Схемы и группы соединения обмоток трехфазных трансформаторов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Лекция

Схемы и группы соединения обмоток трехфазных трансформаторов

1. Схемы соединения обмоток

Направление ЭДС, которые наводятся в обмотках трансформаторов одним и тем же магнитным потоком, зависит от направления намотки витков. Если уклон витков совпадает с правой резьбой винта, намотка называется «правой», если с левой резьбой - «левой». При одинаковом направлении намотки первичной и вторичной обмоток ЭДС и совпадают по фазе, при различном - находятся между собой в противофазе (рис. 1).

Само понятие начала и окончания обмотки условно, но их строгое взаимное согласование абсолютно необходимо при различных соединениях обмоток. Начала и концы трехфазных обмоток высшего напряжения маркируются буквами «А - Х», «B - Y», «C - Z», а обмоток низшего напряжения - малыми буквами: «a - x», «b - y», «c - z». При необходимости (при наличии в обмотках ответвлений, в многообмоточных трансформаторах и в других случаях) к буквам добавляются цифровые индексы. Как первичные, так и вторичные трехфазные обмотки могут соединяться между собой по одной из следующих схем (рис. 2): «звезда» (Y), «треугольник» (), «зигзаг» (Z). Схемы соединения «звезда» и «зигзаг» могут иметь выведенную нейтраль (Y0, Z0). Первичные и вторичные обмотки могут иметь как одинаковые, так и различные схемы соединения, но во всех без исключения случаях необходимо строго соблюдать маркировку их выводов. На рис.2 показаны схемы соединения вторичных обмоток Y и .

При правильной маркировке всех выводов ЭДС образуют симметричную трехфазную систему векторов (звезду или равносторонний треугольник). Если направление намотки какой-либо обмотки (например, в фазе «С») изменить на противоположное, соответствующие вектора ЭДС также изменят направление.

В результате происходит искажение симметричной трехфазной системы. Замыкать соединение обмоток в в этом случае нельзя даже при холостом ходе, поскольку между выводами «z» и «x» действует разность ЭДС Еzx, по величине равная удвоенному междуфазному напряжению. Соединение «Z» образуется путем последовательно-встречного включения двух групп обмоток по схеме, представленной на рис. 3. Соединение «Z» значительно сложнее «Y» и «Д» и требует повышенного расхода материалов. Силовые трансформаторы с соединением вторичных обмоток «Z0» применяются в системах электроснабжения с большой несимметрией нагрузки. Это соединение используют также для увеличения числа фаз, получения различных фазовых сдвигов вторичных напряжений, исключения потоков вынужденного намагничивания в выпрямительных трансформаторах, и а других случаях.

2. Маркировка выводов обмоток

Маркировка выводов первичной обмотки. С помощью тестера, омметра или другого прибора необходимо определить все пары выводов, принадлежащих отдельным обмоткам. Начало и окончание одной из обмоток маркируется произвольно. Если это возможно, визуально определяется обмотка, расположенная на среднем стержне. К ее окончанию присоединяются по одному выводу других обмоток, предположительно - также окончания. Затем к базовой обмотке подводится напряжение U1, не превышающее номинальное.

Возникший в результате этого магнитный поток ФВ замыкается по двум крайним стержням. Потоки в этих стержнях направлены по отношению к обмоткам в противоположную сторону, а по величине равны примерно половине полного потока: . В результате в обмотках «А» и «С» наводится ЭДС, равная половине приложенного напряжения. При встречном включении обмоток (соединены одноименные выводы) ЭДС суммируются, и напряжения между свободными выводами обмоток будут равны: (рис. 4 - а). Это свидетельствует о правильности маркировки. Если выводы какой-либо обмотки (например, в фазе «С») определены неверно, соответствующая ЭДС будет вычитаться, и контрольное напряжение составит: (рис. 4. - б). Если базовая обмотка располагается на одном из крайних стержней, ЭДС, наводимая в обмотке среднего стержня, будет больше ЭДС в обмотке второго крайнего стержня, что объясняется различием путей замыкания магнитных потоков. Однако, и в этом случае при правильной маркировке контрольное напряжение увеличивается по сравнению с U1, а при неправильной - уменьшаться. трехфазный напряжение трансформатор полярность

Маркировка выводов вторичной обмотки начинают с определения принадлежности каждой из вторичных обмоток к определенной фазе. Для этого к каждой из первичных обмоток последовательно прикладывается напряжение, как и в первом случае. Вследствие различия магнитных потоков в стержнях напряжения на вторичных обмотках различны. Наибольшее напряжение получается в том случае, если первичная и вторичная обмотки расположены на одном стержне. Для маркировки начал и окончаний один из выводов вторичной обмотки соединяется с окончанием соответствующей ей первичной обмотки. Если напряжение между оставшимися выводами будет уменьшаться, соединенные выводы имеют одинаковую маркировку (рис. 5 -а), если увеличиваться - различную (рис. 5 - б).

Схемы соединения обмоток не определяют фазового смещения между векторами ЭДС первичных и вторичных обмоток, что может привести к ошибкам при включении трансформаторов на параллельную работу и в некоторых других случаях, поэтому для трехфазных трансформаторов вводится дополнительно понятие групп соединения.

3. Группы соединения обмоток

Группой соединения обмоток трансформатора называется угловое смещение векторов линейных ЭДС вторичных обмоток по отношению к соответствующим векторам линейных ЭДС первичных обмоток против часовой стрелки. Группа соединений обозначается числом, которое, будучи умножено на 30о, дает полный угол между векторами линейных ЭДС. В однофазных трансформаторах возможны только две группы, поскольку вектора первичных и вторичных ЭДС могут либо совпадать по фазе, либо находиться в противофазе (рис. 1). Первый случай соответствует нулевой группе, второй - шестой (630о = 180о). Cложнее обстоит дело в трехфазных трансформаторах, для которых принято выделять двенадцать групп соединения, обозначаемых числами 0, 1, 2 …11. Группы 0, 2, 4 …10 называются четными и получаются в том случае, если первичные и вторичные обмотки соединяются по одинаковым схемам (Y/Y или /). Группы 1, 3, 5 …11 называются нечетными и получаются, если схемы соединения первичных и вторичных обмоток различны (Y/, /Y, Y/Z). Рассмотрим образование четных групп на конкретном примере (рис. 6). Для наглядности на векторных диаграммах ЭДС вершины «А» и «а» совмещаются.

Если первичные и вторичные обмотки имеют одинаковое направление намотки и схемы соединения (в данном случае - Y/Y), имеют для каждого стержня одинаковую маркировку, все вектора первичных и вторичных ЭДС с одинаковой индексацией имеют одно направление. Фазовый сдвиг между ними равен нулю, что соответствует нулевой группе (рис. 6 - а). Если теперь осуществить круговую перемаркировку выводов вторичных обмоток согласно рис. 6 - б, направления вторичных ЭДС изменятся. Согласно с первичной ЭДС ЕАВ будет направлена вторичная ЭДС Еса, а вектор ЭДС Еab развернется на угол, равный: 430о=120о. На этот же угол развернутся вектора Еbс - по отношению к ЕВС и Есa - по отношению к ЕСА. Таким образом, получается четвертая группа соединений. Если еще один раз выполнить перемаркировку согласно рис. 6 - в, получим следующие пары согласно направленных ЭДС: ЕАВ Еbс; ЕВС Есa; ЕСА Еab. Вторичные ЭДС, имеющие ту же индексацию, что и первичные, при этом поворачиваются на угол 830о=240о. В результате получаем восьмую группу. Шестая группа получается из нулевой путем изменения направления намотки всех вторичных обмоток (практически это осуществляется взаимной перемаркировкой начал и окончаний каждой из обмоток: ах; by; cz). Из рис. 6 - г следует, что все вектора вторичных ЭДС в этом случае изменят свои направления на противоположные, и фазовый сдвиг между ними и соответствующими векторами первичных ЭДС составит: 630о=180о. Путем круговой перемаркировки выводов шестую группу можно преобразовать в десятую и вторую. Аналогичные результаты получаются и в том случае, когда обмотки трансформатора соединяются по схеме /. Нулевая и шестая группы называются основными, а группы 2; 4; 8; 10 - производными. При перемаркировке выводов следует обращать особое внимание на то, что порядок чередования фаз должен оставаться неизменным: а b c; b c а; с а b. Основные варианты схем соединения обмоток, при которых получаются четные группы и векторные диаграммы ЭДС приведены в таблице 1.

Таблица 1. Схемы соединения обмоток и векторные диаграммы ЭДС для четных групп

Схемы соединения обмоток и векторные диаграммы ЭДС, соответствующие нечетным группам, приведены в таблице 2.

Таблица 2. Схемы соединения обмоток и векторные диаграммы ЭДС для нечетных групп

Наибольшее значение среди нечетных групп имеет одиннадцатая группа со схемой соединения обмоток Д/Y (рис. 7).

Для этой группы совпадают направления следующих векторов линейных первичных и фазных вторичных ЭДС: ЕАВ и Еа; ЕВС и Еb; ЕCA и Еc. Линейные вторичные ЭДС сдвинуты по фазе от соответствующих им первичных ЭДС на угол 1130о=330о. Если выводы вторичных обмоток перемаркировать точно таким же образом, как и для четных групп, получим третью и седьмую группы. Изменение полярности всех первичных обмоток на противоположную даст пятую группу, а дальнейшая их перемаркировка - девятую и первую группы.

Все нечетные группы соединения обмоток могут быть реализованы также при соединении обмоток по схеме Y/Z.

Определение группы соединения обмоток производится после маркировки всех выводов. Выводы первичной и вторичной обмоток с маркировками «А» и «а» соединяются между собой. К выводам «А», «В», «С» подводится симметричная система напряжений. Каждой группе соединений соответствуют строго определенные характеристические напряжения UBb = UCc и UBc, которые можно замерить с помощью вольтметра. Эти напряжения в определенном масштабе будут равны соответствующим отрезкам на векторной диаграмме напряжений, построенной для данной группы сорединения обмоток. В качестве примера на рис. 8 показана схема измерений и векторная диаграмма напряжений для 11 - й группы.

Все характеристические напряжения можно определить аналитически по известным сторонам соответствующих треугольников и углу между ними. Для треугольника А(а)bВ стороны равны линейным напряжениям UAB и Uab, а угол между ними определяется группой соединения обмоток. Применение формул решения треугольников дает формулы, по которым можно найти характеристические напряжения UBb для каждой группы, которые приведены в таблице 3. Из нее следует, одного этого признака для групп 1 и 11, 2 и 10, 3 и 9, 4 и 8, 5 и 7 недостаточно. Точная идентификация производится с помощью второго характеристического напряжэения UBс, причем достаточно сравнить его по величине с напряжением UBb. Результаты расчета сравниваются с показаниями вольтметра, и делается вывод о группе соединений.

Таблица 3. Аналитическое определение характеристических напряжений

Размещено на Allbest.ru