Принципът на действие и устройството на трифазни трансформатори

Трифазният ток може да се трансформира от три напълно отделни еднофазни трансформатора. В този случай намотките и на трите фази не са магнитно свързани помежду си: всяка фаза има своя собствена магнитна верига. Но същият трифазен ток може да се трансформира с един трифазен трансформатор, при който намотките и на трите фази са магнитно свързани помежду си, тъй като имат обща магнитна верига.

Да се ​​изясня принцип на работа и устройство на трифазен трансформатор, представете си три еднофазен трансформатор, прикрепени един към друг, така че трите им пръта образуват един общ централен прът (фиг. 1). На всеки от другите три пръта се наслагват първични и вторични намотки (на фиг. 1 вторичните намотки не са показани).

Да предположим, че първичните намотки на всички крака на трансформатора са абсолютно еднакви и навити в една и съща посока (на фиг. 1, първичните намотки се навиват по часовниковата стрелка, когато се гледа отгоре). Свързваме всички горни краища на бобините към неутрален О и довеждаме долните краища на бобините към трите извода на трифазната мрежа.

Снимка 1.

Токовете в намотките на трансформатора ще създадат магнитни потоци, променящи се във времето, които всеки ще се затвори в своя собствена магнитна верига. В централната композитна пръчка магнитните потоци ще се сумират и ще дадат нула общо, тъй като тези потоци се създават от симетрични трифазни токове, спрямо които знаем, че сумата от техните моментни стойности е нула по всяко време.

Например, ако токът в бобината AX Аз, беше най -големият и се проведе в посоченото на фиг. 1 посока, тогава магнитният поток би бил равен на най -голямата му стойност Ф и беше насочен в централната композитна пръчка отгоре надолу. В другите две намотки BY и CZтечения I2 и Аз3 в същия момент във времето са равни на половината от най-високия ток и имат обратна посока по отношение на тока в бобината AX (това е свойството на трифазни токове). Поради тази причина в прътите на намотките BY и CZ магнитните потоци ще бъдат равни на половината от максималния поток, а в централната композитна пръчка те ще имат обратна посока по отношение на потока на намотката AX. Сумата от потоци във въпросния момент е равна на нула. Същото важи и за всеки друг момент.

Няма поток в централния прът не означава, че няма поток в останалите пръти. Ако унищожим централния прът и свържем горния и долния хомот в общи игове (виж фиг. 2), тогава потокът на намотката AX ще намери своя път през сърцевините на намотките BY и CZ, а магнитодвижещите сили на тези намотки ще се добавят заедно с магнитодвижещата сила на намотката AX. В този случай бихме получили трифазен трансформатор с обща магнитна верига и за трите фази.

Фигура 2.

Тъй като токовете в бобините са фазово изместени с 1/3 от периода, създаваните от тях магнитни потоци също се изместват във времето с 1/3 от периода, т.е. най-големите стойности на магнитните потоци в прътите намотките следват една след друга след 1/3 от периода …

Последицата от фазовото изместване на магнитните потоци в сърцевините с 1/3 от периода е същото фазово изместване и електродвижещите сили, предизвикани както в първичните, така и във вторичните намотки, наложени върху прътите. Електромоторните сили на първичните намотки почти балансират приложеното трифазно напрежение.Електродвижещите сили на вторичните намотки, с правилното свързване на краищата на бобините, дават трифазно вторично напрежение, което се подава във вторичната верига.

Що се отнася до конструкцията на магнитната верига, трифазните трансформатори, подобно на еднофазните, са разделени на пръчкови фиг. 2. и бронирани.

Трифазните щангови трансформатори се класифицират в:

а) трансформатори със симетрична магнитна верига и

б) трансформатори с асиметрична магнитна верига.

На фиг. 3 схематично показва плъзгащ трансформатор със симетрична магнитна верига, а на фиг. 4 е показан прътов трансформатор с небалансирана магнитна верига. Както се вижда от трите железни пръта 1, 2 и 3, захванати отгоре и отдолу с плочи от железен хомот. На всеки крак има първични I и вторични II бобини от една фаза на трансформатора.

Фигура 3.

В първия трансформатор прътите са разположени във върховете на ъглите на равностранен триъгълник; вторият трансформатор има прътите в същата равнина.

Разположението на прътите в върховете на ъглите на равностранен триъгълник дава равни магнитни съпротивления за магнитните потоци и на трите фази, тъй като пътищата на тези потоци са еднакви. Всъщност магнитните потоци на трите фази преминават всяка отделно през една вертикална пръчка напълно и през другите две пръчки наполовина.

На фиг. 3 пунктираната линия показва начините за затваряне на магнитния поток на фазата на пръта 2. Лесно е да се види, че за потоците от фазите на прътите 1 и 3 пътищата за затваряне на техните магнитни потоци са точно същото. Това означава, че разглежданият трансформатор има същите магнитни съпротивления за потоците.

Разположението на прътите в една равнина води до факта, че магнитното съпротивление за потока на средната фаза (на фиг. 4 за фазата на пръта 2) е по -малко, отколкото за потоците на крайните фази (на фиг. 4 — за фазите на прътите 1 и 3).

Фигура 4.

Всъщност магнитните потоци на крайните фази се движат по малко по -дълги пътища от потока на средната фаза. Освен това потокът от крайните фази, напускащи прътите си, преминава изцяло в едната половина на ярема и само в другата половина (след разклоняване в средната пръчка) преминава половината от нея. Потокът от средната фаза на изхода от вертикалната пръчка веднага се разклонява на две половини и следователно само половината от потока на средната фаза преминава в двете части на игото.

По този начин потоците на крайните фази насищат ярема в по -голяма степен от потока на средната фаза и следователно магнитното съпротивление за потоците на крайните фази е по -голямо, отколкото за потока на средната фаза.

Последицата от неравенството на магнитните съпротивления за потоците от различни фази на трифазен трансформатор е неравенството на токовете на празен ход в отделни фази при едно и също фазово напрежение.

Въпреки това, с ниско насищане на желязото на игото и доброто сглобяване на желязото на прътите, това неравенство на токовете е незначително. Защото Тъй като конструкцията на трансформатори с асиметрична магнитна верига е много по -проста от тази на трансформатор със симетрична магнитна верига, първите трансформатори се оказаха предимно използвани.Симетричните трансформатори на магнитна верига са рядкост.

Като се има предвид фиг. 3 и 4 и ако приемем, че токовете преминават и през трите фази, лесно е да се види, че всички фази са магнитно свързани помежду си. Това означава, че магнитодвигателните сили на отделните фази си влияят взаимно, което нямаме, когато трифазният ток се трансформира от три еднофазни трансформатора.

Втората група трифазни трансформатори са бронирани трансформатори. Брониран трансформатор може да се разглежда така, сякаш е съставен от три еднофазни бронирани трансформатора, прикрепени един към друг с хомота.

На фиг. 5 схематично изобразява брониран трифазен трансформатор с вертикално разположена вътрешна сърцевина.От фигурата е лесно да се види, че чрез равнините AB и CD тя може да бъде разделена на три еднофазни бронирани трансформатора, чиито магнитни потоци могат да бъдат затворени всеки в своя собствена магнитна верига. Пътеките на магнитните потоци на фиг. 5 са обозначени с пунктирани линии.

Фигура 5.

Както се вижда от фигурата, в средните вертикални пръти а, върху които се наслагват първичните I и вторични II намотки от същата фаза, пълният поток преминава, докато в хомотите b-b и страничните стени преминава половината от потока. При същата индукция напречните сечения на ярема и страничните стени трябва да са половината от напречното сечение на средния прът a.

Що се отнася до магнитния поток в междинните части c — c, неговата стойност, както ще видим по -долу, зависи от начина на включване на средната фаза.

Основното предимство на бронираните трансформатори пред прътните трансформатори са кратките пътища на затваряне на магнитния поток и следователно ниските токове на празен ход.

Недостатъците на бронираните трансформатори включват, първо, ниската наличност на намотки за ремонт, поради факта, че те са заобиколени от желязо, и второ, най -лошите условия за охлаждане на намотката — по същата причина.

В прътните трансформатори намотките са почти напълно отворени и следователно по -достъпни за проверка и ремонт, както и за охлаждащата среда.

Трифазен маслен трансформатор с тръбен резервоар: 1 — ролки, 2 — изпускателен кран за масло, 3 — изолационен цилиндър, 4 — намотка с високо напрежение, 5 — намотка с ниско напрежение, 6 — жила, 7 — термометър, 8 — клеми за ниско напрежение , 9 — клеми за високо напрежение, 10 — маслосъдържател, 11 — газови релета, 12 — индикатор за нивото на маслото, 13 — радиатори.

Повече подробности за устройството на трифазни трансформатори: Силови трансформатори — устройство и принцип на действие