Η αρχή της λειτουργίας και η συσκευή των τριφασικών μετασχηματιστών

Το τριφασικό ρεύμα μπορεί να μετασχηματιστεί από τρεις εντελώς ξεχωριστούς μονοφασικούς μετασχηματιστές. Σε αυτή την περίπτωση, οι περιελίξεις και των τριών φάσεων δεν συνδέονται μαγνητικά μεταξύ τους: κάθε φάση έχει το δικό της μαγνητικό κύκλωμα. Αλλά το ίδιο τριφασικό ρεύμα μπορεί να μετατραπεί με έναν τριφασικό μετασχηματιστή, στον οποίο οι περιελίξεις και των τριών φάσεων συνδέονται μαγνητικά μεταξύ τους, αφού έχουν ένα κοινό μαγνητικό κύκλωμα.

Για να διευκρινίσετε την αρχή λειτουργίας και τη συσκευή ενός μετασχηματιστή τριών φάσεων, φανταστείτε τρία μονοφασικός μετασχηματιστής, στερεωμένα μεταξύ τους έτσι ώστε οι τρεις ράβδοι τους να σχηματίζουν μια κοινή κεντρική ράβδο (Εικ. 1). Σε κάθε μία από τις άλλες τρεις ράβδους, οι πρωτεύουσες και οι δευτερεύουσες περιελίξεις υπερτίθενται (στο Σχ. 1, οι δευτερεύουσες περιελίξεις δεν φαίνονται).

Ας υποθέσουμε ότι τα πρωτεύοντα τυλίγματα σε όλα τα πόδια του μετασχηματιστή είναι ακριβώς τα ίδια και τυλίγονται στην ίδια κατεύθυνση (στο Σχήμα 1, τα πρωτεύοντα τυλίγματα τυλίγονται δεξιόστροφα όταν τα βλέπουμε από πάνω).Συνδέουμε όλα τα πάνω άκρα των πηνίων στο ουδέτερο Ο και φέρνουμε τα κάτω άκρα των πηνίων στους τρεις ακροδέκτες του τριφασικού δικτύου.

Εικόνα 1.

Τα ρεύματα στις περιελίξεις του μετασχηματιστή θα δημιουργήσουν χρονικά μεταβαλλόμενες μαγνητικές ροές, καθεμία από τις οποίες θα κλείσει στο δικό της μαγνητικό κύκλωμα. Στην κεντρική σύνθετη ράβδο, οι μαγνητικές ροές θα αθροίζονται στο μηδέν συνολικά, επειδή αυτές οι ροές δημιουργούνται από συμμετρικά τριφασικά ρεύματα, σε σχέση με τα οποία γνωρίζουμε ότι το άθροισμα των στιγμιαίων τιμών τους είναι μηδέν ανά πάσα στιγμή.

Για παράδειγμα, εάν το ρεύμα στο πηνίο AX I, ήταν το μεγαλύτερο και έλαβε χώρα στο υποδεικνυόμενο στο σχ. 1 κατεύθυνση, τότε η μαγνητική ροή θα ήταν ίση με τη μεγαλύτερη τιμή της Ф και κατευθυνόταν στην κεντρική σύνθετη ράβδο από πάνω προς τα κάτω. Στα άλλα δύο πηνία BY και CZ, τα ρεύματα I2 και Az3 την ίδια χρονική στιγμή είναι ίσα με το μισό του υψηλότερου ρεύματος και έχουν την αντίθετη κατεύθυνση σε σχέση με το ρεύμα στο πηνίο AX (αυτή είναι η ιδιότητα των τριών ρεύματα φάσης). Για το λόγο αυτό, στις ράβδους των πηνίων BY και CZ, οι μαγνητικές ροές θα είναι ίσες με το μισό της μέγιστης ροής και στην κεντρική σύνθετη ράβδο θα έχουν την αντίθετη κατεύθυνση ως προς τη ροή του πηνίου AX. Το άθροισμα των ροών τη συγκεκριμένη στιγμή είναι μηδέν. Το ίδιο ισχύει για κάθε άλλη στιγμή.

Χωρίς ροή στην κεντρική ράβδο δεν σημαίνει ότι δεν υπάρχει ροή στις άλλες ράβδους. Εάν καταστρέψουμε την κεντρική ράβδο και συνδέσουμε τον επάνω και τον κάτω ζυγό σε κοινούς ζυγούς (βλ. Εικ. 2), τότε η ροή του πηνίου AX θα βρει το δρόμο της μέσα από τους πυρήνες των πηνίων BY και CZ, και τις μαγνητοκινητικές δυνάμεις αυτών Τα πηνία θα προστεθούν μαζί με τη μαγνητοκινητική δύναμη του πηνίου AX. Σε αυτή την περίπτωση, θα παίρναμε έναν τριφασικό μετασχηματιστή με κοινό μαγνητικό κύκλωμα και για τις τρεις φάσεις.

Σχήμα 2.

Δεδομένου ότι τα ρεύματα στα πηνία μετατοπίζονται φάση κατά το 1/3 της περιόδου, οι μαγνητικές ροές που παράγονται από αυτά μετατοπίζονται επίσης χρονικά κατά το 1/3 της περιόδου, δηλ. οι μεγαλύτερες τιμές των μαγνητικών ροών στις ράβδους και τα πηνία διαδέχονται η μία την άλλη μετά το 1/3 της περιόδου...

Η συνέπεια της μετατόπισης φάσης των μαγνητικών ροών στους πυρήνες κατά το 1/3 της περιόδου είναι η ίδια μετατόπιση φάσης και οι ηλεκτροκινητικές δυνάμεις που προκαλούνται τόσο στις πρωτεύουσες όσο και στις δευτερεύουσες περιελίξεις που επιβάλλονται στις ράβδους. Οι ηλεκτροκινητικές δυνάμεις των πρωτευόντων περιελίξεων σχεδόν εξισορροπούν την εφαρμοζόμενη τριφασική τάση Οι ηλεκτροκινητικές δυνάμεις των δευτερευόντων περιελίξεων, με τη σωστή σύνδεση των άκρων των πηνίων, δίνουν μια τριφασική δευτερεύουσα τάση που τροφοδοτείται στο δευτερεύον κύκλωμα.

Όσον αφορά την κατασκευή του μαγνητικού κυκλώματος, οι τριφασικοί μετασχηματιστές, όπως και οι μονοφασικοί, χωρίζονται σε ράβδους. 2. και τεθωρακισμένα.

Οι τριφασικοί ράβδοι μετασχηματιστές ταξινομούνται σε:

α) μετασχηματιστές με συμμετρικό μαγνητικό κύκλωμα και

β) μετασχηματιστές με ασύμμετρο μαγνητικό κύκλωμα.

Στο σχ. Το 3 δείχνει σχηματικά έναν μετασχηματιστή ολίσθησης με συμμετρικό μαγνητικό κύκλωμα και στο Σχ. Το σχήμα 4 δείχνει έναν μετασχηματιστή ράβδου με μη ισορροπημένο μαγνητικό κύκλωμα. Όπως φαίνεται από τις τρεις σιδερένιες ράβδους 1, 2 και 3, που σφίγγονται πάνω και κάτω από πλάκες σιδήρου ζυγού. Υπάρχουν πρωτεύοντα πηνία I και δευτερεύοντα II μιας φάσης του μετασχηματιστή σε κάθε σκέλος.

Εικόνα 3.

Στον πρώτο μετασχηματιστή, οι ράβδοι βρίσκονται στις κορυφές των γωνιών ενός ισόπλευρου τριγώνου. ο δεύτερος μετασχηματιστής έχει τις ράβδους στο ίδιο επίπεδο.

Η διάταξη των ράβδων στις κορυφές των γωνιών ενός ισόπλευρου τριγώνου δίνει ίσες μαγνητικές αντιστάσεις για τις μαγνητικές ροές και των τριών φάσεων, αφού οι διαδρομές αυτών των ροών είναι οι ίδιες. Στην πραγματικότητα, οι μαγνητικές ροές των τριών φάσεων περνούν χωριστά από τη μία κάθετη ράβδο εντελώς και από τις άλλες δύο ράβδους μέχρι τη μέση.

Στο σχ. 3 η διακεκομμένη γραμμή δείχνει τους τρόπους κλεισίματος της μαγνητικής ροής της ράβδου φάσης 2. Είναι εύκολο να διαπιστωθεί ότι για τις ροές των φάσεων των ράβδων 1 και 3, οι τρόποι κλεισίματος των μαγνητικών ροών τους είναι ακριβώς οι ίδιοι. Αυτό σημαίνει ότι ο υπό εξέταση μετασχηματιστής έχει τις ίδιες μαγνητικές αντιστάσεις για τις ροές.

Η διάταξη των ράβδων σε ένα επίπεδο οδηγεί στο γεγονός ότι η μαγνητική αντίσταση για τη ροή της μεσαίας φάσης (στο Σχήμα 4 για τη φάση της ράβδου 2) είναι μικρότερη από ό,τι για τις ροές των τελικών φάσεων (στο Σχ. 4 — για τις φάσεις των ράβδων 1 και 3).

Εικόνα 4.

Στην πραγματικότητα, οι μαγνητικές ροές των τελικών φάσεων κινούνται κατά μήκος ελαφρώς μακρύτερων μονοπατιών από τη ροή της μεσαίας φάσης. Επιπλέον, η ροή των τερματικών φάσεων αφήνοντας τις ράβδους τους περνάει εξ ολοκλήρου στο ένα μισό του ζυγού και μόνο στο άλλο μισό (μετά από διακλάδωση στη μεσαία ράβδο) περνάει το μισό του. Η ροή της μέσης φάσης στην έξοδο της κατακόρυφης ράβδου χωρίζεται αμέσως σε δύο μισά, και επομένως μόνο η μισή ροή της μέσης φάσης περνά στα δύο μέρη του ζυγού.

Έτσι, οι ροές των τελικών φάσεων κορέσουν τον ζυγό σε μεγαλύτερο βαθμό από τη ροή της μεσαίας φάσης, και επομένως η μαγνητική αντίσταση για τις ροές των τελικών φάσεων είναι μεγαλύτερη από τη ροή της μεσαίας φάσης.

Η συνέπεια της ανισότητας των μαγνητικών αντιστάσεων για τις ροές διαφορετικών φάσεων ενός τριφασικού μετασχηματιστή είναι η ανισότητα των ρευμάτων χωρίς φορτίο σε μεμονωμένες φάσεις στην ίδια τάση φάσης.

Ωστόσο, με χαμηλό κορεσμό σιδήρου και καλή συναρμολόγηση σιδήρου ράβδου, αυτή η τρέχουσα ανισότητα είναι αμελητέα. Επειδή η κατασκευή μετασχηματιστών με ασύμμετρο μαγνητικό κύκλωμα είναι πολύ απλούστερη από αυτή ενός μετασχηματιστή με συμμετρικό μαγνητικό κύκλωμα, αποδείχθηκε ότι χρησιμοποιούνται κυρίως οι πρώτοι μετασχηματιστές. Οι μετασχηματιστές συμμετρικού μαγνητικού κυκλώματος είναι σπάνιοι.

Λαμβάνοντας υπόψη το σχ. 3 και 4 και υποθέτοντας ότι τα ρεύματα ρέουν και στις τρεις φάσεις, είναι εύκολο να δούμε ότι όλες οι φάσεις συνδέονται μαγνητικά μεταξύ τους. Αυτό σημαίνει ότι οι μαγνητοκινητικές δυνάμεις των επιμέρους φάσεων επηρεάζουν η μία την άλλη, κάτι που δεν έχουμε όταν το τριφασικό ρεύμα μετασχηματίζεται από τρεις μονοφασικούς μετασχηματιστές.

Η δεύτερη ομάδα τριφασικών μετασχηματιστών είναι θωρακισμένοι μετασχηματιστές. Ένας θωρακισμένος μετασχηματιστής μπορεί να θεωρηθεί σαν να αποτελείται από τρεις μονοφασικούς θωρακισμένους μετασχηματιστές που συνδέονται μεταξύ τους με ζυγό.

Στο σχ. 5 απεικονίζει σχηματικά έναν θωρακισμένο τριφασικό μετασχηματιστή με κατακόρυφα τοποθετημένο εσωτερικό πυρήνα Από το σχήμα είναι εύκολο να διαπιστωθεί ότι μέσω των επιπέδων AB και CD μπορεί να χωριστεί σε τρεις μονοφασικούς θωρακισμένους μετασχηματιστές, οι μαγνητικές ροές των οποίων μπορούν να είναι έκλεισε το καθένα στο δικό του μαγνητικό κύκλωμα . Οι διαδρομές μαγνητικής ροής στο σχ. Τα 5 υποδεικνύονται με διακεκομμένες γραμμές.

Εικόνα 5.

Όπως φαίνεται από το σχήμα, στις μεσαίες κατακόρυφες ράβδους a, στις οποίες υπερτίθενται οι πρωτεύουσες περιελίξεις I και δευτερεύουσες II της ίδιας φάσης, περνά η πλήρης ροή, ενώ στους ζυγούς b-b και τα πλευρικά τοιχώματα περνά το μισό της ροής. . Στην ίδια επαγωγή, οι διατομές του ζυγού και των πλευρικών τοιχωμάτων θα πρέπει να είναι το ήμισυ της διατομής της μεσαίας ράβδου α.

Όσον αφορά τη μαγνητική ροή στα ενδιάμεσα μέρη c — c, η τιμή της, όπως θα δούμε παρακάτω, εξαρτάται από τη μέθοδο συμπερίληψης της μεσαίας φάσης.

Το κύριο πλεονέκτημα των μετασχηματιστών οπλισμού έναντι των μετασχηματιστών ράβδου είναι οι μικρές διαδρομές κλεισίματος της μαγνητικής ροής και επομένως τα χαμηλά ρεύματα χωρίς φορτίο.

Τα μειονεκτήματα των θωρακισμένων μετασχηματιστών περιλαμβάνουν, πρώτον, τη χαμηλή διαθεσιμότητα περιελίξεων για επισκευή, λόγω του γεγονότος ότι περιβάλλονται από σίδηρο, και δεύτερον, οι χειρότερες συνθήκες για την ψύξη της περιέλιξης - για τον ίδιο λόγο.

Στους μετασχηματιστές τύπου ράβδου, οι περιελίξεις είναι σχεδόν εντελώς ανοιχτές και επομένως πιο προσβάσιμες για επιθεώρηση και επισκευή, καθώς και για το ψυκτικό μέσο.

Τριφασικός μετασχηματιστής γεμάτος λάδι με σωληνοειδή δεξαμενή: 1 — τροχαλίες, 2 — βαλβίδα αποστράγγισης λαδιού, 3 — μονωτικό κύλινδρο, 4 — περιέλιξη υψηλής τάσης, 5 — περιέλιξη χαμηλής τάσης, 6 — πυρήνας, 7 — θερμόμετρο, 8 — ακροδέκτες για χαμηλή τάση, 9 — ακροδέκτες υψηλής τάσης, 10 — δοχείο λαδιού, 11 — ρελέ αερίου, 12 — ένδειξη στάθμης λαδιού, 13 — καλοριφέρ.

Περισσότερες λεπτομέρειες σχετικά με τη συσκευή των τριφασικών μετασχηματιστών: Μετασχηματιστές ισχύος — συσκευή και αρχή λειτουργίας