Литература / Пиотровский_Электрические_машины_учебник_1974

ступеней (например, от Волховской ГЭС к потребителю в Ленинграде в три — четыре ступени), то потери в стали, если не принять мер к их ограничению, могут существенно ухудшить работу энергоси­ стемы.

11-5. Опыт холостого хода

Опыт производится по схеме рис. 11-9. Обычно синусоидальное напряжение подводится к обмотке низшего напряжения. Посредством вольтметров Ѵх и Ѵ2 амперметра А и ваттметра W измеряется первич­ ное и вторичное напряжения Uх и С/20, ток холостого хода / 0 и мощ­ ность холостого хода Р 0; частотомер F служит для контроля частоты.

нальному напряжению U1H.

Из опыта холостого хода может быть определен также коэффи­ циент трансформации к трансформатора, равный отношению э. д. с. обмотки высшего напряжения к э. д. с. обмотки низшего напряже­ ния. Если обмотка высшего напряжения является первичной, а об­

187

Так как при холостом ходе Е} ä Ul и Ег = С/20, то

(11-37)

т. е. коэффициент трансформации однофазного трансформатора опре­ деляется отношением количества витков обмоток высшего и низшего напряжения или отношением напряжений на зажимах его обмоток при холостом ходе.

Гл а в а д в е н а д ц а т а я

МАГНИТНЫЕ СИСТЕМЫ И СПОСОБЫ СОЕДИНЕНИЯ ОБМОТОК ТРЕХФАЗНЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ. ХОЛОСТОЙ ХОД ТРЕХФАЗНОГО ТРАНСФОРМАТОРА

12-1. Магнитные системы трехфазных трансформаторов

Трехфазный трансформатор может быть образован из трех одно­ фазных (рис. 12-1), если их обмотки определенным образом соеди­ нить между собой (например, обе обмотки звездой). Такой трансфор­ матор называют трансформаторной группой или групповым транс-

форматором. Однако можно выполнить трехфазный трансформатор с общей магнитной системой для трех фаз с тремя стержнями, или так называемый трехстержневой трансформатор (рис. 12-2).

Группа из трех однофазных трансформаторов несколько дороже трехфазного трансформатора на ту же мощность, имеет несколько более низкий к. и. д. и занимает больше места, хотя каждый одно­ фазный трансформатор группы (так называемая «фаза») меньше по габаритам и по весу, чем трехстержневой трансформатор на полную мощность группы, что имеет большое значение при установке и пере­ возке мощных единиц. Кроме того, при группе однофазных трансфор-

188

маторов в качестве резерва обычно достаточно иметь всего одну фазу (треть мощности группы), так как повреждение одновременно двух фаз трансформатора маловероятно. При трехфазном трансфор­ маторе приходится иметь в резерве другой трансформатор на полную мощность. Таким образом, групповой трансформатор имеет преиму­ щества при больших мощностях, где условия перевозки и надежность при эксплуатации имеют особенно важное значение. Наоборот, трансформаторы средней и особенно малой мощности выполняются главным образом как трехстержневые. В СССР трехстержневые транс­ форматоры стандартизованы на мощности до 60 000 кв-а, а группо­ вые — начиная с мощности 3 X 600 кв-а и выше.

Вотношении магнитной системы разница между групповым и трехстержневым трансформатором та, что магнитные цепи первого совершенно независимы друг от друга, тогда как у второго они свя­ заны. Пути магнитного потока в каждом трансформаторе показаны на рис. 12-1 и 12-2 штриховыми линиями.

Вгрупповом трансформаторе длины магнитных цепей всех трех фаз одинаковы, тогда как в трехстержневом — различны, причем магнитная проводимость для потоков крайних фаз меньше, чем для средней. Так как к фазам трансформатора подводятся нормально симметричные напряжения, т. е. равные по величине и сдвинутые на 120°, то э. д. с. Ех и, следовательно, магнитные потоки всех трех фаз тоже симметричны. Поэтому намагничивающие силы этих фаз и, стало быть, намагничивающие токи / 0 трехстержневого трансформа­ тора образуют несимметричную систему, а именно, токи двух крайних фаз А и С больше, чем ток средней фазы В. В групповом трансформа­

торе такой асимметрии нет, так как все три фазы имеют одинаковые магнитные цепи.

Асимметрия токов холостого хода трехстержневого трансформа­ тора не имеет большого практического значения, так как уже при очень небольшой нагрузке она сглаживается.

12-2. Способы соединения обмоток трехфазных трансформаторов и их обозначения

Каждая из обмоток трансформатора как первичная, так и вторич­ ная, может быть соединена звездой или треугольником. Кроме того, обмотка низшего напряжения масляных трансформаторов средней мощности может иметь соединение зигзаг, при котором каждая фаза вторичной обмотки располагается на двух различных стержнях, по половине общего количества витков на каждом стержне. При соединении звездой концы обмоток образуют общую точку (рис. 12-3, а). При соединении треугольником начало первой фазной обмотки соединяется с концом третьей, начало второй — с концом первой и начало третьей — с концом второй (рис. 12-4, а). В первом случае все начала, а во втором случае общие точки обмоток присое­ диняются к сети.

Следует отметить, что понятия начала и конца обмоток условны, однако они необходимы для правильного соединения фазных обмо-

189

ток. В трехфазных трансформаторах положительному направлению тока от начала к концу обмотки должно соответствовать определен­ ное направление магнитного потока в стержнях; в стержневых транс­ форматорах это направление должно быть одинаковым (рис. 12-2).

Начала фазных обмоток высшего напряжения принято обозначать большими буквами А, В и С, а концы их — буквами X, Y и Z, при­ чем для обмотки фазы используются буквы АХ, BY и CZ.

Начала и концы обмоток низшего напряжения обозначаются соот­ ветственно малыми буквами: «, Ъ, с и х, у, z. В дальнейшем, для крат­ кости, каждой фазе приписывается буква начала ее обмотки.

Соединение обмоток в звезду обозначается знаком Д" , соединение

в треугольник — знаком Д , соединение зигзаг — знаком у* . Сначала

указывают соединение обмотки высшего напряжения, а затем через наклонную черту — обмотки низшего напряжения. Для обозначения обмотки, соединенной в звезду с выведенной нулевой точкой, приме­ няется знак Y", а для вывода нулевой точки обмоток — 0.

190

рассматриваются только первая п третья гармонические э. д. с. н тока, так как в работе трехфазного трансформатора они имеют наибольшее значение. Под первой гармонической э. д. с. или тока понимают синусоиду, имеющую основную частоту н, следовательно, период Т = 1//. Третья гармоническая э. д. с. или тока имеет частоту /3 = 3/ и период Т3 = 1//3 (см. рис. 12-9).-

А. Соединение трехфазной обмотки звездой. На рис. 12-3, а представлена схема соединений первичной обмотки трансформатора звездой. Под действием приложенного напряжения uj в обмотках протекает ток ilt возникает магнитный

(Y — Щ, перемещаются по обмотке А от ее начала А к концу X, а по обмотке В — от ее конца У к началу В, т. е. изменяют направление обхода обмотки В относительно обмотки А. В этом случае производится вычитание векторов; так,

например, чтобы получить линейную э. д. с. Ь'АВІ, нужно повернуть вектор ЁВІ

на 180° и провести вектор — ЁВІ из конца вектора ÈM . Точно так же #ВС1 =

Из рис. 12-3, б следует, что векторы линейных э. д. с. опережают векторы фазных э. д. с. на угол 30°, а линейная э. д. с. трехфазной системы

Из этих уравнений следует, что третьи гармонические во всех фазах в любой момент времени равны между собой, т. е. направлены к нулевой точке Оліли

— Е) и (С — Z) — (X — Л), третьи гармонические э. д. с. взаимно уравно­

вешиваются. Следовательно, при соединении обмотки звездой в линейном напря­ жении нет третьей гармонической э. д. с.

Все сказанное относительно э. д. с. справедливо п для напряжения, только нужно иметь в виду, что в первичной обмотке трансформатора э. д. с. и напря­ жение сдвинуты по отношению друг к другу почти на половину периода. Звезда векторов первой гармонической напряжения изображена на рис. 12-3, г.

При соединении обмоток звездой фазные токи являются одновременно и

191

Б. Соединение трехфазной обмотки треугольником. Схема соединений пред­ ставлена на рис. 12-4, а. Первые гармонические фазных э. д. с. этих обмоток образуют, так же как при соединении обмоток звездой, симметричную трехлуче­

вую звезду векторов ÈA l, Еві и ЕС1 (рис. 12-4, б). При соединении обмоток тре­

угольником образуется замкнутый контур, который нужно обходить в одном направлении — от начала к концу каждой обмотки; поэтому для выяснения действия э. д. с. еА1, еВ1 и еСІ по замкнутому контуру треугольника, нужно

векторы этих э. д. с. геометрически сложить. Такое сложение показано на рис. 12-4, б штриховыми линиями и из него следует, что сумма всех трех э. д. с. равна нулю, пли, другими словами, при соединении обмоток треугольником первые гармонические фазных э. д. с. в замкнутом контуре треугольника нахо­ дятся во взаимном равновесии.

Третьи гармонические э. д. с. действуют в замкнутом контуре треугольника все в одном направлении (см. рис. 12-3, в), либо от начала каждой фазной обмотки к ее концу, либо в обратном направлении. Сумму этих э. д. с. можно измерить,

течет ток третьей гармонической І 3, который можно измерить амперметром А

так как в замкнутом треугольнике они целиком затрачиваются на преодоление падения напряжения от тока / 3. Это же относится и ко всем гармоническим, кратным трем: девятой, пятнадцатой и т. д.

где ф — угол между Нф1 н / ф1.

Большое эксплуатационное значение при включении трансформа­ торов на параллельную работу имеет взаимное направление векторов первичной и вторичной э. д. с.; поэтому, кроме указания соединения первичной и вторичной обмоток, вводится обозначение угла между этими векторами.

На рис. 12-5, а представлена одна фаза трансформатора, в котором первичная обмотка А — высшего напряжения, а вторичная а — низшего напряжения. По условию обе обмотки намотаны в одну и ту же сторону и их верхние зажимы А и а приняты за начала, а ниж-

192

пиѳ зажимы X и х —*за концы обмоток. Так как обо обмотки рас­ полагаются на одном и том же стержне и пронизываются одним и тем же потоком, то наводимые в этом случае в обмотках э. д. с. имеют в любой момент времени одинаковое относительно зажимов обмоток направление, например от конца X к началу А в одной обмотке и от конца X к началу а — в другой. Соответственно этому э. д. с. на

зажимах обмоток Ёг и Ё2 совпадают по фазе и изображаются двумя векторами ХА и ха, одинаково направленными.

Если обмотки намотаны в разные стороны (рис. 12-5, б), но сохра­ няют то же обозначение зажимов, что и на рис. 12-5, а, то э. д. с. Ёг и Ё2 относительно начала обмоток направлены в разные стороны, например от X к А и от а к х. Соответственно этому, э. д. с. Ёг и Ё2

Рис. 12-5. Угол сдвига векторов э. д. с. в зави­ симости от направления намотки и обозначения зажимов: а и в —направления намотки совпа­ дают, б — направления намотки встречные

должны быть изображены векторами ХА и ха, направленными в про­ тивоположные стороны.

Такое же расположение векторов может быть получено путем изменения обозначения концов и при одинаковом направлении на­ мотки катушек (рис. 12-5, в). Таким образом, угол сдвига фазной вторичной э. д. с. относительно первичной зависит от направления намотки обмоток и от принятого обозначения зажимов обмоток (мар­ кировки). При расположении обмоток на одном стержне этот угол может быть равным нулю или 180°.

Угол сдвига линейной э. д. с. будет зависеть еще от способа сое­ динения фазных обмоток.

Пусть обе обмотки трансформатора соединены звездой, намотаны в одну и ту же сторону и имеют одинаковые обозначения зажимов, согласно схеме на рис. 12-6, а. Обмотка высшего напряжения попрежнему принята первичной, а обмотка низшего напряжения — вторичной. Системы линейных и фазных первичных и вторичных э. д. с. предполагаются симметричными. Так как вторичная обмотка как бы повторяет собой первичную, то треугольник аЬс вторичных линейных э. д. с. и звезда Оа, Ob и Ос вторичных фазных э. д. с. совпадают соответственно по фазе с треугольником АВС и звездой ОА,

OB и ОС линейных и фазных первичных о. д. с. (рис. 12-6, б), и угол сдвига вторичной линейной э. д. с. относительно первичной равен

нулю.

На практике принято выражать этот угол не в градусах, а в более крупных единицах, равных 30° каждая. Совпадающим по фазе век-

Рис. 12-6. Диаграммы линейных п фазных э. д. с. в группе соединений обмоток Y./Y-0: а — схе­ ма, б —векторная диаграмма

торам соответствует угол равный нулю и в условных угловых еди­ ницах. Полученная группа соединения обмоток обозначается сле­ дующим образом: Y/Y-0.

При обмотках, намотанных в противоположных направлениях (рис. 12-7, а), векторы вторичных фазных и линейных э. д. с. должны

имеют практического применения, то здесь они не рассматриваются. На рис. 12-8, а представлены обмотки трансформатора, из кото­ рых первичная соединена звездой, а вторичная—треугольником по схеме ах — cz — by. Обмотки намотаны в одну и ту же сторону. В этом случае фазные э. д. с. полностью совпадают с рис. 12-6, б.

Э. д. с, между зажимами А и В равна линейной э. д. с. Еав =

194

У z

ВН — высшее напряжение, ГШ —низшее напряжение.

= Ев — Èa , которая отстает от фазной э. д. с. Ёв на 30°; э. д. с.

между зажимами ab равна фазной э. д. с. Ев (рис. 12-8, б). Из сопо­ ставления треугольников АВС и аЪс видно, что угол между векто­ рами соответствующих вторичных и первичных линейных э. д. с. равен 330°, т. е. И условных угловых единиц, следовательно, данная группа соединения обмоток должна иметь обозначение:

У/Д-11.

Если бы обмотки были намотаны в противоположные стороны, по маркировка зажимов осталась прежняя, то треугольник abc повернулся бы относительно положения, которое он занимает на рис. 12-8, б, на 180°. В этом случае угол между вектором AB и век­ тором ab был бы 150°, соответственно чему группа соединения обозна­ чалась бы: у /Д -5 . Если вторичная обмотка соединена треуголь­ ником по схеме ax—by—cz, то при одинаковом направлении намотки получается группа соединений у/Д -1.

Согласно ГОСТ 11677-65, приняты следующие группы соедине­ ний трехфазных трансформаторов (табл. 12-1).

12-3. Холостой ход трансформатора при соединении обмоток Y/Y

При изучении режима холостого хода однофазного трансформа­ тора было установлено, что при подведенном синусоидальном на­ пряжении первичная э. д. с. и основной поток также синусоидальны, а ток содержит наряду с первой гармонической сильно выражен­ ную третью гармоническую (см. рис. 11-8, а и б).

Если обмотки трехфазного трансформатора соединены звездой, то третьи гармонические в любой момент времени равны между собой и направлены одновременно к нулевой точке или от нее (см. рис. 12-3), для третьих гармонических тока холостого хода не существует путей, по которым они могли бы замыкаться. Отсутствие третьей гармониче­ ской в кривой тока холостого хода искажает форму магнитного по­

196