Трехфазный трансформатор для современных электросетей

Трехфазный трансформатор (лат. transformo) применяется при преобразовании напряжения и других рабочих характеристик переменного тока в промышленных и бытовых электросетях.

Трехфазный преобразователь

Устройство трехфазных преобразователей напряжения

Для трансформирования электроэнергии в трехфазных энергосистемах используются те же базовые принципы функционирования, заложенные в однофазных трансформаторах (см. рисунок):

Однофазный трансформатор

• На первичную обмотку (красный цвет на рисунке) подается первичный переменный ток с параметрами напряжения U₁ и силы тока I₁;
• При протекании по первичной обмотке поданного переменного тока создается меняющийся по времени магнитный поток Ф в магнитопроводе;
• В ходе электромагнитных процессов, связанных с образованием электродвижущей силы индукции в первичной и вторичной обмотках (синий цвет на рисунке), происходит трансформирование энергии из первичной электрической цепи в энергию вторичной цепи с параметрами U₂ и I₂.

Для идеального (теоретического) преобразователя электроэнергии мгновенные значения мощности Р энергий первичной и вторичной цепей равны: P1=I1U1=P2=I2U2

В реальности на значения рабочих характеристик трансформаторов влияют потери энергии при нагреве обмоток в совокупности с другими внешними и внутренними факторами, значительно усложняющими связь формы вторичного напряжения от аналогичных параметров первичной цепи.

В трехфазных электросистемах сохранен тот же принцип работы преобразователей напряжения электроэнергии, который реализуется путем соединения трех однофазных трансформаторов в единую трансформаторную группу.

Соединение трех однофазный трансформатор

Конструктивно трехфазный трансформатор представляет собой трехстержневой магнитопровод с расположенными на каждом из стержней обмотками, выполненными таким же образом, как для однофазных устройств.

Стержни магнитопроводов набираются из листовой электротехнической стали. Для ослабления вихревых токов и уменьшения потерь на перемагничивание стальные листы перед сборкой изолируются лаком.

Трехстержневой магнитопровод

Способы соединения «трехфазников»

Устройства коммутируются по различным схемам соединения обмоток. По сложившейся практике начала фаз первичных обмоток принято обозначать прописными буквами А, В и С, фазовые окончания – X, Y и Z. Аналогично для вторичных обмоток фазовые начала обозначают строчными буквами а, b и с, окончания фаз – x, yи z.

Схемы соединения обмоток

В устройстве трехфазного трансформатора наиболее распространенными являются две схемы соединения обмоток:

1. Звезда (Y-соединение), для которого характерно соединение обмоток их концами в одной общей нейтральной (нулевой) точке. В результате образуется фигура, напоминающая изображение звезды. Соединение звездой максимально защищает устройство от перенапряжения и используется при создании заземления требуемых параметров.
2. Треугольник (Δ-соединение) – последовательное соединение всех трех обмоток в треугольник. Иногда образовавшийся треугольник называют кольцом, желая подчеркнуть, что соединение позволяет току свободно циркулировать по аналогии с замкнутым кольцом.

Схемы соединения обмоток

Другой графический вариант обозначения схем «трехфазников» показан ниже.

Обозначение схем трехфазников

Область применения трехфазных преобразователей напряжения

Данные устройства предназначены для преобразования эксплуатационных параметров трехфазных электросетей и используются в энергосистемах следующих типов:

1. Системы транспортирования и распределения электроэнергии;
2. Преобразовательные устройства;
3. Электротехнологические установки (сварочная аппаратура, электропечи и т.п.);
4. Устройства связи и телемеханики;
5. Системы автоматики;
6. Бытовая электроаппаратура;
7. Электроизмерительные устройства.

Подходящую схему соединения определяют в соответствии с условиями работы прибора, к которым относятся мощность сети, уровень напряжения, асимметричность нагрузки. На выбор схемы соединения влияют также и экономические соображения.