Načelo delovanja in naprava trifaznih transformatorjev

Trifazni tok se lahko transformira s tremi popolnoma ločenimi enofaznimi transformatorji. V tem primeru navitja vseh treh faz med seboj niso magnetno povezana: vsaka faza ima svoj magnetni krog. Toda isti trifazni tok se lahko transformira z enim trifaznim transformatorjem, v katerem so navitja vseh treh faz magnetno povezana med seboj, saj imajo skupno magnetno vezje.

Za razjasnitev načela delovanja in naprave trifaznega transformatorja si predstavljajte tri enofazni transformator, pritrjeni drug na drugega tako, da njihove tri palice tvorijo eno skupno osrednjo palico (slika 1). Na vsaki od ostalih treh palic sta primarna in sekundarna navitja (na sliki 1 sekundarna navitja niso prikazana).

Predpostavimo, da so primarni navitji na vseh krakih transformatorja popolnoma enaki in naviti v isto smer (na sliki 1 so primarni navitji naviti v smeri urinega kazalca, gledano od zgoraj).Vse zgornje konce tuljav priključimo na nevtralni O, spodnje konce tuljav pa pripeljemo na tri sponke trifaznega omrežja.

Slika 1.

Tokovi v navitjih transformatorja bodo ustvarili časovno spremenljive magnetne tokove, od katerih se bo vsak sklenil v svoj magnetni krog. V osrednji kompozitni palici se bodo magnetni tokovi skupaj zvišali na nič, ker te tokove ustvarjajo simetrični trifazni tokovi, glede na katere vemo, da je vsota njihovih trenutnih vrednosti ves čas enaka nič.

Na primer, če je bil tok v tuljavi AX I največji in je potekal v skladu s sl. 1 smeri, bi bil magnetni pretok enak svoji največji vrednosti Ф in je bil usmerjen v osrednjo kompozitno palico od zgoraj navzdol. V drugih dveh tuljavah BY in CZ sta toka I2 in Az3 v ​​istem trenutku enaka polovici največjega toka in imata nasprotno smer glede na tok v tuljavi AX (to je lastnost tri- fazni tokovi). Zaradi tega bodo v palicah tuljav BY in CZ magnetni tokovi enaki polovici največjega toka, v osrednji kompozitni palici pa bodo imeli nasprotno smer glede na tok tuljave AX. Vsota tokov v tem trenutku je enaka nič. Enako velja za vsak drug trenutek.

Ni pretoka v osrednji vrstici ne pomeni, da ni pretoka v drugih vrsticah. Če uničimo osrednjo palico in povežemo zgornji in spodnji jarem v skupni jarem (glej sliko 2), potem bo tok tuljave AX našel pot skozi jedra tuljav BY in CZ, magnetomotorne sile teh tuljave seštejejo z magnetomotorno silo tuljave AX. V tem primeru bi dobili trifazni transformator s skupnim magnetnim krogom za vse tri faze.

Slika 2.

Ker so tokovi v tuljavah fazno zamaknjeni za 1/3 periode, so tudi magnetni tokovi, ki jih proizvajajo, časovno zamaknjeni za 1/3 periode, tj. največje vrednosti magnetnih pretokov v palicah in tuljavah si sledijo po 1/3 periode...

Posledica faznega premika magnetnih tokov v jedrih za 1/3 periode je enak fazni zamik in elektromotorne sile, inducirane tako v primarnem kot v sekundarnem navitju, ki delujejo na palice. Elektromotorne sile primarnih navitij skoraj uravnotežijo privedeno trifazno napetost.Elektromotorne sile sekundarnih navitij ob pravilni povezavi koncev tuljav dajejo trifazno sekundarno napetost, ki se dovaja v sekundarni tokokrog.

Kar zadeva konstrukcijo magnetnega vezja, so trifazni transformatorji, tako kot enofazni, razdeljeni na paličaste fig. 2. in oklepno.

Trifazni palični transformatorji so razvrščeni v:

a) transformatorji s simetričnim magnetnim krogom in

b) transformatorji z nesimetričnim magnetnim krogom.

Na sl. 3 shematično prikazuje drsni transformator s simetričnim magnetnim vezjem, na sl. 4 prikazuje palični transformator z neuravnoteženim magnetnim krogom. Kot je razvidno iz treh železnih palic 1, 2 in 3, vpetih zgoraj in spodaj z železnimi ploščami jarma. Na vsakem kraku sta primarna I in sekundarna II tuljava ene faze transformatorja.

Slika 3.

V prvem transformatorju so palice nameščene na vrhovih kotov enakostraničnega trikotnika; drugi transformator ima palice v isti ravnini.

Razporeditev palic na ogliščih vogalov enakostraničnega trikotnika daje enake magnetne upore za magnetne tokove vseh treh faz, saj so poti teh tokov enake. Pravzaprav prehajajo magnetni tokovi treh faz ločeno skozi eno navpično palico v celoti in skozi drugi dve palici do polovice.

Na sl. 3 črtkana črta prikazuje načine zapiranja magnetnega pretoka paličaste faze 2. Lahko vidimo, da so za tokove faz palic 1 in 3 načini zapiranja njihovih magnetnih pretokov popolnoma enaki. To pomeni, da ima obravnavani transformator enake magnetne upore za tokove.

Razporeditev palic v eni ravnini vodi do dejstva, da je magnetni upor za tok srednje faze (na sliki 4 za fazo palice 2) manjši kot za tokove končnih faz (na sl. 4 - za faze palic 1 in 3).

Slika 4.

Pravzaprav se magnetni tokovi končnih faz gibljejo po nekoliko daljših poteh kot tok srednje faze. Poleg tega tok končnih faz, ki zapuščajo svoje palice, poteka v celoti v eni polovici jarma in le v drugi polovici (po razvejanju v srednji palici) teče njegova polovica. Srednjefazni tok na izstopu iz navpične palice se takoj razdeli na dve polovici in zato preide le polovica srednjefaznega toka v oba dela jarma.

Tako tokovi končnih faz nasičijo jarem v večji meri kot tok srednje faze, zato je magnetni upor za tokove končnih faz večji kot za tok srednje faze.

Posledica neenakosti magnetnih uporov za tokove različnih faz trifaznega transformatorja je neenakost tokov prostega teka v posameznih fazah pri enaki fazni napetosti.

Vendar pa je pri nizki nasičenosti jarma z železom in dobrim sklopom paličastega železa ta trenutna neenakost zanemarljiva. Ker je konstrukcija transformatorjev z asimetričnim magnetnim krogom veliko enostavnejša od transformatorja s simetričnim magnetnim krogom, se je izkazalo, da so prvi transformatorji večinoma uporabljeni.Simetrični transformatorji magnetnega kroga so redki.

Glede na sl. 3 in 4 in ob predpostavki, da tokovi tečejo skozi vse tri faze, je enostavno videti, da so vse faze med seboj magnetno sklopljene. To pomeni, da magnetomotorne sile posameznih faz medsebojno vplivajo, česar pa pri transformaciji trifaznega toka s tremi enofaznimi transformatorji nimamo.

Druga skupina trifaznih transformatorjev so oklepni transformatorji. Oklepni transformator lahko štejemo, kot da je sestavljen iz treh enofaznih oklepnih transformatorjev, ki so med seboj pritrjeni z jarmom.

Na sl. 5 shematično prikazuje oklepni trifazni transformator z navpično nameščenim notranjim jedrom.Iz slike je enostavno videti, da ga lahko skozi ravnini AB in CD razdelimo na tri enofazne oklepne transformatorje, katerih magnetni tokovi so lahko zaprti vsak v svojem magnetnem krogu . Poti magnetnega pretoka na sl. 5 so označene s črtkanimi črtami.

Slika 5.

Kot je razvidno iz slike, v srednjih navpičnih palicah a, na katerih sta nameščena primarna I in sekundarna II navitja iste faze, prehaja celoten tok, medtem ko v jarmih b-b in stranskih stenah prehaja polovica toka. . Pri enaki indukciji morata biti preseka jarma in stranskih sten polovica preseka srednje palice a.

Kar zadeva magnetni tok v vmesnih delih c - c, je njegova vrednost, kot bomo videli spodaj, odvisna od načina vključitve srednje faze.

Glavna prednost armaturnih transformatorjev pred paličnimi transformatorji je kratka zapiralna pot magnetnega pretoka in s tem nizki tokovi v prostem teku.

Pomanjkljivosti oklepnih transformatorjev vključujejo, prvič, nizko razpoložljivost navitij za popravilo zaradi dejstva, da so obdani z železom, in drugič, najslabše pogoje za hlajenje navitja - iz istega razloga.

Pri paličastih transformatorjih so navitja skoraj popolnoma odprta in zato bolj dostopna za pregled in popravilo ter za hladilni medij.

Trifazni oljni transformator s cevastim rezervoarjem: 1 — jermenice, 2 — ventil za izpust olja, 3 — izolacijski valj, 4 — visokonapetostno navitje, 5 — nizkonapetostno navitje, 6 — jedro, 7 — termometer, 8 — sponke za nizka napetost, 9 — visokonapetostni priključki, 10 — posoda za olje, 11 — plinski releji, 12 — indikator nivoja olja, 13 — radiatorji.

Več podrobnosti o napravi trifaznih transformatorjev: Močnostni transformatorji - naprava in princip delovanja