2. Схеми та групи з'єднання обмоток

Обмоткою трансформатора називають сукупність витків, утворюючих електричне коло, в якому складаються ЕРС, які наведенні в окремих витках з метою одержання вищої чи нижчої напруги.

В трифазному трансформаторі під обмоткою розуміють сукупність з'єднаних між собою обмоток однієї напруги трьох фаз.

Обмотки трансформатора ВН і НН складаються із обмоточного мідного чи алюмінієвого ізольованого дроту і ізоляційних деталей, передбачених конструкцією стержня магнітопроводу і обмот­ки, які не тільки захищають витки від електричного пробою (виткова і шарова ізоляція), а й перешкоджають їх зміщенню від дії електромагнітних сил і створюють необхідні канали для охолодження (клинки, бруски і прокладки із деревини твердих порід). Обмотки виготовляють у вигляді кругових концентричних циліндрів. Обмотка НН розміщується ближче до стержня тому, що для її ізоляції від стержня треба менше ізоляційного матеріалу.

Фазні обмотки в трифазних трансформаторах сполучають «зіркою» (Y) або «трикутником» (Δ). Схему з'єднання обмоток двохбмоткового трансформатора позначають у вигляді дробу, в чисельнику якого знаходиться позначення схеми з'єднання обмотки ВН, у знаменнику – позначення схеми обмотки НН. Наприклад, схема з'єднання Y/Yо означає, що обмотка ВН з'єднана «зіркою», а обмотка НН – «зіркою» з виведеною нейтральною (нульовою) точкою (рис.1.2).

Залежно від зсуву в часі між лінійними первинними і вторинними напругами в трифазних трансформаторах розрізняють групи сполучення обмоток.

Для цього за умовним позначенням схеми з’єднання обмоток вка­зують кут зсуву по фазі між лінійними первинною і вторинною ЕРС, (напругами), але не в градусах, а у вигляді числа годинникового циферблата, яке має назву – група з'єднання обмоток трансформато­ра. За одиницю вимірювання кута зсуву приймають 30º. При цьому проводиться формальна аналогія з кутами між хвилинною і годинною стрілками годинника в ціле число годин. Для визначення групи спо­лучення обмоток з вектором лінійної ЕРС (напруги) обмотки НН суміщають годинну стрілку, а з вектором ЕРС обмотки ВН – хвилинну. Кут відлічують від хвилинної стрілки до годинної в на­прямі їх руху, при цьому вектор високої ЕРС (наприклад, Е_АВ) встановлюють на число 12, а вектор низької ЕРС (наприклад Е_ав) встановлюють на циферблаті відповідно положенню вектора Е_ав відносно Е_АВ. Групи сполучень визначаються числами від 1 до 12 (0). В умовному позначенні нульової (12) групи (рис 1.2) з'єднання обмоток (Y/Y-0) означає, що вектор лінійної ЕРС вторинної обмотки Е_ав співпав з вектором лінійної ЕРС первинної обмотки Е_АВ і числом 12 (нуль годин) циферблата (кут зсуву між векторами дорівнює нулю).

Одинадцята група з'єднання (Y/Δ-11) означає, що век­тор лінійної ЕРС вторинної обмотки Е_ав співпав з числом 11 циферблата, а кут між векторами дорівнює 11 • 30 = 330º (рис. 1.3).

3. Режими роботи силового трансформатора

Трансформатор, який експлуатується, може знаходитись у вимкненому стані (первинна і вторинна обмотки вимкнуті від мережі та споживача), в режимах холостого ходу (споживачі відключені), короткого замикання і навантаження.

Холостим ходом називають режим роботи трансформатора при розімкнутій вторинній обмотці (опір навантаження дорівнює нескінченості). Корисна потужність при роботі трансформатора в цьому режимі дорівнює нулю.

Струм в цьому режимі називається струмом холостого ходу І_о. Цей струм складається з реактивної складової І_ор, що називається намагнічуючим струмом і активної складової І_оа та визначається з виразу:

, А

Активна складова струму І_оа набагато менша від реактивної складової І_ор. Реактивна складова І_ор створює основний магнітний потік Ф, перебуває у фазі з ним і визначає реактивну по­тужність. Ця складова має чисто індуктивний характер. Активна складова І_оа визначається величиною активної потужності Р_о, що споживається ненавантаженим трансформатором:

,

де U₁– напруга первинної обмотки, В;

Р_о - потужність на вході трансформатора в режимі холостого ходу, Вт.

Більша частина активної потужності Р_о витрачається на покриття витрат у сталі магнітопроводу Р_с при перемагнічуванні та на вихрові струми. Менша частина йде на електричні втрати в міді однієї лиш первинної обмотки Р_м = І²_оа R_м. Проте через невелику величину струму І_оа, який звичайно не перевищує 2…10% від номінального Ін, електричними втратами І²_оа R_м можна знехтувати і вважати, що вся потужність холостого ходу являє собою потужність магніт­них втрат в сталі магнітопроводу: Р_о = Р_с.

З досліду холостого ходу по розміру потужності визначається стан магнітопроводу (якість ізоляції листів сталі, їх шихтовка, складання та опресування).

Розрахунок струму холостого ходу по паспортних даних трансформатора виконується за виразом:

І_о = і_о (%) І_н /100,

де і_о – паспортне значення струму холостого ходу трансформатора, %;

І_н – номінальний струм первинної обмотки, А.