Трехфазные трансформаторы

Преобразование трехфазного тока можно осуществить тремя однофазными трансформаторами, соединенными в трансформаторную группу (рис. 1.21, а). Однако чаще всего для этого применяют трехфазные трансформаторы (рис. 1.21, б), (рис. 1.22, а) состоящие из трехстержневого магнитопровода, на каждом стержне которого располагают первичную и вторичную обмотки одной фазы.

Обмотки трансформаторов могут быть соединены в звезду (Y), звезду с нулевым проводом (Y₀) или треугольник (Δ). При этом схемы соединения обозначают дробью, указывая в числителе схему соединения обмоток высшего напряжения, а в знаменателе – низшего, например Y/Y или Δ/Y.

Рис. 1.21. Схемы трансформаторной группы и трехфазного трансформатора

На рис. 1.22, б приведена векторная диаграмма напряжений U_A, U_B, U_C, действующих в отдельных фазах трехфазного трансформатора и создаваемых ими магнитных потоков Ф_А, Ф_В, Ф_С. Ранее было показано, что фазный магнитный поток отстает по фазе от создающего его напряжения на π/2. Соответственно все фазные магнитные потоки трехфазного трансформатора будут смещены относительно друг друга по фазе на 120^о.

Рис. 1.22. Конструктивная схема трехфазного трансформатора (а), векторная диаграмма потоков и напряжений в отдельных его фазах (б)

Трехфазный трехстержневой трансформатор можно представить в виде трех однофазных трансформаторов, как показано на рис. 1.23, а. При этом стержни 1, 2, 3 можно конструктивно объединить в один, через который будет проходить сумма потоков Ф_А+Ф_В+Ф_С. Но при симметричном расположении векторов потоков Ф_А, Ф_В, Ф_С их геометрическая сумма в любой момент времени равна нулю. Поэтому такой трансформатор можно выполнить без объединенного стержня для замыкания потоков отдельных фаз. Полученный таким образом симметричный трехстержневой трансформатор (рис. 1.23, б) можно сделать более компактным, уменьшив несколько длину магнитной цепи, по которой замыкается поток Ф_В
(рис. 1.23, в). Вызванная этим небольшая магнитная несиметрия фаз обычно мала, так как сечение ярма в трехфазном трансформаторе берется на 10 – 15% больше сечения стержней, вследствие чего основная часть магнитного сопротивления цепей, по которым замыкаются магнии тные потоки. Определяется в основном стержнями. Кроме того, магнитная несиметрия будет сказываться только на токе холостого хода отдельных фаз, однако, как было показано ранее, он оказывает весьма малое влияние на величины токов в первичной и вторичной обмотках.

Таким образом, при симметричном питающем напряжении и равномерной нагрузке (являющейся наиболее распространенной) все фазы трехфазного трансформатора находятся в одинаковых условиях. Поэтому все выведенные ранее формулы и схемы замещения для однофазного трансформатора справедливы и для трехфазного. Исключение составляет режим холостого хода, на который большое влияние оказывает схема соединения обмоток.

Рис. 1.23. Образование трехфазного трансформатора из трех однофазных

В работе [] показано, при существенном повышении напряжения питания по сравнению с расчетным в режиме холостого хода в магнитопроводе трансформатора может возникать режим насыщения, который приводит к появлению высших гармоник как по потоку так и по напряжению. Для уменьшения влияния этих гармоник обмотки трехстержневых трансформаторов лучше всего собирать по схемам Y/Δ и Y₀/Δ, которые позволяют практически избавиться от третьих гармоник.