Соединение зигзагом в трехфазного трансформатора

Трехфазные трансформаторы

Это система, объединяющая три источникапеременного тока, ЭДС которых сдвинутыдруг относительно друга на120°.Трансформирование трехфазного токаможно осуществить тремя однофазнымитрансформаторами, соединенными втрансформаторную группу. Обмоткипервичной и вторичной цепей соединяютсяодним из способов: «звезда»,»треугольник», «зигзаг».Рассмотримспособ соединения «звезда».Нарисунке изображена векторная диаграмманапряжений и условное обозначение схемысоединения обмоток трансформатора.

Точка на схеме трансформатора обозначаетконец вектора ЭДС или начало обмотки.При соединении звездой линейные (Iл)и фазные токи (Iф) одинаковы, потомучто для тока, проходящего через фазнуюобмотку, нет иного пути, кроме линейногопровода. Линейные напряжения (Uл)больше фазных (Uф) в  раза.

Соединение в звездувыполняется с нулевым выводом или безнего, что является достоинством схемысоединения

Соединение в «треугольник»:

При соединениитреугольником Uл =Uф,потому что каждые два линейных проводаприсоединены к началу и концу одной изфазных обмоток, а все фазные обмоткиодинаковы. Линейные токи Iл = Iф.Мощностипри соединениях звездой и треугольникомопределяются выражениями:

Полная

активная

реактивная

где  — угол сдвига фаз междунапряжением и током.

Соединение вторичных обмоток трансформатора в зигзаг

Соединение зигзагом применяют чтобынагрузку вторичных обмоток распределитьболее равномерно между фазами первичнойсети, а также для расщепления фаз присоздании многопульсных выпрямителейи в других случаях.

 Для соединениязигзагом вторичная обмотка каждой фазысоставляется из двух половин: однаполовина расположена на одном стержне,другая — на другом. Конец полуобмотк,например х1 соединен с концомy2 и т.д. Начала полуобмоток а2,в2 и с2 соединены иобразуют нейтраль.

Вектор E3 являетсясуммой двух векторов e''3 иe''1 .Вектор e''1 параллелен e'1 ипротивоположен по направлению. Векторe'3 совпадаетс направлением фазы с. Угол поворота jвектора ЭДС вторичной цепи по отношениюк первичной зависит от соотношениявитков W21/W22.

Конструкция трехфазных трансформаторов

Трехфазные трансформаторы изготавливаютсяв виде отдельных однофазных трансформаторов,объединенных в группу при повышенноймощности (свыше 60000 кВА). Такой тип получилназвание — трансформатор с раздельноймагнитной системой. Трансформатор, укоторого обмотки расположены на трехстержнях, называется трансформаторомс объединенной магнитной системой.

В трехстержневом трансформаторевследствие магнитной несимметриимагнитопровода, намагничивающие токиотдельных фазных обмоток не равны:намагничивающие токи крайних фаз (IОА иIОС) больше тока средней фазы(IОВ).

Дляуменьшения магнитной несимметриитрехстержневого манитопровода, т.е.уменьшения магнитного сопротивленияпотокам крайних фаз, сечение ярма делаютбольше.

 Коэффициенттрансформации n

Автотрансформатор– трансформатор, имеющий непосредственнуюсвязь между обмотками.

Суммарное напряжение второй обмоткискладывается из 2х участков.

Такой трансформатор повышающий.

С праведливы уравнения равновесияЭДС для первичной и вторичной обмоток,а также уравнения равновесия магнитодвижущейсилы:

U 1=-E1+I1R1

U2=-E2+I2R2

или

I1W1= I0W1- I2W2 илиI1= I0-n21I2

Номинальная мощность трансформатора:

SH=UвнIвн=(U1+U2)I2=U1I2+U2I2

Достоинства автотрансформаторазаключатся в том что чем ближе коэффициенттрансформации к 1, тем меньше доля ЭМмощности в номинальной мощностиавтотрансформатора и его габариты имасса по сравнению с обычным трансформаторомтой же мощности. Понятно, что при тех жеЭМ нагрузках потери в автотрансформаторебудут меньше чем в обычном. Меньшимибудут и изменения напряжения на нагрузкепри изменении через нее тока.

Недостатки: В системах электропитанияаппаратуры телекоммуникаций, где длянормальной работы оборудования необходимозаземлять один из полюсов нагрузки,невозможно из-за гальванической связимежду обмотками.

1. Выпрямительные устройства структурная схема, классификация, основные параметры. Однофазные схемы выпрямления: однополупериодная и двухполупериодная со средней точкой трансформатора. Принцип действия, кривые напряжения и тока, основные расчетные соотношения.

Выпрямительным устройствомназывается статический преобразовательнапряжения переменного тока в постоянный.В общем случае выпрямитель, работающийна нагрузку RH, состоит из трансформатора Т, выпрямителя(вентилей) ВЗ и сглаживающего фильтраСФ. Структурная схема:

Как видно изструктурной схемы любое выпрямительноеустройство может быть охарактеризовановнешними электрическими параметрами.

По входу:

[В]; ;f[гЦ] [В]; ;f[гЦ]

 -амплитуды.                                             (1)

мощность                                                             (2)

По выходу:

[А] [Вт]                                                                               (4)

 -коэффициентпульсации                                              (5)

В дополнение кхарактеристикам по входу и выходу каждоеВУ характеризуется КПД:

                                                                        (6)

ВУ, построенные на неуправляемыхвентилях, классифицируются по следующимпризнакам:

• характеру нагрузки – работающие на активную, емкостную и индуктивную нагрузки;
• режиму работы нагрузки – работающие на непрерывную и импульсную нагрузки;
• числу фаз питающей сети – однофазные и трехфазные;
• числу фаз вторичной обмотки трансформатора – однофазные и многофазные;
• числу используемых полупериодов напряжения – одно- и двухпоупериодные;
• по тому, сколько раз за период работает каждая фаза вторичной обмотки трансформатора, — однотактные и двухтактные.

Простейшейсхемой выпрямителя является однофазнаяоднополупериодная схема.

Трансформатор  играетдвойную роль: он служит для подачи навход выпрямителя ЭДС ,соответствующей заданной величиневыпрямленного напряжения  иообеспечивает гальваническую развязкуцепи нагрузки и питающей сети.

Параметры,относящиеся к цепи постоянного тока,то есть к выходной цепи выпрямителя,принято обозначать с индексом  (отанглийского слова direct – прямой):  –сопротивление нагрузки;  –мгновенное значение выпрямленногонапряжения;  –мгновенное значение выпрямленноготока.

Благодаря односторонней проводимостивентиля ток в цепи нагрузки будетпротекать только в течение одной половиныпериода напряжения на вторичной обмоткетрансформатора, что определяет и названиеэтой схемы. Соотношения между основнымипараметрами найдем при следующихдопущениях:

1. Активным и индуктивным сопротивлением обмоток трансформатора пренебрегаем;

2. Нагрузка имеет чисто активный характер;

3. Вентиль VD идеальный;

4. Током намагничивания трансформатора пренебрегаем;

5. ЭДС обмотки трансформатора синусоидальна: , где  – действующее значение ЭДС; ; .

Максимальное значение обратногонапряжения на вентиле

.

Величины средних значений выпрямленныхнапряжения и тока:

U0= U2m/π, I0= I2m/π

Действующее значение напряжения иточка вторичной обмотки соответственно

Ud= U2m/√2= 2,22U0

I0= 1,57 I0

Коэффициент формы кривой точка токавторичной обмотки

Kf= I2/ I0

Действующее значение тока первичнойобмотки трансформатора

I1= 1,21I0n

Коэффициент пульсаций, равный отношениюамплитуды низшей (основной) гармоникипульсаций к среднему значению выпрямленногонапряжения равен:

.

Расчетная мощность трансформатора

ST = (S1 + S2)/2, S2 =U2I2

Двухполупериодная схема выпрямления со средней точкой

Эта схема представляет собой дваоднополупериодных выпрямителя, работающихна общую нагрузку  ипитающихся от находящихся в противофазеЭДС (рис. 2.25, а) ,и .

рис.2.25

Длясоздания этих ЭДС в схеме являетсяобязательным наличие трансформатора  сдвумя полуобмотками на вторичнойстороне, имеющими среднюю точку.

На рис. 2.25, б, в, г,д представлены временные диаграммы длядвухполупериодной схемы выпрямителясо средней точкой.

Постоянныесоставляющие выпрямленного напряженияи тока:

U0= 2U2m/π,I0= 2I2m/π

U2= U2m/√2;U1= U2/n= 1,11U0/n,I1= 1,11I0n,

n= U2/ U1- коэф. трансформации

Коэф. пульсации и частота пульсации:

Kп1= U1m~/U0= 0,67 ; fп1= 2fc

Источник: https://StudFiles.net/preview/2947894/page:5/

Схемы включения мощных преобразователей постоянного тока

Построение преобразователей большой мощности производится по тому же принципу что и маломощных. Существенная разница заключается лишь в том, что при питании преобразователей большой мощности осуществляется от трехфазных цепей переменного тока. Это обусловлено лучшими энергетическими показателями трехфазной сети по сравнению с однофазной для выпрямителей.

Трехфазная нулевая схема

Давайте начнем знакомство с мощными выпрямителями с трехфазной нулевой схемой включения. Она показана ниже:

При данном типе включения ток будет проходить только через ту  вторичную обмотку, на которой напряжение будет наибольшим в данный момент.

Если допустить что диоды идеальные, то падение напряжения на них равно нулю, а это значит что при работе фазы с наибольшим напряжением на катоде положительный потенциал будет приложен к анодам других диодов, что делает физически невозможным протекания тока через них.

Коэффициент пульсаций для данного случая будет равен  . Это значит что коэффициент пульсаций для данной схемы значительно ниже чем для однофазной, где он равен 0,67.

Среднее значение выпрямленного напряжения будет равно:

Откуда можем получить:

Схема соединения «зигзаг»

Значительным недостатком трехфазных нулевых схем является то, что сердечник магнитопровода при его работе будет намагничен постоянным магнитным потоком, в следствии чего в каждой вторичной обмотке будет протекать ток, направленный только в одну сторону. Это довольно сильно ухудшает работу трансформатора и требует завышения поперечного сечения сердечника. Чтобы избежать этого недостатка вторичную обмотку трансформатора могут выполнять по так называемой схеме «зигзаг». Она приведена ниже:

При таком соединении ток каждой фазы проходит по двум обмоткам, которые принадлежат различным сердечникам и соединены таким образом, что в каждом сердечнике магнитные потоки направлены встречно и уничтожают друг друга. Но при этом вторичное напряжение формируется двумя обмотками, как указано на векторной диаграмме:

Алгебраическая сумма напряжений которых в больше той, которая прикладывается к диодам. Такое соединение приводит к увеличению мощности трансформатора и усложняет его изготовление.

Схема Ларионова или мостовая схема

Можно сделать вывод что ни нулевая схема соединения, ни зигзаг не есть достаточно универсальными схемами и обладают достаточно весомыми недостатками. Поэтому более совершенной как в выпрямителях однофазных, так и трехфазных стала схема Ларионова или как ее еще называют мостовая схема, которая показана ниже:

В мощных выпрямителях нагрузка как правило носит индуктивный характер из – за применения сглаживающих дросселей. При этом ток почти полностью сглажен:

Как видим из диаграммы ток в нагрузке будет проходить под действием линейного напряжения вторичных обмоток трансформатора последовательно через два диода моста. При этом обмотка каждой из фаз будет работать последовательно с обмоткой той фазы, по отношению к которой линейное напряжение будет в данный момент самым большим.

Таким образом токи вторичных напряжений изменяются и намагничивание сердечника постоянным магнитным потоком отсутствует. Токи первичной обмотки повторяют действия вторичной с учетом коэффициента трансформации.

Рассмотрим более подробно показатели этой системы:

• Действующее напряжение вторичной обмотки:

Поскольку амплитуда выпрямленного напряжения равна , а m=6 :

• Коэффициент трансформации будет иметь вид:

• Среднее значение выпрямленного тока: Id (допускаем что ток полностью сглажен)
• Действующее значение тока во вторичной обмотке трансформатора:

• Действующее значения тока первичной обмотки:

• Наибольшее обратное напряжение на диоде:

Для каждого диода, как и в нулевой схеме, приложенное линейное напряжение . Но соответственно к выпрямленному напряжению Ud в этом случае:

Источник: https://elenergi.ru/sxemy-vklyucheniya-moshhnyx-preobrazovatelej-postoyannogo-toka.html

Схема соединения

17 июля 2013.
Категория: Электротехника.

Соединение в зигзаг применяют, чтобы неравномерную нагрузку вторичных обмоток распределить более равномерно между фазами первичной сети и даже при неравномерной нагрузке сохранить магнитное равновесие.

Соединение в зигзаг однофазного трансформатора

рассмотрим на двух типичных примерах.

1. Трансформатор питает трехпроводную сеть, как показано на рисунке 1, а. Вторичная обмотка II разделена на четыре равные части 3, 4, 5 и 6. Последовательно соединены части обмотки: 3 на левом стержне и 6 – на правом стержне, 4 – на правом стержне и 5 – на левом стержне. Таким образом, каждая половина обмотки состоит из двух частей: одна из них – на левом, а другая – на правом стержне.

Рисунок 1. Примеры соединения в зигзаг однофазных трансформаторов.

Допустим самый неблагоприятный случай: нагружена только одна половина вторичной обмотки. Точками на рисунке 1, а показаны начала частей обмотки, стрелками – направления токов. Нетрудно видеть, что ток нагрузки в равной степени влияет на обе половины 1 и 2 первичной обмотки I. Действительно, четверть вторичной обмотки 5 действует на половину 1 первичной обмотки так же, как четверть обмотки 4 действует на половину обмотки 2. Поэтому магнитное равновесие почти не нарушается.

2. Трансформатор питает двухполупериодный выпрямитель по схеме с нулевым выводом. В этом случае вторичные обмотки трансформатора нужно соединить в зигзаг, но, чтобы понять, зачем нужно такое соединение, рассмотрим рисунок 1, б.

На нем показан однофазный трансформатор с двумя вторичными обмотками, между которыми выведена средняя (нулевая) точка 0. Она является отрицательным полюсом выпрямителя. В каждой вторичной обмотке за положительное направление принимается направление от нулевой точки к их наружным концам a и b, что соответственно совпадает с проводящим направлением вентилей В1 и В2.

Направление тока в положительный полупериод показано зелеными стрелками, в отрицательный – желтыми. Неблагоприятная особенность этой схемы состоит в том, что по вторичным обмоткам трансформатора проходит ток одного направления, то есть ток, содержащий не только переменную, но и постоянную составляющие.

Постоянная составляющая насыщает магнитопровод, а насыщение, как объяснено в статье «Понятие о магнитном равновесии трансформатора», нарушает работу трансформатора, увеличивает намагничивающий ток и порождает высшие гармоники.

Можно, однако, так соединить обмотки трансформатора, что и постоянная, и переменная составляющие будут полностью компенсироваться. Такое соединение показано на рисунке 1, в. Рассматривая этот рисунок, нетрудно видеть, что первичная обмотка I трансформатора состоит из двух частей 1 и 2, расположенных на разных стержнях и соединенных параллельно. Вторичная обмотка II соединена в зигзаг.

В отрицательный полупериод (желтые стрелки) работает вторая половина вторичной обмотки: взаимодействия частей 1 и 3 на левом стержне и 2 и 6 на правом – одинаковы.

Соединение в зигзаг – звезду трехфазного трансформатора

Первичные обмотки трансформаторов соединены в звезду, вторичные в зигзаг – звезду (рисунок 2, а). Для этого вторичная обмотка каждой фазы составляется из двух половин: одна половина расположена на одном стержне, другая – на другом.

Конец, например x1, соединен с концом (а не с началом!) y2 и так далее. Начала a2, b2 и c2 соединены и образуют нейтраль. К началам a1, b1, c1 присоединяют линейные провода вторичной сети. При таком соединении электродвижущие силы (э. д. с.

) обмоток, расположенных на разных стержнях, сдвинуты на 120°; векторная диаграмма э. д. с. вторичной обмотки приведена на рисунке 2, б.

Эта векторная диаграмма построена следующим способом. Предположим, что соединены концы x1, y1, c1 и получена диаграмма (рисунок 2, в). Затем предположено, что соединены начала a2, b2, c2. Это соответствует диаграмме на рисунке 2, г, повернутой относительно диаграммы на рисунке 2, в на 180°. Наконец, в соответствии со схемой на рисунке 2, а произведено геометрическое сложение векторов, которые изображены на рисунках 1, в и г.

Рисунок 2. Соединение в зигзаг – звезду трехфазного трансформатора.
Буквами   a1, b1, c1, a2, b2, c2   обозначены   начала   вторичных   обмоток, буквами x1, y1, z1, x2, y2, z2 – их  концы Электродвижущие  силы вторичных  обмоток: e’1, e’2, e’3, e’’1, e’’2, e’’3, линейные напряжения E1, E2, E3

Соединение в зигзаг – звезду дороже соединения в звезду, так как требует большего числа витков. Действительно, при последовательном соединении двух половин обмотки, расположенной на одном стержне, их э. д. с. складываются алгебраически, то есть в данном случае удваиваются.

При соединении обмоток, расположенных на разных стержнях, э. д. с. складываются геометрически под углом 120° и дают э. д. с, √3 раз больше одной из них. Следовательно, чтобы получить э. д. с.

той же величины при соединении в зигзаг – звезду, нужно на 15% больше витков, чем при соединении в звезду, так как 2 / 1,73 = 1,15.

При соединении в зигзаг – звезду можно получить три напряжения, например 400, 230 и 133 В. Указанные величины относятся к холостому ходу. Под нагрузкой у потребителей напряжения будут ниже, приближаясь к номинальным напряжениям сети 380, 220 и 127 В.

Источник: Каминский Е. А., «Звезда, треугольник, зигзаг» – 4-е издание, переработанное – Москва: Энергия, 1977 – 104с.

Источник: https://www.electromechanics.ru/electrical-engineering/509-connection-scheme-zigzag.html

Принцип действия трехфазного трансформатора

Как видно из приведенной схемы, вместо трех однофазных устройств может быть использован один трехфазный трансформатор. В состав его магнитопровода входят три стержня, которые замыкаются ярмами сверху и снизу. На каждый стержень наматывается первичная и вторичная обмотка, соединяемые затем звездой или треугольником. Каждый стержень с обмотками по своей сути является однофазным трансформатором. Одновременно, он выполняет функцию отдельной фазы трехфазного трансформатора.

Под действием тока первичной обмотки во всех стержнях происходит появление магнитного потока. Следует учитывать принадлежность каждой такой обмотки к одной из фаз, входящих в трехфазную систему. Поэтому токи, протекающие по этим обмоткам, а также приложенные напряжения, относятся к трехфазным. Поэтому сформированные магнитные потоки тоже являются трехфазными.

Ранее считалось, что движение магнитного потока осуществляется по замкнутой траектории, то есть, проходя по стержню, он возвращается к его началу. В трехфазных трансформаторах такой обратный путь отсутствует, в нем просто нет необходимости, при условии одинаковой нагрузки фаз. Кроме того, отсутствует и необходимость нейтрального соединения в звезду.

Движение потоков крайних фаз происходит не только по стержню. Оно захватывает половину каждого ярма. Поток в средней фазе будет проходить только по своему стержню. Поэтому значение токов холостого хода в фазах, расположенных по краям, всегда превышает аналогичное значение в средней фазе.

Как передается трехфазный ток

Первичным источником питания в большинстве случаев является электрическая сеть. Ее напряжение представлено в виде синусоиды с частотой 50 Гц. Однако в тех случаях, когда линии электропередачи обладают большой протяженностью, происходит излучение передаваемой энергии в окружающее пространство, что приводит к дополнительным потерям. Поэтому в цепях электропитания высокой мощности применяется трехфазное напряжение.

Для того чтобы уменьшить излучение, сумма напряжений на всех трех фазах в любое время должна быть равна нулю. С этой целью производится сдвиг синусоидального напряжения по фазе в каждом проводе относительно друг друга на 120 градусов. В таком состоянии передача электроэнергии может осуществляться в двух вариантах: с помощью четырех или трех проводов линии передачи. Условные схемы каждого варианта отображены на рисунке.

Четырехпроводная линия позволяет выдавать потребителю два вида напряжения: фазное (220 В) и линейное (380 В). Трехпроводная схема позволяет выдавать лишь линейные напряжения. Формирование линейного напряжения описывается с помощью векторной диаграммы напряжений фаз. При положительном чередовании фаз, они условно увеличиваются по часовой стрелке. Для соединения обмоток трехфазных трансформаторов используются два основных способа – звезда и треугольник.

Соединение звездой

Данный вид соединения рекомендуется рассматривать на примере схемы «звезда-звезда». В этом случае источник тока и нагрузка соединяются методом звезды.

На рисунке обозначение фазных напряжений, вырабатываемых вторичными обмотками трансформатора, выполнено символами UA, UB, и UC. От фазных обмоток до нагрузки идут проводники, выполняющие функцию линейных проводов. Следует учитывать наличие напряжения не только между нулевым и линейным проводами, но и между двумя линейными проводниками. Такое напряжение называется линейным и обозначается UAC или UCA.

Значение линейного напряжения всегда превышает фазное. Разница между ними составляет √3 раза, поскольку представляет собой векторную разность фазных напряжений. Таким образом, трехфазная линия электропередачи позволяет получить не только 380 В, но и 220 В, в зависимости от того по какой схеме включена нагрузка.

Соединение треугольником

Соединение вторичных обмоток в трехфазном трансформаторе треугольником будет выдавать одинаковое линейное и фазное напряжение, как и при соединении звездой, если напряжение составит 220 В. При одинаковом значении потребляемой мощности, линейные токи будут превышать фазные в √3 раза.

Трехфазная система напряжений представляет собой симметричную схему. Это означает, что и магнитная система, которую имеют все трехфазные трансформаторы, будет симметричной. Такая система очень сложная в изготовлении, поэтому широкое распространение получила плоская конструкция, в которой отсутствует центральный стержень. Необходимость в нем отпадает, поскольку сумма магнитных потоков здесь равна нулю.

Плоский вариант конструкции считается более технологичным и удобным при компоновке, хотя она и является несимметричной. Токи в крайних фазах заметно превышают ток в средней фазе, из-за чего нарушаются фазовые углы. Для ликвидации такой асимметрии сечение в верхнем и нижнем ярме увеличивается примерно на 10-15% по сравнению со стержнем. Однако, несмотря на принятые меры, некоторая асимметрия все равно остается.

Подключение трех однофазных трансформаторов к трехфазной сети

Источник: https://electric-220.ru/news/trekhfaznye_transformatory/2017-01-05-1151