Het werkingsprincipe en het apparaat van driefasige transformatoren

Driefasige stroom kan worden getransformeerd door drie volledig gescheiden enkelfasige transformatoren. In dit geval zijn de wikkelingen van alle drie de fasen niet magnetisch met elkaar verbonden: elke fase heeft zijn eigen magnetische circuit. Maar dezelfde driefasige stroom kan worden getransformeerd met één driefasige transformator, waarin de wikkelingen van alle drie de fasen magnetisch met elkaar zijn verbonden, omdat ze een gemeenschappelijk magnetisch circuit hebben.

Om het werkingsprincipe en het apparaat van een driefasige transformator te verduidelijken, stelt u zich drie voor enkelfasige transformator, aan elkaar bevestigd zodat hun drie staven één gemeenschappelijke centrale staaf vormen (fig. 1). Op elk van de andere drie staven zijn primaire en secundaire wikkelingen gesuperponeerd (in Fig. 1 zijn de secundaire wikkelingen niet weergegeven).

Neem aan dat de primaire wikkelingen op alle poten van de transformator exact hetzelfde zijn en in dezelfde richting zijn gewikkeld (in figuur 1 zijn de primaire wikkelingen van bovenaf gezien met de klok mee gewikkeld).We verbinden alle bovenste uiteinden van de spoelen met neutrale O en brengen de onderste uiteinden van de spoelen naar de drie terminals van het driefasige netwerk.

Foto 1.

De stromen in de transformatorwikkelingen zullen in de tijd variërende magnetische fluxen creëren, die elk in hun eigen magnetische circuit zullen sluiten. In de centrale samengestelde staaf zullen de magnetische fluxen in totaal nul zijn omdat deze fluxen worden gecreëerd door symmetrische driefasige stromen, waarvan we weten dat de som van hun momentane waarden te allen tijde nul is.

Als bijvoorbeeld de stroom in de spoel AX I het grootst was en plaatsvond in de aangegeven afb. 1 richting, dan zou de magnetische flux gelijk zijn aan de grootste waarde Ф en van boven naar beneden in de centrale samengestelde staaf worden geleid. In de andere twee spoelen BY en CZ zijn de stromen I2 en Az3 op hetzelfde moment gelijk aan de helft van de hoogste stroom en hebben de tegengestelde richting ten opzichte van de stroom in spoel AX (dit is de eigenschap van drie- fasestromen). Om deze reden zullen de magnetische fluxen in de staven van de BY- en CZ-spoelen gelijk zijn aan de helft van de maximale flux, en in de centrale samengestelde staaf zullen ze de tegenovergestelde richting hebben ten opzichte van de flux van de AX-spoel. De som van stromen op het moment in kwestie is nul. Hetzelfde geldt voor elk ander moment.

Geen stroming in de middelste balk betekent niet dat er geen stroming is in de andere balken. Als we de centrale staaf vernietigen en de bovenste en onderste jukken verbinden tot gemeenschappelijke jukken (zie Fig. 2), dan zal de flux van de spoel AX zijn weg vinden door de kernen van de spoelen BY en CZ, en de magnetomotorische krachten hiervan spoelen zullen optellen bij de magnetomotorische kracht van spoel AX. In dit geval zouden we een driefasige transformator krijgen met een gemeenschappelijk magnetisch circuit voor alle drie de fasen.

Figuur 2.

Aangezien de stromen in de spoelen in fase zijn verschoven met 1/3 van de periode, zijn de magnetische fluxen die door deze spoelen worden geproduceerd ook in de tijd verschoven met 1/3 van de periode, d.w.z. de grootste waarden van de magnetische fluxen in de staven en spoelen volgen elkaar op na 1/3 van de periode...

Het gevolg van de faseverschuiving van de magnetische fluxen in de kernen met 1/3 van de periode is dezelfde faseverschuiving en de elektromotorische krachten die worden geïnduceerd in zowel de primaire als de secundaire wikkelingen die aan de staven worden opgelegd. De elektromotorische krachten van de primaire wikkelingen brengen de aangelegde driefasige spanning bijna in evenwicht.De elektromotorische krachten van de secundaire wikkelingen geven, met de juiste aansluiting van de uiteinden van de spoelen, een driefasige secundaire spanning die wordt toegevoerd aan het secundaire circuit.

Wat betreft de constructie van het magnetische circuit, driefasige transformatoren, zoals enkelfasige, zijn verdeeld in staafvijgen. 2. en gepantserd.

Driefasige staaftransformatoren worden ingedeeld in:

a) transformatoren met symmetrisch magnetisch circuit en

b) transformatoren met een asymmetrisch magnetisch circuit.

In afb. 3 toont schematisch een schuiftransformator met een symmetrisch magnetisch circuit en in Fig. 4 toont een staaftransformator met een ongebalanceerd magnetisch circuit. Gezien door de drie ijzeren staven 1, 2 en 3, boven en onder geklemd door ijzeren jukplaten. Er zijn primaire I- en secundaire II-spoelen van één fase van de transformator op elke poot.

Figuur 3.

In de eerste transformator bevinden de staven zich op de hoekpunten van de hoeken van een gelijkzijdige driehoek; de tweede transformator heeft de staven in hetzelfde vlak.

De opstelling van de staven op de hoekpunten van de hoeken van een gelijkzijdige driehoek geeft gelijke magnetische weerstanden voor de magnetische fluxen van alle drie de fasen, aangezien de paden van deze fluxen hetzelfde zijn. In feite gaan de magnetische fluxen van de drie fasen afzonderlijk volledig door één verticale staaf en halverwege door de andere twee staven.

In afb. 3 toont de stippellijn de manieren om de magnetische flux van de staaffase 2 te sluiten. Het is gemakkelijk in te zien dat voor de fluxen van de fasen van staven 1 en 3 de manieren om hun magnetische fluxen te sluiten precies hetzelfde zijn. Dit betekent dat de beschouwde transformator dezelfde magnetische weerstanden heeft voor de fluxen.

De opstelling van de staven in één vlak leidt ertoe dat de magnetische weerstand voor de flux van de middelste fase (in Fig. 4 voor de fase van staaf 2) kleiner is dan voor de fluxen van de eindfasen (in Fig. 4 - voor de fasen van de staven 1 en 3).

Figuur 4.

In feite bewegen de magnetische fluxen van de eindfasen langs iets langere paden dan de flux van de middelste fase. Bovendien passeert de stroom van de eindfasen die hun staven verlaten volledig in de ene helft van het juk en alleen in de andere helft (na vertakking in de middelste staaf) passeert de helft ervan. De middenfasestroom bij de uitlaat van de verticale staaf splitst zich onmiddellijk in twee helften, en daarom gaat slechts de helft van de middenfasestroom over in de twee delen van het juk.

De fluxen van de eindfasen verzadigen dus het juk in grotere mate dan de flux van de middenfase, en daarom is de magnetische weerstand voor de fluxen van de eindfasen groter dan voor de flux van de middenfase.

Het gevolg van de ongelijkheid van de magnetische weerstanden voor de fluxen van verschillende fasen van een driefasige transformator is de ongelijkheid van de nullaststromen in individuele fasen bij dezelfde fasespanning.

Met een lage ijzerverzadiging van het juk en een goede staafijzermontage is deze huidige ongelijkheid echter verwaarloosbaar. Omdat de constructie van transformatoren met een asymmetrische magnetische schakeling veel eenvoudiger is dan die van een transformator met een symmetrische magnetische schakeling, bleken de eerste transformatoren het meest gebruikt te worden.Symetrische magnetische schakelingstransformatoren zijn zeldzaam.

Gezien afb. 3 en 4 en ervan uitgaande dat er stromen door alle drie de fasen lopen, is het gemakkelijk te zien dat alle fasen magnetisch aan elkaar gekoppeld zijn. Dit betekent dat de magnetomotorische krachten van de afzonderlijke fasen elkaar beïnvloeden, wat we niet hebben als de driefasige stroom wordt getransformeerd door drie eenfasige transformatoren.

De tweede groep driefasige transformatoren zijn gepantserde transformatoren. Een gepantserde transformator kan worden beschouwd alsof deze is samengesteld uit drie enkelfasige gepantserde transformatoren die met een juk aan elkaar zijn bevestigd.

In afb. 5 geeft schematisch een gepantserde driefasige transformator weer met een verticaal geplaatste binnenkern.Uit de figuur is gemakkelijk te zien dat deze door de vlakken AB en CD kan worden verdeeld in drie eenfasige gepantserde transformatoren, waarvan de magnetische fluxen kunnen worden elk gesloten in zijn eigen magnetische circuit. De magnetische fluxpaden in Fig. 5 zijn aangegeven met stippellijnen.

Figuur 5.

Zoals te zien is in de figuur, passeert in de middelste verticale staven a, waarop de primaire I- en secundaire II-wikkelingen van dezelfde fase zijn gesuperponeerd, de volledige flux, terwijl in de jukken b-b en de zijwanden de helft van de flux passeert . Bij dezelfde inductie moeten de dwarsdoorsneden van het juk en de zijwanden de helft zijn van de dwarsdoorsnede van de middelste stang a.

Wat betreft de magnetische flux in de tussenliggende delen c - c, de waarde hangt, zoals we hieronder zullen zien, af van de methode van opname van de middelste fase.

Het grote voordeel van ankertransformatoren ten opzichte van staaftransformatoren zijn de korte sluitwegen van de magnetische flux en dus de lage nullaststromen.

De nadelen van gepantserde transformatoren zijn ten eerste de lage beschikbaarheid van wikkelingen voor reparatie, vanwege het feit dat ze zijn omgeven door ijzer, en ten tweede de slechtste omstandigheden voor het koelen van de wikkeling - om dezelfde reden.

Bij staaftransformatoren zijn de wikkelingen bijna volledig open en daardoor beter toegankelijk voor inspectie en reparatie, evenals voor het koelmedium.

Driefasige met olie gevulde transformator met buisvormige tank: 1 — katrollen, 2 — olieaftapkraan, 3 — isolerende cilinder, 4 — hoogspanningswikkeling, 5 — laagspanningswikkeling, 6 — kern, 7 — thermometer, 8 — klemmen voor laagspanning, 9 — hoogspanningsaansluitingen, 10 — oliecontainer, 11 — gasrelais, 12 — oliepeilindicator, 13 — radiatoren.

Meer details over het apparaat van driefasige transformatoren: Vermogenstransformatoren - apparaat en werkingsprincipe