Трансформации трехфазного напряжения могут быть выполнены с использованием трехфазных трансформаторов, которые представляют собой единичные устройства со всеми обмотками, выполненными на одном железном сердечнике.
Простое понимание трехфазных трансформаторных соединений - Delta-Delta, Wye-Wye, Delta-Wye и Wye-Delta (на фото: электрический трансформатор Jefferson)
Трехфазное преобразование напряжения также может быть выполнено с использованием трех однофазных трансформаторов, которые подключены снаружи для формирования трехфазного блока.
Преобразования трехфазного напряжения
Хотя трехфазные устройства, как правило, являются более экономичным вариантом, однофазный вариант обеспечивает большую универсальность и может быть привлекательным с точки зрения надежности и обслуживания. Если в одном месте требуется несколько идентичных трансформаторов, однофазная опция может включать покупку запасного устройства для уменьшения времени отключения в случае отказа.
Эта практика часто наблюдается с критическими банками автотрансформаторов и повышающими трансформаторами генератора, поскольку потеря трансформатора в течение длительного периода имеет очень значительные последствия.
Соединения, обсуждаемые в этой статье, будут реализованы с использованием однофазных блоков.
При подключении однофазных трансформаторов к трехфазному блоку необходимо тщательно соблюдать полярность обмотки. Полярность указана с использованием точечного соглашения. Ток, возникающий в точке на первичной обмотке, будет вызывать ток из-за точки на соответствующей вторичной обмотке.
В зависимости от того, как обмотки соединены с втулками, полярности могут быть аддитивными или субтрактивными.
Две наиболее часто используемые конфигурации трехфазной обмотки - это дельта и зычок, названный в честь греческого и английского букв, каждое из которых напоминает. В конфигурации треугольника три обмотки соединены между собой, образуя замкнутый путь. Фаза подключается к каждому углу дельты.
Хотя дельта-обмотки часто работают необоснованно, нога дельта может быть зацепирована и заземлена, или угол дельта может быть заземлен. В конфигурации «звезда» один конец каждой из трех обмоток соединен с образованием нейтрали. Фаза подключается к другому концу трех обмоток. Нейтраль обычно заземляется.
В следующих параграфах описываются трехфазные трансформаторы, которые используют соединения дельта и зей.
- Дельта-Дельта
- Уай-Уай
- Дельта-Уай
- Уай-Дельта
В следующей части этой статьи будут обсуждаться трехфазные трансформаторы с использованием соединений с открытыми треугольниками и открытых соединений, где один из однофазных трансформаторов, составляющих трехфазный банк, опускается. Нога трансформатора с отсутствующим трансформатором называется фантомной ножкой.
1. Дельта-Дельта
Дельта-дельта-трансформаторы, как показано на рисунке 1, часто используются для подачи нагрузок, которые в основном трехфазные, но могут иметь небольшой однофазный компонент.
Рисунок 1 - Трансформатор Delta-Delta
Трехфазная нагрузка обычно представляет собой нагрузку на двигатель, в то время как однофазная составляющая часто является источником освещения и низким напряжением. Однофазную нагрузку можно подавать заземлением центрального крана на одной из ступней дельта-вторичной обмотки, затем подключение однофазной нагрузки между одной из фаз на заземленной ножке и этой заземленной нейтралью.
На рисунке 2 показано соединение дельта-дельта-трансформатора.
Рисунок 2 - Трансформаторные соединения Delta-Delta (щелкните, чтобы развернуть диаграмму)
Схема подключения слева показывает, как можно использовать дельта-треугольник с тремя однофазными трансформаторами или с одним трехфазным трансформатором.
Пунктирные линии обозначают контуры трансформатора. Три реализации однофазного трансформатора можно увидеть, не обращая внимания на внешний пунктирный контур и метки втулок, показанные на этом контуре, и сосредоточившись на трех меньших (однофазных трансформаторах) контурах.
Вводы однофазных трансформаторов соединены внешними перемычками, как показано для выполнения дельта-дельта-соединения. В случае реализации трехфазного трансформатора три внутренних контура не учитываются, а перемычки между обмотками выполнены внутри трансформаторного бака. Для подключения доступны шесть втулок на трехфазном трансформаторе.
Схему диаграммы в правом верхнем углу, пожалуй, легче анализировать, так как можно четко увидеть дельта-соединения.
Фейсорная диаграмма в правом нижнем углу показывает геометрические соотношения между цепью высокого напряжения и токами цепи низкого напряжения, а уравнения в нижнем центре показывают эти соотношения математически.
По мере того, как нагрузка на дельта-дельта-трансформатор становится несбалансированной, большие токи могут циркулировать в дельта-обмотках, что приводит к дисбалансу напряжения. Для сбалансированной нагрузки требуется выбор трех трансформаторов с равными коэффициентами напряжения и одинаковыми импедансами.
Кроме того, количество однофазной нагрузки должно поддерживаться на низком уровне, поскольку трансформатор с центральным ответвлением должен обеспечивать большую часть однофазной нагрузки. По мере увеличения однофазной нагрузки трансформатор с центральным ответвлением увеличит нагрузку больше, чем два других трансформатора, и в конечном итоге перегрузит.
Если один из однофазных трансформаторов в дельта-дельта-банке выходит из строя, банк может работать только с двумя трансформаторами, образующими открытую дельта-конфигурацию. Рейтинг КВА банка снижен, но трехфазная мощность по-прежнему подается на нагрузку.
Вернуться к содержанию ↑
2. Уай-Уай
Трансформаторы Wye-wye, как показано на рисунке 3, могут обслуживать как трехфазные, так и однофазные нагрузки. Однофазная нагрузка должна распределяться как можно более равномерно между каждой из трех фаз и нейтралью.
Рисунок 3 - Трансформатор Wye-Wye
На рисунке 4 показано соединение wye-wye, либо в виде трех однофазных трансформаторов, либо в виде одного трехфазного блока. Показаны как метки втулки, так и точки полярности.
Рисунок 4 - Схема соединений трансформатора Wye-Wye (щелкните, чтобы развернуть диаграмму)
Одной из проблем, присущей трансформаторам wye-wye, является распространение токов и напряжений третьей гармоники. Эти гармоники могут создавать помехи в соседних цепях связи, а также другие проблемы с качеством электроэнергии.
Другая проблема заключается в том, что существует вероятность возникновения резонанса между шунтирующей емкостью цепей, подключенных к трансформатору, и намагничивающей восприимчивостью трансформатора, особенно если цепи содержат изолированный кабель. Из-за этих проблем трансформаторы wye-wye должны быть тщательно определены и внедрены.
Добавление третьей (третичной) обмотки, связанной в дельте, устраняет многие из упомянутых проблем.
Вернуться к содержанию ↑
3. Дельта-Уай
Соединение с треугольником является наиболее часто используемым трехфазным трансформатором. Вторичная связь, связанная с звездой, позволяет распределять однофазную нагрузку между тремя фазами на нейтраль, а не размещаться на одной обмотке, как с четырехпроводной дельта-вторичной.
Это помогает сохранять фазовую нагрузку на трансформаторе сбалансированной и особенно важно, когда величина однофазной нагрузки становится большой. Стабильная нейтральная точка также обеспечивает хорошее заземление, чтобы критическое затухание системы предотвращало колебания напряжения.
Если один из однофазных трансформаторов в банке дельты-вая терпит неудачу, весь банк становится неработоспособным.
Кроме того, поскольку трансформатор дельта-звёзд вводит сдвиг фазы на 30 ° от первичного к вторичному, как видно из фазированных символов на рисунке 5, он не может быть параллелен трансформаторам дельта-треугольник и зей-зей, которые не производят фазового сдвига.
Рисунок 5 - Трансформатор Delta-Wye
На рисунке 6 показано соединение с треугольником, либо в виде трех однофазных трансформаторов, либо как однофазное устройство. Показаны как метки втулки, так и точки полярности.
Рисунок 6 - Соединения трансформаторов Delta-Wye
Анализ трансформатора треугольника иллюстрирует многие важные концепции работы многофазных трансформаторов. Анализ может проводиться либо по напряжению, либо по току. Поскольку напряжение (разность потенциалов или вычитание двух фазовых величин) довольно абстрактно и трудно визуализируется, в качестве основы для анализа будет использоваться ток (или поток заряда), поскольку ток легко осмыслить.
Токи, возникающие в обмотках трансформатора треугольника, показаны на рисунке 7. Обратите внимание, что стрелки указывают мгновенные направления переменного тока и согласуются с соглашением о точках.
Рисунок 7 - Обмотки Delta и Wye
Анализ должен начаться в одной из двух электрических цепей, либо в треугольной высоковольтной цепи, либо в цепи низкого напряжения, соединенной звездой.
Поскольку в качестве основы для анализа используется ток, в качестве отправной точки выбирается схема, связанная с звездой, так как в схеме, связанной с звездой, линейные токи (выходящие из трансформатора) и фазные токи (связанные с обмотками трансформатора) равны. Эта зависимость между линейным и фазовым токами упрощает анализ.
Анализ начинается с маркировки всех линейных и фазных токов. Это показано на рисунке 8.
Рисунок 8 - Трансформатор Delta-Wye с токами, маркированными
Обратите внимание, что нижние индексы нижнего регистра указывают линейные токи в цепи низкого напряжения, а верхние индексы указывают линейные токи в цепи высокого напряжения. В цепи низкого напряжения фазные токи идентичны соответствующим линейным токам, поэтому они также обозначены как I a, I b и I c. Когда обмотки трансформатора тянутся, конкретная обмотка высокого напряжения соответствует обмотке низкого напряжения, проведенной параллельно ей.
Другими словами, обмотка высокого напряжения и обмотка низкого напряжения, которые проходят параллельно друг другу, образуют однофазный трансформатор или две обмотки на одной и той же ноге магнитного сердечника трехфазного трансформатора.
Фазовый ток высокого напряжения, соответствующий I a, обозначен как I a '. Направление I a 'по сравнению с тем, что я должен, должно соблюдать соглашение о точках. Величина I a ' относительно I a является обратной величине коэффициента трансформации «n» или
При анализе трансформатора, использующего единицу измерения, n = 1, он становится следующим:
I a ' = I a
Так, I a ' = I a (для единицы)
I b ' = I b (в единицах)
I c ' = I c (в единицах)
(Уравнения 1)
Далее, действующий закон Кирхгофа может применяться к каждому узлу дельта:
I A = I a ' - I b' = I a - I b
I B = I b ' - I c' = I b - I c
I C = I c ' - I a' = I c - I a
(2)
Уравнения выше выражают токи цепи высокого напряжения в единицах тока линии низковольтного контура. На этом этапе числовые значения могут быть заменены на I a, I b и I c. Имея в виду, что I a, I b и I c представляют собой сбалансированный набор фазоров, произвольные значения для каждой единицы выбираются для представления последовательности фаз abc:
Уравнения. 3
Необходимо использовать позитивное фазовое упорядочение (abc), поскольку стандарты IEEE для силовых трансформаторов (серия IEEE C57) основаны на позитивной фазовой последовательности.
Подставляя 3 в уравнения 2:
Уравнения. 4
Сравнивая I a to с I A, различие в значении √3 и угловое различие в 30 ° очевидны.
IEEE Std. C57.12.00 определяет направление, в котором фазовые углы должны меняться от одной электрической цепи к другой. В стандартном трансформаторе дельта-уай (или уай-дельта) токи положительной последовательности и напряжения на стороне высокого напряжения приводят к токам положительной последовательности и напряжениям на стороне низкого напряжения на 30 °.
Когда высоковольтные фазоры отстают от низковольтных фазоров, соединение считается нестандартным. Иногда нестандартные соединения необходимы для согласования фаз на двух разных системах, которые должны быть электрически связаны, но обычно задаются стандартные соединения.
Обратите внимание, что для определения стандартного соединения требуется, чтобы высоковольтные фазоры вывели низковольтные фазоры на 30 °. Никаких ссылок на первичные или вторичные. Основными обмотками трансформатора являются обмотки, к которым применяется напряжение. Вторичные обмотки имеют наведенное на них напряжение.
Обычно первичные обмотки представляют собой обмотки высокого напряжения, но это не всегда так. Хорошим примером исключения является генераторный повышающий трансформатор.
Вернуться к содержанию ↑
4. Уай-Дельта
Трансформатор с расширением «звезда-треугольник», показанный на рис. 9, иногда используется для обеспечения нейтрали на трехпроводной системе, но также может служить нагрузкой из ее вторичной.
Рисунок 9 - Трансформатор Wye-Delta
Обычно обмотки первичных обмоток имеют заземление. Если вторичная обмотка представляет собой четырехпроводную треугольник, четвертый провод, идущий от центрального крана на одной из концов дельты, заземляется.
На рисунке 10 показано соединение «звезда-треугольник», либо в виде трех однофазных трансформаторов, либо в виде одного трехфазного блока. Показаны как метки втулки, так и точки полярности.
Рисунок 10 - Соединения трансформаторов Wye-Delta (щелкните, чтобы развернуть диаграмму)
Вернуться к содержанию ↑
Будет продолжено
,
Ссылка // Промышленное распределение мощности Ральфом Э. Фером