3-фазный трансформатор и гармоники
Способ, которым трехфазный трансформатор реагирует на гармоники, зависит от используемой конфигурации соединения. Для конфигурации звезды-звезды любой дисбаланс в фазных токах приводит к тому, что звездная точка электрически смещается, а фаза к нейтральному напряжению неравномерна.
Как трехфазный силовой трансформатор реагирует на гармоники (на фото: Fluke 435 Series II, качество питания и анализатор энергии, кредит: fluke-ireland.ie)
Трехфазные гармонические токи приводят к появлению гармонических напряжений как на первичном, так и на вторичном фазовом напряжении и как пульсация напряжения звезды. Если первичный сигнал подается с помощью четырехпроводной системы, т.е. точка звезды подключена к нейтрали, искажение напряжения удаляется, но гармонический ток протекает в первичной нейтрали, поэтому экспорт искажений в систему питания.
Это можно преодолеть, добавив дельта-третичную обмотку, рассчитанную на около 30% от номинала трансформатора, что обеспечивает путь для циркуляции несимметричных и тройных гармоник и, таким образом, предотвращает их распространение обратно в систему распределения питания.
В конфигурации дельта-звезды неуравновешенные и тройные токи циркулируют в дельта-обмотке первичной и не распространяются на систему питания. Эта конфигурация является наиболее распространенной для распределительных трансформаторов.
Обратите внимание, что все остальные гармоники распространяются обратно на поставку и могут быть широко распространены в результате. Как и следовало ожидать, более низкие гармоники являются наиболее сложными, потому что они больше, менее ослаблены импедансом системы и сложнее удалить из источника.
Все гармоники, независимо от того, распространяются они или нет, вызывают увеличение потерь в обмотке трансформатора и сердечнике. Циркуляционные токи не приносят полезной работы, но вызывают избыточные потери и повышенную температуру в обмотке. Магнитные и вихревые потери увеличиваются на более высоких гармонических частотах.
Увеличение потерь вихревых токов трансформатора можно рассчитать по формуле:
где:
- P eh - общая потеря вихревых токов
- P ef - потеря вихревых токов на основной частоте
- h - гармонический порядок
- I h - среднеквадратичный ток в гармонике h в процентах от номинального основного тока
и блуждающие потери могут быть рассчитаны:
где:
- P sh - общая потеря вихревых токов
- P sf - потеря вихревых токов на основной частоте
- h - гармонический порядок
- I s - среднеквадратичный ток в гармонике h в процентах от номинального основного тока
Вышеуказанный фактор также упоминается как K-фактор. На табличках с характеристиками трансформаторов часто указывается максимальный коэффициент K. Если рейтинг не указан, его следует считать одним. Эти уравнения дают точные результаты для гармоник низкого порядка вплоть до девятого, но имеют тенденцию к превышению оценок потерь для высших гармоник.
Они также предполагают, что импеданс источника является постоянным для всех гармоник, что на практике не так. Большие трансформаторы часто имеют параллельные обмотки, в которых может быть трудно достичь хорошего распределения нагрузки. Эта проблема усугубляется, когда присутствуют гармоники, потому что обычно они не будут участвовать в той же пропорции, что и фундаментальная. В настоящее время доступны методы компьютерного моделирования для оказания помощи в проектировании трансформаторов.
Обратите внимание, что трансформаторы, которые необходимы для подачи гармонических генерирующих нагрузок, должны быть тщательно и полностью уточнены, чтобы изготовитель мог принять соответствующие меры для контроля потерь.
Оценка потери трансформатора в гармониках высокой среды
Ссылка // Электрический дизайн - руководство по эффективной практике от Ассоциации развития меди