Холостой ход трехфазного трансформатора

При изучении режима холостого хода однофазного трансформатора мы видим, что при подведенном синусоидальном напряжении, кривые первичной ЭДС и основного потока синусоидальны, а кривая тока х.х. не синусоидальна (кривая тока наряду с первой гармоникой содержит сильно выраженную третью гармонику). Посмотрим, как ток третьей гармоники будет влиять на различные схемы соединения трансформаторов.

1.7.1. Соединение обмоток трансформатора l/l

При соединении обмоток трансформатора l/l без нулевого провода токи третьей гармоники протекать не будут, так как они в любой момент времени направлены в одну сторону.

Так как токи третьей гармоники выпадут из кривой фазных токов, то поток будет не синусоидален. Разложим его на гармоники (Ф₍₁₎, Ф₍₃₎) т.е. в кривой потока появится поток третьей гармоники. Посмотрим, как этот поток будет влиять на групповой и стержневой трансформатор при соединении их обмоток - l/l.

Групповой трансформатор (соединение обмоток - l/l)

В групповом трансформаторе поток третьей гармоники замыкается по тому же пути, что и основной поток, т.е. по малому магнитному сопротивлению. Поэтому величина потока Ф₃ достигает 15¸20% от основного потока. Поток Ф₃ наводит в фазах ЭДС е₁₃, е₂₃ с тройной частотой f₃ = f₁₃, поэтому фазная ЭДС е₂₃ достигает 40¸60% от ЭДС первой гармоники Е₂₃ = 4,443×f₁W₂Ф₃. ЭДС третьей гармоники накладывается на фазную ЭДС первой гармоники Е₁. Искажая ее и увеличивая на 40-60%. Такое повышение фазной ЭДС не желательно, так как возможен пробой изоляции и перегорание потребителей рассчитанных на фазную ЭДС. Поэтому групповой трансформатор по схеме l/l не применяется.

Трехстержневой трансформатор (соединение обмоток - l/l)

В трехстержневом трансформаторе третья гармоника потока не может замыкаться по магнитопроводу, т.к. во всех фазах направлены в одну сторону (совпадают по фазе).

Поэтому третья гармоника потока замыкается по маслу (воздуху), используя на своем пути стальные конструкции (бак, крепежные детали и т.д.). Так как магнитное сопротивление потокам третьей гармоники относительно велико, то эта гармоника потока в трехстержневом трансформаторе относительно не велика и наводимая этим потоком ЭДС так же не велика, поэтому искажение фазной ЭДС практически нет. Однако потоки третьей гармоники замыкаясь по баку и крепежным конструкциям наводят в них с тройной частотой вихревые токи, т.е. увеличивают потери в стали. Так при индукции в стержне В = 1,6 Тл, потери холостого хода увеличиваются на 50% от основных.

1.7.2. Соединение обмоток трансформатора D/l

Так как мы видим, что D представляет контур, по которому все три гармоники тока текут в одном направлении. Но так как в каждой фазе присутствует ток третьей гармоники, то кривая потока будет синусоидальной и наводимые фазные ЭДС будут также синусоидальны. Однако соединение первичной обмотки с D невыгодно, т.к. U_Ф = U_Л, то изоляцию фазы необходимо выполнить на линейное напряжение (перерасход изоляционных материалов), кроме того число витков фазы рассчитывается на линейное напряжение, т.е. будет перерасход меди. Поэтому на практике применяют соединение обмоток l/D.

Соединение обмоток трансформатора l/D

Соединение обмоток l/D не имеет существенного отличия от D/l. Действительно, при соединении первичной обмотки l из кривой тока холостого хода выпадает третья гармоническая тока, в силу чего поток имеет упрощенный вид. Третья гармоническая потока Ф₃ наводит в каждой фазе вторичной обмотки третью гармоническую ЭДС – Е₂₃, отстающей от Ф₃ на 90°. ЭДС Е₂₃ создает ток I₂₃ замыкающий по вторичному контуру треугольника и отстающего от Е₂₃ почти на 90°, так как вторичный контур обладает большим индуктивным сопротивлением.

Т.е. Ф₁₃ ® Е₂₃ ® I₂₃ ® Ф₂₃

Видим, что ток i₂₃ находится почти в противофазе с Ф₁₃, т.е. создает свой поток Ф₂₃, который практически компенсирует поток Ф₁₃. Вследствие этого кривая результирующего потока и соответственно фазная ЭДС приближаются к синусоиде.