Princip činnosti a zařízení třífázových transformátorů

Třífázový proud lze transformovat třemi zcela samostatnými jednofázovými transformátory. V tomto případě nejsou vinutí všech tří fází vzájemně magneticky spojena: každá fáze má svůj vlastní magnetický obvod. Ale stejný třífázový proud může být transformován jedním třífázovým transformátorem, ve kterém jsou vinutí všech tří fází magneticky spojena navzájem, protože mají společný magnetický obvod.

Pro objasnění principu činnosti a zařízení třífázového transformátoru si představte tři jednofázový transformátor, připojené k sobě tak, že jejich tři pruty tvoří jeden společný středový prut (obr. 1). Na každé z dalších tří tyčí jsou superponována primární a sekundární vinutí (na obr. 1 nejsou sekundární vinutí znázorněna).

Předpokládejme, že primární vinutí na všech nohách transformátoru jsou přesně stejná a vinutá stejným směrem (na obr. 1 jsou primární vinutí navinuta ve směru hodinových ručiček při pohledu shora).Všechny horní konce cívek připojíme k neutrálu O a spodní konce cívek přivedeme ke třem vývodům třífázové sítě.

Obrázek 1.

Proudy ve vinutí transformátoru vytvoří časově proměnlivé magnetické toky, z nichž každý se uzavře ve svém vlastním magnetickém obvodu. V centrální kompozitní tyči budou magnetické toky celkově nulové, protože tyto toky jsou vytvářeny symetrickými třífázovými proudy, vzhledem k nimž víme, že součet jejich okamžitých hodnot je vždy nulový.

Pokud byl například proud v cívce AX I největší a probíhal v uvedeném na obr. 1 směr, pak by se magnetický tok rovnal jeho největší hodnotě Ф a směřoval do centrální kompozitní tyče shora dolů. V dalších dvou cívkách BY a CZ jsou proudy I2 a Az3 ve stejném časovém okamžiku rovny polovině nejvyššího proudu a mají opačný směr vzhledem k proudu v cívce AX (to je vlastnost tří- fázové proudy). Z tohoto důvodu se v tyčích cívek BY a CZ budou magnetické toky rovnat polovině maximálního toku a v centrální kompozitní tyči budou mít opačný směr vzhledem k toku AX cívky. Součet toků v daném okamžiku je nulový. Totéž platí pro jakýkoli jiný okamžik.

Žádný průtok ve středovém pruhu neznamená žádný průtok v ostatních pruhech. Pokud zničíme středovou tyč a spojíme horní a spodní třmen do společných třmenů (viz obr. 2), pak si tok cívky AX najde cestu přes jádra cívek BY a CZ a magnetomotorické síly těchto cívky se sčítají s magnetomotorickou silou cívky AX. V tomto případě bychom získali třífázový transformátor se společným magnetickým obvodem pro všechny tři fáze.

Obrázek 2

Protože proudy v cívkách jsou fázově posunuty o 1/3 periody, jsou jimi produkované magnetické toky také časově posunuty o 1/3 periody, tzn. největší hodnoty magnetických toků v tyčích a cívkách následují po 1/3 periody...

Důsledkem fázového posunu magnetických toků v jádrech o 1/3 periody je stejný fázový posun a elektromotorické síly indukované v primárním i sekundárním vinutí působící na tyče. Elektromotorické síly primárních vinutí téměř vyrovnávají přivedené třífázové napětí Elektromotorické síly sekundárních vinutí dávají při správném zapojení konců cívek třífázové sekundární napětí, které je přivedeno do sekundárního obvodu.

Pokud jde o konstrukci magnetického obvodu, třífázové transformátory, stejně jako jednofázové, jsou rozděleny do tyčových Obr. 2. a obrněné.

Třífázové tyčové transformátory se dělí na:

a) transformátory se symetrickým magnetickým obvodem a

b) transformátory s asymetrickým magnetickým obvodem.

Na Obr. 3 schematicky znázorňuje posuvný transformátor se symetrickým magnetickým obvodem a na Obr. 4 znázorňuje tyčový transformátor s nesymetrickým magnetickým obvodem. Jak je patrné ze tří železných tyčí 1, 2 a 3, sevřených nahoře a dole železnými třmenovými deskami. Na každé noze jsou primární I a sekundární II cívky jedné fáze transformátoru.

Obrázek 3

V prvním transformátoru jsou tyče umístěny ve vrcholech úhlů rovnostranného trojúhelníku; druhý transformátor má tyče ve stejné rovině.

Uspořádání tyčí ve vrcholech rohů rovnostranného trojúhelníku poskytuje stejné magnetické odpory pro magnetické toky všech tří fází, protože dráhy těchto toků jsou stejné. Ve skutečnosti magnetické toky tří fází procházejí odděleně skrz jednu vertikální tyč úplně a přes další dvě tyče napůl.

Na Obr. 3 tečkovaná čára znázorňuje způsoby uzavření magnetického toku tyčové fáze 2. Je dobře vidět, že pro toky fází tyčí 1 a 3 jsou způsoby uzavírání jejich magnetických toků naprosto stejné. To znamená, že uvažovaný transformátor má stejné magnetické odpory pro toky.

Uspořádání tyčí v jedné rovině vede k tomu, že magnetický odpor pro tok střední fáze (na obr. 4 pro fázi tyče 2) je menší než pro toky koncových fází (na obr. 4). 4 — pro fáze tyčí 1 a 3).

Obrázek 4.

Ve skutečnosti se magnetické toky koncových fází pohybují po mírně delších drahách než toky střední fáze. Navíc tok terminálních fází opouštějících jejich tyče prochází zcela jednou polovinou jha a teprve druhou polovinou (po rozvětvení ve střední tyči) prochází jeho polovina. Proud střední fáze na výstupu z vertikální tyče se okamžitě rozdělí na dvě poloviny, a proto pouze polovina středního proudu přechází do dvou částí třmenu.

Toky koncových fází tedy saturují jho ve větší míře než tok střední fáze, a proto je magnetický odpor pro toky koncových fází větší než pro tok střední fáze.

Důsledkem nerovnoměrnosti magnetických odporů pro toky různých fází třífázového transformátoru je nerovnoměrnost proudů naprázdno v jednotlivých fázích při stejném fázovém napětí.

Při nízkém nasycení třmenu železem a dobré montáži tyčového železa je však tato proudová nerovnost zanedbatelná. Protože konstrukce transformátorů s asymetrickým magnetickým obvodem je mnohem jednodušší než konstrukce transformátoru se symetrickým magnetickým obvodem, ukázalo se, že se většinou používají první transformátory. Transformátory symetrických magnetických obvodů jsou vzácné.

S ohledem na Obr. 3 a 4 a za předpokladu, že proudy protékají všemi třemi fázemi, je snadné vidět, že všechny fáze jsou vzájemně magneticky spojeny. To znamená, že magnetomotorické síly jednotlivých fází se navzájem ovlivňují, což při transformaci třífázového proudu třemi jednofázovými transformátory nemáme.

Druhou skupinou třífázových transformátorů jsou pancéřované transformátory. Pancéřovaný transformátor lze považovat za složený ze tří jednofázových pancéřovaných transformátorů, které jsou k sobě připojeny třmenem.

Na Obr. 5 je schematicky znázorněn pancéřovaný třífázový transformátor s vertikálně umístěným vnitřním jádrem.Z obrázku je dobře vidět, že přes roviny AB a CD jej lze rozdělit na tři jednofázové pancéřované transformátory, jejichž magnetické toky lze uzavřený každý ve svém vlastním magnetickém obvodu. Dráhy magnetického toku na Obr. 5 jsou označeny přerušovanými čarami.

Obrázek 5.

Jak je patrné z obrázku, ve středních svislých tyčích a, na kterých je superponováno primární I a sekundární II vinutí stejné fáze, prochází plný tok, zatímco v třmenech b-b a bočních stěnách prochází polovina toku. . Při stejné indukci by měly být průřezy třmenu a bočních stěn poloviční než průřez střední tyče a.

Pokud jde o magnetický tok v mezilehlých částech c — c, jeho hodnota, jak uvidíme dále, závisí na způsobu zahrnutí střední fáze.

Hlavní výhodou kotvových transformátorů oproti tyčovým jsou krátké závěrné dráhy magnetického toku a tedy nízké proudy naprázdno.

Nevýhody pancéřových transformátorů zahrnují zaprvé nízkou dostupnost vinutí pro opravu, protože jsou obklopeny železem, a zadruhé nejhorší podmínky pro chlazení vinutí — ze stejného důvodu.

U tyčových transformátorů jsou vinutí téměř zcela otevřená, a proto jsou přístupnější pro kontrolu a opravu, stejně jako pro chladicí médium.

Třífázový olejový transformátor s trubkovou nádrží: 1 — řemenice, 2 — vypouštěcí ventil oleje, 3 — izolační válec, 4 — vysokonapěťové vinutí, 5 — nízkonapěťové vinutí, 6 — jádro, 7 — teploměr, 8 — svorky pro nízké napětí, 9 — vysokonapěťové svorky, 10 — nádoba na olej, 11 — plynová relé, 12 — ukazatel hladiny oleje, 13 — radiátory.

Další podrobnosti o zařízení třífázových transformátorů: Výkonové transformátory — zařízení a princip činnosti