Princip rada i uređaj trofaznih transformatora

Trofaznu struju mogu transformirati tri potpuno odvojena jednofazna transformatora. U ovom slučaju, namoti sve tri faze nisu međusobno magnetski povezani: svaka faza ima svoj magnetski krug. Ali ista trofazna struja može se transformirati s jednim trofaznim transformatorom, u kojem su namoti sve tri faze međusobno magnetski povezani, budući da imaju zajednički magnetski krug.

Da bismo pojasnili princip rada i uređaj trofaznog transformatora, zamislite tri jednofazni transformator, pričvršćene jedna na drugu tako da njihove tri šipke tvore jednu zajedničku središnju šipku (slika 1). Na svakoj od ostale tri šipke, primarni i sekundarni namoti su superponirani (na slici 1, sekundarni namoti nisu prikazani).

Pretpostavimo da su primarni namoti na svim krakovima transformatora potpuno isti i namotani u istom smjeru (na slici 1, primarni namoti su namotani u smjeru kazaljke na satu gledano odozgo).Sve gornje krajeve zavojnica spojimo na neutralni O, a donje krajeve zavojnica dovedemo do tri stezaljke trofazne mreže.

Slika 1.

Struje u namotima transformatora stvarat će vremenski promjenjive magnetske tokove, od kojih će se svaki zatvoriti u svoj magnetski krug. U središnjem kompozitnom štapu, zbroj magnetskih tokova će biti nula jer su ti tokovi stvoreni simetričnim trofaznim strujama, u odnosu na koje znamo da je zbroj njihovih trenutnih vrijednosti u svakom trenutku nula.

Na primjer, ako je struja u zavojnici AX I, bila najveća i odvijala se u naznačenom na sl. 1 smjeru, tada bi magnetski tok bio jednak svojoj najvećoj vrijednosti F i bio usmjeren u središnju kompozitnu šipku odozgo prema dolje. U druga dva svitka BY i CZ struje I2 i Az3 u istom su trenutku jednake polovici najveće struje i imaju suprotan smjer u odnosu na struju u svitku AX (to je svojstvo tri- fazne struje). Zbog toga će u šipkama zavojnica BY i CZ magnetski tokovi biti jednaki polovici maksimalnog toka, au središnjem kompozitnom štapu imat će suprotan smjer u odnosu na tok zavojnice AX. Zbroj tokova u ovom trenutku je nula. Isto vrijedi i za bilo koji drugi trenutak.

Nema protoka u središnjoj traci ne znači da nema protoka u ostalim trakama. Ako uništimo središnju šipku i spojimo gornji i donji jaram u zajedničke jarme (vidi sl. 2), tada će tok zavojnice AX pronaći svoj put kroz jezgre zavojnica BY i CZ, a magnetomotorne sile ovih zavojnice će se dodati zajedno s magnetomotornom silom zavojnice AX. U tom slučaju dobili bismo trofazni transformator sa zajedničkim magnetskim krugom za sve tri faze.

Slika 2.

Budući da su struje u zavojnicama fazno pomaknute za 1/3 perioda, magnetski tokovi koje oni proizvode također su vremenski pomaknuti za 1/3 perioda, tj. najveće vrijednosti magnetskih tokova u šipkama i zavojnicama slijede jedna za drugom nakon 1/3 perioda...

Posljedica faznog pomaka magnetskih tokova u jezgrama za 1/3 perioda je isti fazni pomak i elektromotorne sile inducirane u primarnom i sekundarnom namotu nametnute na šipke. Elektromotorne sile primarnih namota gotovo uravnotežuju dovedeni trofazni napon.Elektromotorne sile sekundarnih namota uz pravilan spoj krajeva zavojnica daju trofazni sekundarni napon koji se dovodi u sekundarni strujni krug.

Što se tiče konstrukcije magnetskog kruga, trofazni transformatori, kao i jednofazni, dijele se na štapne sl. 2. i oklopljeni.

Trofazni štapni transformatori se dijele na:

a) transformatori sa simetričnim magnetskim krugom i

b) transformatori s nesimetričnim magnetskim krugom.

Na sl. 3 shematski prikazuje klizni transformator sa simetričnim magnetskim krugom, a na si. Slika 4 prikazuje štapni transformator s neuravnoteženim magnetskim krugom. Kao što se vidi po tri željezne šipke 1, 2 i 3, stegnute iznad i ispod željeznim pločama jarma. Na svakom kraku nalaze se svici primara I i sekundara II jedne faze transformatora.

Slika 3.

U prvom transformatoru šipke se nalaze na vrhovima kutova jednakostraničnog trokuta; drugi transformator ima šipke u istoj ravnini.

Raspored šipki na vrhovima kutova jednakostraničnog trokuta daje jednake magnetske otpore za magnetske tokove sve tri faze, budući da su putevi tih tokova isti. U stvari, magnetski tokovi triju faza prolaze zasebno kroz jednu okomitu šipku u potpunosti, a kroz druge dvije šipke do pola.

Na sl. 3 isprekidana linija prikazuje načine zatvaranja magnetskog toka faze štapa 2. Lako je vidjeti da su za tokove faza štapa 1 i 3 načini zatvaranja njihovih magnetskih tokova potpuno isti. To znači da transformator koji se razmatra ima iste magnetske otpore za tokove.

Raspored šipki u jednoj ravnini dovodi do toga da je magnetski otpor za tok srednje faze (na slici 4 za fazu šipke 2) manji nego za tokove krajnjih faza (na sl. 4 — za faze šipki 1 i 3).

Slika 4.

U stvari, magnetski tokovi krajnjih faza kreću se nešto dužim stazama od toka srednje faze. Štoviše, tok završnih faza koje napuštaju svoje šipke prolazi u potpunosti kroz jednu polovicu jarma, a samo u drugu polovicu (nakon grananja u središnjoj šipki) njegova polovica prolazi. Srednjefazni tok na izlazu iz vertikalne šipke odmah se dijeli na dvije polovice, pa stoga samo polovica srednjefaznog toka prolazi u dva dijela jarma.

Dakle, tokovi krajnjih faza zasićuju jaram u većoj mjeri nego tok srednje faze, pa je stoga magnetski otpor za tokove krajnjih faza veći nego za tok srednje faze.

Posljedica nejednakosti magnetskih otpora za tokove različitih faza trofaznog transformatora je nejednakost struja praznog hoda u pojedinim fazama pri istom faznom naponu.

Međutim, s niskom zasićenošću jarma željezom i dobrim sklopom šipkastog željeza, ova strujna nejednakost je zanemariva. Budući da je konstrukcija transformatora s nesimetričnim magnetskim krugom mnogo jednostavnija od transformatora sa simetričnim magnetskim krugom, pokazalo se da su prvi transformatori uglavnom korišteni.Transformatori sa simetričnim magnetskim krugom su rijetki.

S obzirom na sl. 3 i 4 i pod pretpostavkom da struje teku kroz sve tri faze, lako je vidjeti da su sve faze međusobno magnetski spregnute. To znači da magnetomotorne sile pojedinih faza utječu jedna na drugu, čega nema kada se trofazna struja transformira pomoću tri jednofazna transformatora.

Druga skupina trofaznih transformatora su pancirni transformatori. Oklopljeni transformator se može smatrati kao da je sastavljen od tri jednofazna oklopna transformatora međusobno spojena jarmom.

Na sl. 5 shematski prikazuje oklopni trofazni transformator s okomito smještenom unutarnjom jezgrom.Iz slike je lako vidjeti da se kroz ravnine AB i CD može podijeliti na tri jednofazna oklopljena transformatora, čiji magnetski tokovi mogu biti zatvoreni svaki u svoj magnetski krug . Putovi magnetskog toka na sl. 5 označeni su isprekidanim linijama.

Slika 5.

Kao što se može vidjeti sa slike, u srednjim okomitim šipkama a, na kojima su namotaji primara I i sekundara II iste faze, prolazi puni tok, dok u jarmovima b-b i bočnim zidovima prolazi polovica toka. . Pri istoj indukciji presjeci jarma i bočnih stijenki trebaju biti polovica presjeka srednje šipke a.

Što se tiče magnetskog toka u srednjim dijelovima c - c, njegova vrijednost, kao što ćemo vidjeti u nastavku, ovisi o načinu uključivanja srednje faze.

Glavna prednost armaturnih transformatora u odnosu na štapne transformatore je kratak put zatvaranja magnetskog toka i stoga niske struje praznog hoda.

Nedostaci oklopnih transformatora uključuju, prvo, nisku dostupnost namota za popravak, zbog činjenice da su okruženi željezom, i drugo, najgore uvjete za hlađenje namota - iz istog razloga.

U štapnim transformatorima namoti su gotovo potpuno otvoreni i stoga dostupniji za pregled i popravak, kao i za rashladni medij.

Trofazni transformator punjen uljem s cjevastim spremnikom: 1 — remenice, 2 — ventil za ispuštanje ulja, 3 — izolacijski cilindar, 4 — visokonaponski namot, 5 — niskonaponski namot, 6 — jezgra, 7 — termometar, 8 — stezaljke za niski napon, 9 — stezaljke visokog napona, 10 — spremnik ulja, 11 — plinski releji, 12 — pokazivač razine ulja, 13 — radijatori.

Više detalja o uređaju trofaznih transformatora: Energetski transformatori — uređaj i princip rada