ-конфигурации. Но всё равно, если брать общие размеры, вес и стоимость, то оно того сто́ит.

Однако имейте в виду, что при отказе одного набора обмоток в подобной двухтрансформаторной Δ-схеме эта система больше не обеспечивает отказоустойчивость как в нормальной системе Δ-Δ. Если один из двух трансформаторов выйдет из строя, это определённо повлияет на напряжение и ток в нагрузке.

Пример из реальной жизни

Рис. 9. Трёхфазные трансформаторные Y-системы на ГЭС Гранд-Кули.

На следующей фотографии показана группа повышающих трансформаторов на плотине гидроэлектростанции Гранд-Кули в штате Вашингтон.

С этого ракурса можно увидеть несколько трансформаторов (зелёного цвета), которые сгруппированы в тройки: по три трансформатора на каждый гидроэлектрический генератор, соединённые вместе проводом в той или иной форме трёхфазной конфигурации.

На фотографии не показаны соединения первичной обмотки, но похоже, что вторичные обмотки соединены по Y-образной схеме, так как из каждого трансформатора выступает только один большой высоковольтный изолятор.

Это говорит о том, что другая сторона вторичной обмотки каждого трансформатора имеет заземлённый потенциал или близкий к таковому, что может быть верно только для Y-системы.

В здании слева находится электростанция, в которой размещены генераторы и турбины. Справа наклонная бетонная стена – нижняя поверхность плотины:

См.также

Внешние ссылки