§67. Автотрансформатор та трифазний трансформатор
Автотрансформатор. У разі коли вторинна напруга не сильно відрізняється від первинної (при коефіцієнті трансформації, близькому до одиниці), замість звичайного двообмотувального трансформатора вигідно застосовувати автотрансформатор, який відрізняється від звичайного тим, що його обмотка нижчої напруги становить частину вищої напруги обмотки (рис. 226, а) . Іншими словами, він має замість двох обмоток одну, розділену на дві частини. Ділянка 1-3 утворює обмотку вищої напруги, ділянка 2-3 - обмотку нижчої напруги. По ділянці 2-3 протікає різницю струмів i2 - i1.
В автотрансформаторі втрати потужності менші, ніж у двох-обмотувальному трансформаторі, при однаковій номінальній потужності. Це тим, що у двообмоточном трансформаторі вся потужність S2=U2I2 передається з первинної ланцюга у вторинну електромагнітним шляхом, а автотрансформаторе електромагнітним шляхом передається лише частина цієї потужності S2 (1 – 1/n) (тут n — коефіцієнт трансформації). Решта S2/n передається безпосередньо з первинного у вторинний ланцюг в результаті електричного зв'язку між ними, тому розраховувати автотрансформатор на цю потужність не потрібно. Чим ближче коефіцієнт трансформації до одиниці, тим менша частина потужності S2 передається електромагнітним шляхом, отже, тим менша маса та габаритні розміри автотрансформатора. Наприклад, при n = 2 електромагнітним шляхом у вторинний ланцюг передається половина потужності S2, а за n = 3 — вже 2/3 цієї потужності. Отже, переваги автотрансформаторів виявляються тільки при невеликих коефіцієнтах трансформації, коли різниця струмів i2 - i1 мала і ділянка 2-3 включає значну частину всіх наявних в трансформаторі витків. За великих коефіцієнтів трансформації вигоди від застосуванняавтотрансформаторів практично немає.
Основним недоліком автотрансформаторів є те, що у них вторинний ланцюг електрично пов'язаний з первинним і повинен
Мал. 226. Схеми автотрансформатора (а) та трифазного трансформатора (б)
тому мати однакову із нею ізоляцію стосовно землі. З цієї причини, а також за умовами техніки безпеки застосування автотрансформаторів для зв'язку ланцюгів високої та низької напруги є неприпустимим.
Трьохфазний трансформатор. Схеми з'єднання обмоток. Трифазна напруга зазвичай перетворюють тристержневі трифазними трансформаторами (рис. 226,б), в яких первинна і вторинна обмотки кожної фази розташовані на загальному стрижні. Тільки при дуже великих потужностях (більше 10 MB*А у фазі) для цієї мети застосовують три однофазні трансформатори, так як для транспортування та монтажу вони зручніші. Первинна та вторинна обмотки трифазних трансформаторів можуть бути з'єднані «зіркою» (символ Y). "зіркою з виведеною нульовою точкою" (символ Yн) або "трикутником" (символ ?).
У трансформаторах, призначених для випрямляльних установок, вторинну обмотку іноді з'єднують за схемою "зигзаг з виведеною нульовою точкою".
Зазвичай обмотку вищої напруги (ВН) з'єднують за схемою «зірка», що дозволяє при заданому лінійному напрузі мати менше число витків у фазі і знижує вимоги до ізоляції обмоток, так як фазна напруга в схемі «зірка» в ?З разів менше лінійного. Затискачі обмоток ВН позначають літерами: початку – А, В, С, кінці – X, Y, Z; затискачі обмоток нижчої напруги (ПН); початку - a, b, c, кінці - x, у, Z.
При з'єднанні обмоток трансформатора за схемою Y/Y та ?/? відношення лінійних напруг Uл.вн/Uл.нн при холостому ході дорівнює відношенню ?BH/?Hн = n. Приз'єднанні за схемою Y/? відношення цих напруг буде ?Зn, а при ?/Y - n/?3.
У кожній фазі трифазного трансформатора відбуваються ті ж процеси, що і в однофазному трансформаторі, тому в ньому зберігаються самі співвідношення між напругами, струмами і числами витків обмоток.
Групи з'єднань обмоток. Залежно від схеми з'єднання первинної та вторинної обмоток, напрямки намотування та маркування висновків трифазного трансформатора його лінійні первинні та вторинні напруги можуть бути зрушені по фазі на різний кут. Для полегшення практичного включення трансформаторів на паралельну роботу доводиться розділяти
Мал. 227. Електричні схеми та векторні діаграми напруг трансформаторів зі з'єднанням обмоток за схемами Y/Y та Y/?
їх на групи залежно від зсуву по фазі між лінійними напругами, виміряними на однойменних затискачах. Групи з'єднань позначають цілими числами від 0 до 11. Номер групи визначається кутом між векторами первинної та вторинної лінійної напруги, поділеним на 30°, при цьому кут відраховують від вектора лінійної напруги обмотки ВН за годинниковою стрілкою (у бік відставання векторів).
Трансформатори, з'єднані за схемою "зірка - зірка", мають нульову групу і позначаються Y/Y-0 або Y/Yн-0. При цьому вектори лінійних напруг UАВ і Uab збігаються по фазі, тобто кут між ними дорівнює нулю (рис. 227 а). Трансформатори, з'єднані за схемою "зірка - трикутник" або "трикутник - зірка", мають одинадцяту групу і позначаються Y/?-11 або ?/Y-11. В цьому випадку вектор Uab обмотки ПН відстає від вектора UАB обмотки ВН на кут 330 ° (рис. 227 б).
Однофазні трансформатори також поділяються на групи, але у них залежно від напряму намотування та маркування висновківнапруги первинної та вторинної обмоток при холостому ході можуть збігатися по фазі або бути звинуті на 180 °. Відповідно, вони можуть належати до нульової або шостої групи.
Трифазні трансформатори, також як і однофазні, бувають двообмотувальні та багатообмотувальні. На тягових підстанціях іноді встановлюють триобмотувальні трансформатори з двома вторинними обмотками. Одна з них живить контактну мережу, а інша електричні споживачі прилеглих районів.