Схемы соединения обмоток силовых трансформаторов
Трехфазные трансформаторы характеризуются двумя коэффициентами трансформации:
а) фазным — равным отношению числа витков wВН фазы обмотки ВН к числу витков wHH фазы обмотки НН или же отношению фазных напряжений этих обмоток в режиме холостого хода:
kф = wвн/wнн = Uоф.вн/Uоф.нн
б) линейным — равным отношению линейного напряжения обмотки ВН к линейному напряжению обмотки НН в режиме холостого хода:
kл = Uол.вн/Uол.нн
Для схем У/У и Д/Д коэффициенты трансформации равны: kл = kф; для схемы У/Д линейный коэффициент kл = √3kф, а для схемы Д/У - kл = kф/√3.
При соединении обмотки трансформатора по схеме Zн каждая фаза состоит из двух одинаковых катушек, которые размещены на разных стержнях и соединены между собой встречно так, чтобы векторы индуктируемых в них ЭДС вычитались.
Схема ZH неэкономична, так как при одном и том же фазном напряжении Uф она требует большего расхода обмоточного провода, чем при схемах У и Д. Это объясняется тем, что в рассматриваемой схеме фазное напряжение Uф в √3 раз больше напряжения UK на каждой катушке, а при размещении двух катушек на одном стержне и их последовательном соединении Uф = 2UK. Поэтому обычно схему ZH не применяют; ее используют только в трансформаторах для вентильных преобразователей.
Обмотки трехстержневых трансформаторов лучше всего соединять по схемам У/Д и Ун/Д. Силовые трансформаторы средней мощности при вторичных напряжениях не более 400 В можно соединять и по схемам Y/Y и Д/Y, так как это позволяет получать от вторичной обмотки не только линейное напряжение 380 В, используемое в силовых цепях, но и фазное напряжение 220 В, требуемое для осветительных установок.
Параметры и характеристики трансформаторов.
Для испытания трансформатора служат опыты холостого хода и короткого замыкания.
Опыт холостого хода.
При опыте холостого хода трансформатора его вторичная обмотка разомкнута и тока в этой обмотке нет (I2 = 0)
Если первичную обмотку трансформатора включить в сеть источника электрической энергии переменного тока, то в этой обмотке будет проходить ток холостого хода I0. В трансформаторах больших мощностей ток холостого хода может достигать значений порядка 5—10% номинального тока. В трансформаторах малых мощностей этот ток достигает значения 25— 30% номинального тока.
Ток холостого хода I0 создает магнитный поток в магнитопроводе трансформатора. Для возбуждения магнитного потока трансформатор потребляет реактивную мощность из сети. Что же касается активной мощности, потребляемой трансформатором при холостом ходе, то она расходуется па покрытие потерь мощности в магнитопроводе, обусловленных гистерезисом и вихревыми токами.
Так как реактивная мощность при холостом ходе трансформатора значительно больше активной мощности, то коэффициент мощности cos φ его весьма мал и обычно равен 0,2—0,3.
По данным опыта холостого хода трансформатора определяют:
- ток холостого хода I0 (измеряют амперметром, включенный в цепь первичной обмотки),
- потери в стали сердечника Рст (Рст могут быть приняты равными мощности Р0, потребляемой трансформатором при холостом ходе и определяются по ваттметру),
- коэффициент трансформации n (n = U1/U20 ≈ W1/W2, где U20 напряжение на вторичной обмотке при холостом ходе, U1 напряжение на первичной обмотке, W2 и W1 количество витков первичной и вторичной обмоток).
При испытании трехфазного трансформатора определяется фазный ток холостого хода.
Опыт короткого замыкания.
При коротком замыкании вторичной обмотки сопротивление трансформатора очень мало и ток короткого замыкания во много раз больше номинального. Такой большой ток вызывает сильный нагрев обмоток трансформатора и приводит к выходу его из строя. Поэтому трансформаторы снабжаются защитой, отключающей его при коротких замыканиях.
При опыте короткого замыкания вторичная обмотка трансформатора замкнута накоротко, т. е. напряжение на зажимах вторичной обмотки равно нулю. Первичная обмотка включается в сеть с таким пониженным напряжением, при котором токи в обмотках равны номинальным. Такое пониженное напряжение называется напряжением короткого замыкания и выражается в процентах от номинального значения uк, %.
По данным опыта короткого замыкания определяется напряжение короткого замыкания uк, его активная uа и реактивная uх составляющие, потери на нагревание обмоток трансформатора Ро6м при номинальной нагрузке и активное, реактивное и полное сопротивления трансформатора при коротком замыкании RK, XK и ZK.
Потери Робм в обмотках измеряются ваттметром.
Активное, реактивное и полное сопротивления короткого замыкания трансформатора определяются следующими выражениями:
ZK = UK/I; RK = PK/I2; XK =√(ZK2 - RK2),
где UK, I и Рк - напряжение, ток и мощность, указываемые измерительными приборами, включенными в цепь первичной обмотки трансформатора.
При испытании трехфазного трансформатора следует в приведенных выше выражениях подставить фазные значения напряжения, тока и мощности.
Напряжение короткого замыкания и его активная и реактивная составляющие равны:
ua% = (IHRK/UH) 100;
uP% = (IHXK/UH) 100
uK% = (IHZK/UH) 100,
где UH и Iн — номинальные напряжение и ток первичной обмотки трансформатора.