Principiul de funcționare și dispozitivul transformatoarelor trifazate

Curentul trifazat poate fi transformat cu trei transformatoare monofazate complet separate. În acest caz, înfășurările tuturor celor trei faze nu sunt conectate magnetic între ele: fiecare fază are propriul său circuit magnetic. Dar același curent trifazat poate fi transformat cu un transformator trifazat, în care înfășurările tuturor celor trei faze sunt conectate magnetic între ele, deoarece au un circuit magnetic comun.

Pentru a clarifica principiul de funcționare și dispozitivul unui transformator trifazat, imaginați-vă trei transformator monofazat, atașate între ele astfel încât cele trei tije ale lor să formeze o tijă centrală comună (Fig. 1). Pe fiecare dintre celelalte trei bare sunt suprapuse înfășurări primare și secundare (în Fig. 1, înfășurările secundare nu sunt prezentate).

Să presupunem că înfășurările primare de pe toate picioarele transformatorului sunt exact aceleași și înfășurate în aceeași direcție (în Fig. 1, înfășurările primare sunt înfășurate în sensul acelor de ceasornic când sunt privite de sus).Conectăm toate capetele superioare ale bobinelor la neutru O și aducem capetele inferioare ale bobinelor la cele trei borne ale rețelei trifazate.

Poza 1.

Curenții din înfășurările transformatorului vor crea fluxuri magnetice care variază în timp, fiecare dintre acestea se va închide în propriul circuit magnetic. În tija centrală compozită, fluxurile magnetice se vor aduna la zero în total, deoarece aceste fluxuri sunt create de curenți trifazici simetrici, față de care știm că suma valorilor lor instantanee este zero în orice moment.

De exemplu, dacă curentul din bobina AX I, era cel mai mare și avea loc în cel indicat în fig. 1, atunci fluxul magnetic ar fi egal cu valoarea sa cea mai mare Ф și a fost direcționat în tija centrală compozită de sus în jos. În celelalte două bobine BY și CZ, curenții I2 și Az3 în același moment în timp sunt egali cu jumătate din cel mai mare curent și au direcția opusă față de curentul din bobina AX (aceasta este proprietatea a trei bobine). curenti de fază). Din acest motiv, in tijele bobinelor BY si CZ, fluxurile magnetice vor fi egale cu jumatate din fluxul maxim, iar in tija centrala compozita vor avea sens invers fata de fluxul bobinei AX. Suma debitelor în momentul în cauză este zero. Același lucru este valabil și pentru orice alt moment.

Fără flux în bara centrală nu înseamnă lipsă de flux în celelalte bare. Dacă distrugem tija centrală și conectăm jugurile superioare și inferioare în juguri comune (vezi Fig. 2), atunci fluxul bobinei AX își va găsi drum prin miezurile bobinelor BY și CZ și forțele magnetomotoare ale acestora. bobinele se vor adăuga împreună cu forța magnetomotoare a bobinei AX. În acest caz, am obține un transformator trifazat cu un circuit magnetic comun pentru toate cele trei faze.

Figura 2.

Deoarece curenții din bobine sunt defazați cu 1/3 din perioadă, fluxurile magnetice produse de ei sunt, de asemenea, defazate cu 1/3 din perioadă, adică. cele mai mari valori ale fluxurilor magnetice din tije și bobine se succed după 1/3 din perioada...

Consecința defazării fluxurilor magnetice din nuclee cu 1/3 din perioadă este aceeași defazare și forțele electromotoare induse atât în ​​înfășurările primare, cât și în cele secundare impuse barelor. Forțele electromotoare ale înfășurărilor primare aproape echilibrează tensiunea trifazată aplicată Forțele electromotoare ale înfășurărilor secundare, cu conectarea corectă a capetelor bobinelor, dau o tensiune secundară trifazată care este alimentată în circuitul secundar.

În ceea ce privește construcția circuitului magnetic, transformatoarele trifazate, ca și cele monofazate, sunt împărțite în fig. 2. si blindate.

Transformatoarele cu tijă trifazate sunt clasificate în:

a) transformatoare cu circuit magnetic simetric si

b) transformatoare cu circuit magnetic asimetric.

În fig. 3 prezintă schematic un transformator glisant cu un circuit magnetic simetric, iar în fig. 4 prezintă un transformator cu tijă cu un circuit magnetic dezechilibrat. După cum se vede de cele trei bare de fier 1, 2 și 3, prinse deasupra și dedesubt de plăci de jug de fier. Există bobine primare I și secundare II ale unei faze a transformatorului pe fiecare picior.

Figura 3.

În primul transformator, tijele sunt situate la vârfurile unghiurilor unui triunghi echilateral; al doilea transformator are barele în același plan.

Dispunerea tijelor la vârfurile colțurilor unui triunghi echilateral dă rezistențe magnetice egale pentru fluxurile magnetice ale tuturor celor trei faze, deoarece traseele acestor fluxuri sunt aceleași. De fapt, fluxurile magnetice ale celor trei faze trec separat printr-o tijă verticală complet și prin celelalte două tije la jumătate.

În fig. 3 linia punctată arată modalitățile de închidere a fluxului magnetic al fazei tijei 2. Este ușor de observat că pentru fluxurile fazelor tijelor 1 și 3, modurile de închidere a fluxurilor lor magnetice sunt exact aceleași. Aceasta înseamnă că transformatorul în cauză are aceleași rezistențe magnetice pentru fluxuri.

Dispunerea tijelor într-un plan duce la faptul că rezistența magnetică pentru fluxul fazei mijlocii (în Fig. 4 pentru faza tijei 2) este mai mică decât pentru fluxurile fazelor finale (în Fig. 4 — pentru fazele tijelor 1 și 3).

Figura 4.

De fapt, fluxurile magnetice ale fazelor finale se deplasează pe căi puțin mai lungi decât fluxul fazei de mijloc. Mai mult, fluxul fazelor terminale care părăsesc tijele lor trece în întregime într-o jumătate a jugului și doar în cealaltă jumătate (după ramificarea în tija mijlocie) trece jumătate din acesta. Fluxul de fază mijlocie la ieșirea tijei verticale se împarte imediat în două jumătăți și, prin urmare, doar jumătate din fluxul de fază medie trece în cele două părți ale jugului.

Astfel, fluxurile fazelor finale saturează jugul într-o măsură mai mare decât fluxul fazei mijlocii și, prin urmare, rezistența magnetică pentru fluxurile fazelor finale este mai mare decât pentru fluxul fazei mijlocii.

Consecința inegalității rezistențelor magnetice pentru fluxurile diferitelor faze ale unui transformator trifazat este inegalitatea curenților fără sarcină în faze individuale la aceeași tensiune de fază.

Cu toate acestea, cu o saturație scăzută a fierului jug și un ansamblu bun de fier cu tije, această inegalitate actuală este neglijabilă. Deoarece Întrucât construcția transformatoarelor cu circuit magnetic asimetric este mult mai simplă decât cea a unui transformator cu circuit magnetic simetric, primele transformatoare s-au dovedit a fi utilizate în principal.Transformatoarele cu circuit magnetic simetric sunt rare.

Având în vedere fig. 3 și 4 și presupunând că curenții curg prin toate cele trei faze, este ușor de observat că toate fazele sunt cuplate magnetic între ele. Aceasta înseamnă că forțele magnetomotoare ale fazelor individuale se influențează reciproc, ceea ce nu avem atunci când curentul trifazat este transformat de trei transformatoare monofazate.

Al doilea grup de transformatoare trifazate sunt transformatoare blindate. Un transformator blindat poate fi considerat ca și cum ar fi compus din trei transformatoare blindate monofazate atașate între ele cu un jug.

În fig. 5 înfățișează schematic un transformator trifazat blindat cu un miez interior situat vertical.Din figură se vede ușor că prin planurile AB și CD poate fi împărțit în trei transformatoare blindate monofazate, ale căror fluxuri magnetice pot fi închis fiecare în propriul circuit magnetic . Căile fluxului magnetic din fig. 5 sunt indicate prin linii întrerupte.

Figura 5.

După cum se poate observa din figură, în tijele verticale mijlocii a, pe care se suprapun înfășurările primare I și secundare II ale aceleiași faze, trece fluxul complet, în timp ce în jugurile b-b și pereții laterali trece jumătate din flux. . La aceeași inducție, secțiunile transversale ale jugului și ale pereților laterali ar trebui să fie jumătate din secțiunea transversală a tijei de mijloc a.

În ceea ce privește fluxul magnetic în părțile intermediare c — c, valoarea acestuia, așa cum vom vedea mai jos, depinde de metoda de includere a fazei mijlocii.

Principalul avantaj al transformatoarelor cu armătură față de transformatoarele cu tijă este căile scurte de închidere ale fluxului magnetic și, prin urmare, curenții mici fără sarcină.

Dezavantajele transformatoarelor blindate includ, în primul rând, disponibilitatea scăzută a înfășurărilor pentru reparații, datorită faptului că sunt înconjurate de fier și, în al doilea rând, cele mai proaste condiții pentru răcirea înfășurării - din același motiv.

La transformatoarele tip tijă, înfășurările sunt aproape complet deschise și, prin urmare, mai accesibile pentru inspecție și reparație, precum și pentru mediul de răcire.

Transformator trifazat umplut cu ulei cu rezervor tubular: 1 — scripete, 2 — supapă de scurgere a uleiului, 3 — cilindru izolator, 4 — înfășurare de înaltă tensiune, 5 — înfășurare de joasă tensiune, 6 — miez, 7 — termometru, 8 — borne pt. joasă tensiune, 9 — borne de înaltă tensiune, 10 — rezervor de ulei, 11 — relee de gaz, 12 — indicator nivel ulei, 13 — radiatoare.

Mai multe detalii despre dispozitivul transformatoarelor trifazate: Transformatoare de putere - dispozitiv și principiu de funcționare