Принцип рада и уређај трофазних трансформатора

Трофазна струја се може трансформисати са три потпуно одвојена једнофазна трансформатора. У овом случају, намотаји све три фазе нису магнетно повезани једни са другима: свака фаза има своје магнетно коло. Али иста трофазна струја може се трансформисати са једним трофазним трансформатором, у којем су намотаји све три фазе међусобно магнетно повезани, пошто имају заједничко магнетно коло.

Да бисте разјаснили принцип рада и уређај трофазног трансформатора, замислите три једнофазни трансформатор, причвршћене једна за другу тако да њихова три штапа чине један заједнички централни штап (сл. 1). На свакој од преостале три шипке, примарни и секундарни намотаји су суперпонирани (на слици 1, секундарни намотаји нису приказани).

Претпоставимо да су примарни намотаји на свим крацима трансформатора потпуно исти и намотани у истом правцу (на слици 1, примарни намотаји су намотани у смеру казаљке на сату када се гледа одозго).Све горње крајеве намотаја повезујемо са неутралним О и доводимо доње крајеве намотаја на три терминала трофазне мреже.

Слика 1.

Струје у намотајима трансформатора ствараће временски променљиве магнетне флуксове, од којих ће се сваки затворити у сопственом магнетном колу. У централном композитном штапу, збир магнетних токова ће бити нула, јер ови флуксови настају симетричним трофазним струјама, у односу на које знамо да је збир њихових тренутних вредности у сваком тренутку нула.

На пример, ако је струја у калему АКС И, била највећа и одвијала се у приказаном на сл. 1 смеру, тада би магнетни флукс био једнак његовој највећој вредности Ф и био усмерен у централни композитни штап од врха до дна. У друга два намотаја БИ и ЦЗ, струје И2 и Аз3 у истом тренутку су једнаке половини највеће струје и имају супротан смер у односу на струју у калему АКС (ово је својство три- фазне струје). Из тог разлога, у штаповима БИ и ЦЗ калемова, магнетни флуксови ће бити једнаки половини максималног флукса, а у централном композитном штапу ће имати супротан смер у односу на флукс АКС намотаја. Збир токова у датом тренутку је нула. Исто важи и за сваки други тренутак.

Нема протока у средишњој траци не значи да нема протока у осталим шипкама. Ако уништимо централни штап и повежемо горњи и доњи јарм у заједничке јарме (видети сл. 2), онда ће флукс завојнице АКС пронаћи пут кроз језгра калемова БИ и ЦЗ, а магнетомоторне силе ових калемови ће се додати заједно са магнетомоторном силом завојнице АКС. У овом случају бисмо добили трофазни трансформатор са заједничким магнетним колом за све три фазе.

Слика 2.

Пошто су струје у калемовима фазно померене за 1/3 периода, магнетни флуксови који их производе такође су временски померени за 1/3 периода, тј. највеће вредности магнетних флуксова у штаповима и калемовима следе једна за другом после 1/3 периода...

Последица фазног померања магнетних флуксова у језграма за 1/3 периода је исти фазни помак и електромоторне силе индуковане у примарном и секундарном намотају наметнуте на шипке. Електромоторне силе примарних намотаја скоро уравнотежују примењени трофазни напон.Електромоторне силе секундарних намотаја, правилним спајањем крајева намотаја, дају трофазни секундарни напон који се доводи у секундарно коло.

Што се тиче конструкције магнетног кола, трофазни трансформатори, као и једнофазни, деле се на штапне смокве. 2. и оклопни.

Трофазни штапни трансформатори су класификовани у:

а) трансформатори са симетричним магнетним колом и

б) трансформатори са асиметричним магнетним колом.

На сл. 3 шематски је приказан клизни трансформатор са симетричним магнетним колом, а на сл. 4 приказује штапни трансформатор са неуравнотеженим магнетним колом. Као што се види на три гвоздене шипке 1, 2 и 3, причвршћене изнад и испод плочама од гвозденог јарма. На свакој нози налазе се примарни И и секундарни ИИ намотаји једне фазе трансформатора.

Слика 3.

У првом трансформатору, шипке се налазе на врховима углова једнакостраничног троугла; други трансформатор има шипке у истој равни.

Распоред штапова у врховима углова једнакостраничног троугла даје једнаке магнетне отпоре за магнетне флуксове све три фазе, пошто су путање ових флуксова исте. У ствари, магнетни токови три фазе пролазе одвојено кроз једну вертикалну шипку у потпуности и кроз друге две шипке на пола пута.

На сл. 3 испрекиданом линијом приказани су начини затварања магнетног флукса штапићасте фазе 2. Лако је видети да су за флуксове фаза штапова 1 и 3 начини затварања њихових магнетних флукса потпуно исти. То значи да трансформатор који се разматра има исте магнетне отпоре за флуксове.

Распоред штапова у једној равни доводи до тога да је магнетни отпор за флукс средње фазе (на сл. 4 за фазу штапа 2) мањи него за флуксове крајњих фаза (на сл. 4 — за фазе штапова 1 и 3).

Слика 4.

У ствари, магнетни токови крајњих фаза крећу се нешто дужим путевима од флукса средње фазе. Штавише, ток терминалних фаза које напуштају своје шипке у потпуности пролази кроз једну половину јарма, а само у другој половини (након гранања у средњем штапу) пролази половина. Средњофазни ток на излазу из вертикалне шипке одмах се дели на две половине, па стога само половина средњефазног тока прелази у два дела јарма.

Дакле, токови крајњих фаза засићују јарам у већој мери од флукса средње фазе, па је стога магнетни отпор за токове крајњих фаза већи него за флукс средње фазе.

Последица неједнакости магнетних отпора за флуксове различитих фаза трофазног трансформатора је неједнакост струја празног хода у појединим фазама при истом фазном напону.

Међутим, са ниским засићењем гвожђа и добрим склопом гвожђа, ова струјна неједнакост је занемарљива. Јер Пошто је конструкција трансформатора са асиметричним магнетним колом много једноставнија од трансформатора са симетричним магнетним колом, испоставило се да су први трансформатори углавном коришћени.Трансформатори симетричног магнетног кола су ретки.

С обзиром на сл. 3 и 4 и под претпоставком да струје теку кроз све три фазе, лако је видети да су све фазе магнетно повезане једна са другом. То значи да магнетомоторне силе појединих фаза утичу једна на другу, што немамо када се трофазна струја трансформише са три једнофазна трансформатора.

Друга група трофазних трансформатора су оклопни трансформатори. Оклопни трансформатор се може сматрати као да је састављен од три једнофазна оклопна трансформатора причвршћена један за други јармом.

На сл. 5 је шематски приказан блиндирани трофазни трансформатор са вертикално постављеним унутрашњим језгром.Са слике се лако види да се кроз равни АБ и ЦД може поделити на три монофазна оклопна трансформатора чији се магнетни флуксови могу затворен сваки у свом магнетном колу . Путеви магнетног флукса на сл. 5 су означене испрекиданим линијама.

Слика 5.

Као што се види са слике, у средњим вертикалним шипкама а, на које су постављени примарни И и секундарни ИИ намотаји исте фазе, пролази пун флукс, док у јармовима б-б и бочним зидовима пролази половина флукса. . При истој индукцији, попречни пресеци јарма и бочних зидова треба да буду половина пресека средњег штапа а.

Што се тиче магнетног флукса у међуделовима ц — ц, његова вредност, као што ћемо видети у наставку, зависи од начина укључивања средње фазе.

Главна предност арматурних трансформатора у односу на штапне трансформаторе су кратке путање затварања магнетног флукса и стога ниске струје празног хода.

Недостаци оклопних трансформатора укључују, прво, ниску доступност намотаја за поправку, због чињенице да су окружени гвожђем, и друго, најгори услови за хлађење намотаја — из истог разлога.

Код трансформатора типа шипке, намотаји су скоро потпуно отворени и стога приступачнији за преглед и поправку, као и за расхладни медијум.

Трофазни трансформатор пуњен уљем са цевастим резервоаром: 1 — ременице, 2 — вентил за испуштање уља, 3 — изолациони цилиндар, 4 — високонапонски намотај, 5 — намотај ниског напона, 6 — језгро, 7 — термометар, 8 — терминали за ниског напона, 9 — високонапонских терминала, 10 — контејнера за уље, 11 — гасних релеја, 12 — индикатора нивоа уља, 13 — радијатора.

Више детаља о уређају трофазних трансформатора: Енергетски трансформатори — уређај и принцип рада