Трансформаторы. Схемы и группы соединения трансформаторов

1. Электрические машины

Лекция
Трансформаторы
Схемы и группы соединения силовых
трансформаторов
2022

2.

Трансформаторы
Схемы и группы соединения
Цель:
Изучить схемы и группы соединения
силовых трансформаторов
Электрические машины
Ст.пр. Горбенко А.С.
2

3.

Трансформаторы
Схемы и группы соединения
Содержание:
1. Схемы соединения обмоток трёхфазного
трансформатора
2.
Группы
соединения
обмоток
трансформатора
Электрические машины
Ст.пр. Горбенко А.С.
3

4.

Схемы соединения обмоток трёхфазного трансформатора
Трехфазные трансформаторы
Особенность трехфазной системы - векторы напряжения, как и
векторы токов (при равенстве нагрузки по фазам)
сдвинуты
относительно друг друга на угол 1200. Если взять три одинаковых
трансформатора, магнитные системы которых соединить (рис.1, а),
подать на первичные
обмотки трехфазную систему напряжений, то
суммарный поток
, проходящий по общему стержню = 0 (рис.1, б).
Следовательно,
от
общего
стержня можно отказаться. Тогда
магнитопровод трехфазного трансформатора примет вид ( рис.1, в).
Недостаток - ток холостого
хода фазы «В» ( I B ) (обмотка
- на среднем стержне), меньше
чем в фазах «А» и «С»-короче
путь магнитного потока в фазе
«В» ( МДС для нее требуется
меньше чем для фаз «А» и
Рис.1 Трехфазный трансформатор: а — однофазные
трансформаторы для трехфазной системы; б —
графическое определение значения магнитного
потока в общем стержне; в — плоский
магнитопровод трехфазного трансформатора.
Электрические машины
Ст.пр. Горбенко А.С.
«С»). Число витков во всех
фазах одинаково, и чтобы
уравнять МДС всех фаз,
намагничивающий
ток
в
фазе «В» меньше.
4

5.

Схемы соединения обмоток трёхфазного трансформатора
FA I A W1 H l A
FB I B W1 H lB
FC I C W1 H lC
F — магнитодвижущая сила, А витки;
H — напряженность магнитного поля;
l — длина пути прохождения магнитного
потока, м.
Схемы соединения обмоток трехфазного трансформатора
Обмотки трехфазного трансформатора можно соединить по следующим
схемам (рис.2).
Рис. 2
Схемы соединения обмоток трехфазного
трансформатора: а — звезда (Y); б — треугольник ( ); в
— зигзаг (Z)
Электрические машины
Ст.пр. Горбенко А.С.
У обмоток
низшего
напряжения
(схема
«звезда»),
Yн
нейтральный провод,
выведен наружу —
Комбинация 1-чной и 2чной обмоток трансфра теоретически может
быть любой.
Наиболее
употребительны схемы
Y / Yн / Yн Y /
Y / Zн
5

6.

Схема Y / Yн — наиболее распространенная у трансформаторов
малой и средней мощности для питания электрических сетей 0,38
кВ с глухозаземленной нейтралью.
Достоинства:
а) наиболее экономичен в изготовлении;
б) наименьшие потери электрической энергии при работе на
равномерную по фазам нагрузку;
в) имеет фазное и линейное напряжение;
Недостаток:
при
несимметричной
нагрузке
резко
увеличиваются
потери
электрической энергии и отклонения напряжений от номинального.
Поэтому - наиболее целесообразен при работе на симметричную нагрузку в
низковольтных электрических сетях с глухозаземленной нейтралью.
Схема
/ Yн
. Достоинства:
а) лучше чем трансформатор Y / Yн работает на несимметричную нагрузку;
б) потери электрической энергии одинаковы с трансформатором Y / Yн ;
также имеет фазное и линейное напряжение.
Недостаток: количество витков первичной обмотки увеличивается
в 3 раз - вызывает увеличение количества изоляционного материала
и работы на изготовление указанной обмотки. Поэтому трансформатор
/ Yн дороже чем Y / Yн
- целесообразен для питания низковольтных
электрических
его 400
кВ*А и выше.
Электрические машинысетей при мощности
Ст.пр. Горбенко
А.С.
6

7.

Схемы соединения обмоток трёхфазного трансформатора
Схема Y / .
Достоинство: потери
электрической энергии одинаковы с
трансформатором Y / Yн .
Недостатки:
а) количество витков вторичной обмотки увеличено в 3 раз (как и
в схеме / Yн ),
б) имеется только одно линейное напряжение. Фазного напряжения
нет.
Можно использовать для питания
электрических сетей с
изолированной нейтралью.
Схема Y / Z н .
Достоинства:
а) имеет фазное и линейное напряжения;
б) при
работе
в несимметричных режимах практически нет
искажений фазных напряжений
Недостаток:
количество витков вторичной обмотки на 15 % больше, чем у
схемы Y / Yн , т.к. фазные напряжения создаются двумя полуобмотками,
лежащими на разных стержнях.
Трансформатор Y / Z н целесообразен для питания низковольтных
Электрические
машины сетей при мощности
Ст.пр. Горбенко
А.С. меньше 400 кВА.
7
электрических
его

8.

Группы соединения обмоток трансформатора
Группы соединения обмоток трансформаторов
Группу соединения обмоток необходимо
знать
только
при включении
трансформаторов на параллельную работу. Она определяется углом между
векторами линейных напряжений первичной и вторичной обмоток трансформатора.
Количество групп, которые может иметь трансформатор, зависит от числа фаз. Так
однофазные трансформаторы имеют 2 группы, трехфазные — 12.
ГОСТом определено, что группа соединения обмоток у трансформатора Y / YH
должна быть нулевая, а у трансформатора Y / , / YH , Y / Z H — одиннадцатая.
Для описания напряжения смещения между первичной и вторичной
обмотками традиционно используется пример с циферблатом часов. Так как
этот сдвиг фаз может изменяться от 0° до 360°,а кратность сдвига составляет
30°, то для обозначения группы соединений выбирается ряд чисел от 1 до
12, в котором каждая единица соответствует углу сдвига в 30°. Одна фаза
первичной указывает на 12, а соответствующая фаза другой стороны
указывает на другую цифру циферблата.
Электрические машины
Ст.пр. Горбенко А.С.
8

9.

Группы соединения обмоток трансформатора
• На практике для удобства обозначения групп используют
циферблат часов.
• Напряжение первичной обмотки U1 изображают минутной
стрелкой, установленной постоянно на цифре 12, а часовая
стрелка занимает различные положения в зависимости от
угла сдвига между U1 и U2.
• Сдвиг 0° соответствует группе 0, а сдвиг 180° - группе 6 (рис. 3).
Электрические машины
Ст.пр. Горбенко А.С.
9

10.

Группы соединения обмоток трансформатора
• В трехфазных трансформаторах можно получить 12 различных групп
соединений обмоток.
• Например, обмотки трансформатора соединены по схеме Y/Y (рис. 4).
• Для маркировки на рис. 4а, ЭДС соответствующих фаз первичной и
вторичной обмоток совпадают, поэтому будут совпадать линейные и
фазные напряжения первичной и вторичной обмоток (рис. 4, б).
Схема имеет группу Y/Y - 0.
Рис. 4
Электрические машины
Ст.пр. Горбенко А.С.
10

11.

Группы соединения обмоток трансформатора
Если изменить маркировку зажимов вторичной обмотки на
противоположную (рис. 5. а, то при перемаркировке концов и начал
вторичной обмотки фаза ЭДС меняется на 180°.
• Следовательно, номер группы меняется на 6. Данная схема имеет группу
Y/Y - 6.
Рис. 5
Электрические машины
Ст.пр. Горбенко А.С.
11

12.

Группы соединения обмоток трансформатора
• На рис. 6 представлена схема, в которой по сравнению со
схемой рис. 4 выполнена круговая перемаркировка зажимов
вторичной обмотки (а→b , b→c, с→a).
• При этом фазы соответствующих ЭДС вторичной обмотки
сдвигаются на 120° и, следовательно, номер группы меняется
на 4.
Электрические машины
Рис. 6
Ст.пр. Горбенко А.С.
12

13.

Группы соединения обмоток трансформатора
• Схемы соединений Y/Y позволяют получить четные номера групп, при
соединении обмоток по схеме Y/Δ номера групп получаются нечетными.
• В качестве примера рассмотрим схему, представленную на рис. 7.
• В этой схеме фазные ЭДС вторичной обмотки совпадают с линейными,
поэтому треугольник аbс поворачивается на 30° против часовой стрелке по
отношению к треугольнику АВС. Но так как угол между линейными
напряжениями первичной и вторичной обмоток отсчитывается по часовой
стрелке, то группа будет иметь номер 11.
Рис. 7
• Из двенадцати возможных групп соединений обмоток трехфазных
трансформаторов стандартизованы две: Y/Y - 0 и Y/Δ-11. Они, как правило,
и применяются
Электрические
машины на практике.
Ст.пр. Горбенко А.С.
13

14.

Группы соединения обмоток трансформатора
• При соединении обмотки НН по схеме ZH, а обмотки ВН по схеме У
фазные напряжения обмотки НН сдвинуты относительно
соответствующих
фазных
напряжений
обмотки
ВН
(например, Úa10 относительно ÚA0 ) на угол 330°, т. е. при таком
соединении будет одиннадцатая группа (рис. 8).
Электрические машины
Ст.пр. Горбенко А.С.
14

15. Контрольные вопросы

1.Какой режим работы трансформатора называется холостым
ходом?
2. Какой ток называется током холостого хода?
3. Какие величины в трансформаторе определяются на основании
опыта холостого хода?
4. Что такое коэффициент трансформации?
5. Что такое напряжение короткого замыкания?
Электрические машины
Ст.пр. Горбенко А.С.
15

16. Список информационных источников

1. Электрические машины для электроэнергетики: Электронный учебник. / А.П.
Биличенко, А.Д. Мехтиев, К.В. Кирсанова, Е.Г. Нешина. - Караганда: КарГТУ, 2017.
http://rmebrk.kz/book/1160040
2. Копылов, И. П. Электрические машины в 2 т. Том 1 : учебник для вузов /
И. П. Копылов. — 2-е изд., испр. и доп. — Москва : Издательство Юрайт, 2020. —
267 с. — (Высшее образование). — ISBN 978-5-534-03222-2. — Текст : электронный
// ЭБС Юрайт [сайт]. — URL: https://urait.ru/bcode/451783 (дата обращения:
22.06.2021).
3. Копылов, И. П. Электрические машины в 2 т. Том 2 : учебник для вузов /
И. П. Копылов. — 2-е изд., испр. и доп. — Москва : Издательство Юрайт, 2020. —
407 с. — (Высшее образование). — ISBN 978-5-534-03224-6. — Текст : электронный
// ЭБС Юрайт [сайт]. — URL: https://urait.ru/bcode/451784 (дата обращения:
22.06.2021)
4. Электрические машины. Кацман М.М. 12-е изд. - М.: Академия, 2017.— 496 с.
5. Электрические машины: учеб. пособие / Б. Ф. Токарев. - Москва: Альянс, 2018. –
623с.
6. Шумилов, Р.Н. Электрические машины: Учебник / Р.Н. Шумилов, Ю.И. Толстова,
А.Н. Бояршинова. - СПб.: Лань, 2016. - 352 c.
Электрические машины
Ст.пр. Горбенко А.С.
16