З'єднання обмоток однофазного трансформатора. Групи з'єднань обмоток трансформатора

Група з'єднань обмоток трансформатора характеризує взаємну орієнтацію напруг первинної та вторинної обмоток. Зміна взаємної орієнтації цих напруг здійснюється відповідним перемаркуванням початків і кінців обмоток.

Стандартні позначення початків і кінців обмоток високої та низької напруги показані на рис.1.

Розглянемо спочатку вплив маркування на фазу вторинної напруги стосовно первинного з прикладу однофазного трансформатора (рис. 2 а).

Обидві обмотки розташовані на одному стрижні і мають однаковий напрямок намотування. Вважатимемо верхні клеми початками, а нижні - кінцями обмоток. Тоді ЕРС Е1 і E2 збігатимуться по фазі і відповідно збігатимуться напруга мережі U1 і напруга на навантаженні U2 (рис. 2 б). Якщо тепер у вторинній обмотці прийняти зворотне маркування затискачів (рис. 2 в), то стосовно навантаження ЕРС Е2 змінює фазу на 180°. Отже, фаза напруги U2 змінюється на 180°.

Таким чином, в однофазних трансформаторах можливі дві групи з'єднань, що відповідають кутам зсуву 0 та 180°. На практиці для зручності позначення груп використовують циферблат годинника. Напруга первинної обмотки U1 зображують хвилинною стрілкою, встановленою постійно на цифрі 12, а годинникова стрілка займає різні положення залежно від кута зсуву між U1 і U2. Зсув 0 ° відповідає групі 0, а зсув 180 ° - групі 6 (рис. 3).

У трифазних трансформаторах можна отримати 12 різних груп з'єднань обмоток. Розглянемо кілька прикладів.

Нехай обмотки трансформатора з'єднані за схемою Y/Y (рис. 4). Обмотки, розташовані на одному стрижні, розташовуватимемо одну під іншою.

Затискачі А і а з'єднаємо для поєднання потенційних діаграм. Задамо положення векторів напруги первинної обмотки трикутником АВС. Положення векторів напруги вторинної обмотки залежатиме від маркування затискачів. Для маркування на рис. 4а, ЕРС відповідних фаз первинної та вторинної обмоток збігаються, тому збігатимуться лінійні та фазні напруги первинної та вторинної обмоток (рис. 4, б). Схема має групу Y/Y – О.

Змінимо маркування затискачів вторинної обмотки на протилежне (рис. 5. а). При перемаркуванні кінців і початків вторинної обмотки фаза ЕРС змінюється на 180°. Отже, номер групи змінюється на 6. Ця схема має групу Y/Y - б.

На рис. 6 представлена ​​схема, в якій порівняно зі схемою рис 4 виконано кругове перемаркування затискачів вторинної обмотки (а→b , b→c, с→a). При цьому фази відповідних ЕРС вторинної обмотки зсуваються на 120 ° і, отже, номер групи змінюється на 4.

Схеми з'єднань Y/Y дозволяють отримати парні номери груп, при з'єднанні обмоток за схемою Y/Δ номери груп виходять непарними. Як приклад розглянемо схему, подану на рис. 7. У цій схемі фазні ЕРС вторинної обмотки збігаються з лінійними, тому трикутник abс повертається на 30° проти годинникової стрілки по відношенню до трикутника АВС. Але так як кут між лінійними напругами первинної та вторинної обмоток відраховується за годинниковою стрілкою, то група матиме номер 11.

З дванадцяти можливих груп з'єднань обмоток трифазних трансформаторів стандартизовано дві: Y/Y - 0 та Y/Δ-11. Вони, зазвичай, і застосовуються практично.

При паралельній роботі трансформаторівпервинні їх обмотки приєднують до загальної мережі живлення, а вторинні до загальної мережі, призначеної для електропостачання приймачів електричної енергії.

Відповідно до ГОСТ 11677-75 початку та кінці первинних та вторинних обмоток трансформаторів позначають у визначеному порядку. Початки обмоток однофазних трансформаторів позначають літерами А, а кінці - X, х. Великі літери відносяться до обмоток вищої, а малі - до обмоток нижчої напруги. Якщо в трансформаторі крім первинної і вторинної є ще й третя обмотка з проміжною напругою, її початок позначають А m , а кінець Х m .

У трифазних трансформаторах початку та кінці обмоток позначають: А, В, С; X, Y, Z – вища напруга; А m, В m, З m; Х m, Y m, Z m - Середня напруга; а, b, с; х, у, z - нижча напруга. У трифазних трансформаторах зі з'єднанням фаз у зірку крім початку обмоток іноді виводять і нейтраль, тобто загальну точку з'єднання кінців усіх обмоток. Її позначають О, m і о. На малюнку 1, а б показані схеми з'єднання обмоток в зірку і трикутник так, як їх зображують для трифазних трансформаторів.

а – у зірку; б - у трикутник

Малюнок 1 - Схеми з'єднання обмоток трансформатора

Схему з'єднання в зірку прийнято позначати знаком Y, а трикутник - Δ. Якщо назовні виводять нейтраль обмоток, таке з'єднання позначають знаком Y н. Якщо трансформатор обмотка вищої напруги з'єднана в зірку, а нижчого - в трикутник, то таке поєднання обмоток позначають Y/Δ або Y н /Δ.

У чисельнику цієї «дробі» завжди ставлять позначення обмотки вищої напруги, а знаменнику - нижчого. За наявності третьої обмотки, з'єднаної, наприклад, також у зірку, позначення буде таким: Y н /Y/Δ. Позначення третьої обмотки ставлять між позначеннями обмоток вищої та нижчої напруги.

Поняття початку та кінця обмотки умовні, оскільки при протіканні змінного струму будь-який кінець обмотки можна назвати початком. Однак при практичному здійсненні обмоток і, особливо при їх взаємних з'єднаннях, використовувати ці поняття абсолютно необхідно.

Припустимо, що ми маємо два витки, один з яких (1) належить первинній обмотці, а другий (2)-вторинній (рисунок 2, а). Обидва витки зчеплені з тим самим магнітним потоком Ф 0 . Напрями наведених у витках еДС (в даний час) показані стрілками. Умовимося називати ліві затискачі початками, а праві - кінцями витків і позначимо їх відповідно А та а, X і х. При такому позначенні затискачів ми повинні вважати, що едс E 1 і Е 2 у витках збігаються по фазі, так як у будь-який момент часу вони спрямовані однаково: або від початку (А і а) до кінця (X і х) або від кінця (X та х) до початку (А та а).

а - ЕДС E 1 і Е 2 збігаються по фазі; б - ЕДС E 1 і Е 2 зрушені по фазі на 180 °; 1 – виток первинної обмотки; 2 - виток вторинної обмотки

Малюнок 2 - Кутове усунення векторів електрорушійних сил залежно від позначення кінців обмотки

Допустимо тепер, що ми змінили у вторинній обмотці позначення початку та кінця витка (рисунок 2, б). Жодної зміни фізичного процесу наведення ЕДС не відбудеться, але по відношенню до кінців витка напрямок ЕДС зміниться на протилежне, тобто вона буде спрямована не від початку до кінця, а навпаки - від кінця (х) до початку (а). Оскільки у витку 1 нічого не змінилося, ми повинні вважати, що ЕДС E 1 і Е 2 зрушені по фазі на 180 °. Таким чином, проста зміна позначень кінців рівносильно кутовому зміщенню вектора ЕДС в обмотці на 180°.

Однак напрямок ЕДС може змінитися і в тому випадку, коли початку і кінці первинної та вторинної обмоток розташовуються однаково. Справа в тому, що обмотки трансформатора можуть виконуватися правими та лівими. Обмотку називають правою, якщо її витки при намотуванні розташовують за годинниковою стрілкою, тобто укладають правою гвинтовою лінії (рисунок 3, верхня обмотка). Обмотку називають лівою, якщо її витки при намотуванні розташовують проти годинникової стрілки, тобто укладають лівою гвинтовою лінії (рисунок 3, нижня обмотка).

Рисунок 3 - Кутове зміщення векторів ЕРС залежно від напрямку намотки обмоток

Як видно з малюнка, обидві обмотки мають однакове позначення кінців. Завдяки тому, що обмотки пронизуються одним і тим самим потоком, у кожному витку напрямок ОДС буде однаковим. Однак через різну намотування напрям сумарної ОДС всіх послідовно з'єднаних витків у кожній обмотці по-різному: в первинній ОДС спрямована від початку А до кінця X, а у вторинній - від кінця х до початку а. Отже, навіть при однаковому позначенні кінців ЕРС первинної та вторинної обмоток можуть бути зміщені на кут 180 °.

У однофазного трансформатора вектори едс обмоток можуть або збігатися, або протилежно спрямованими (рисунок 4, а, б). Якщо такий трансформатор працює один, то для споживачів абсолютно байдуже, як спрямовані ЕДС у його обмотках. Але якщо три однофазні трансформатори працюють разом на лінію трифазного струму, то для правильної роботи необхідно, щоб у кожному їх вектори ЭДС були спрямовані або як показано на малюнку 4, а, або як показано на малюнку 4, б.

а, б - однофазних; в - трифазних

Так само це стосується і кожного трифазного трансформатора. Якщо у первинних обмотках ЕДС у всіх фазах мають однаковий напрямок, то і у вторинних обмотках напрямок ЕДС має бути обов'язково однаковим (рисунок 4, в). Очевидно, що у вторинних обмоток напрямок намотування та позначення кінців повинні бути однаковими.

При помилковій насадці обмотки з іншим напрямом намотування або при неправильному з'єднанні кінців напруга, що отримує споживачі, різко зменшиться, а нормальна робота порушиться. Особливо несприятливі умови виникають у разі, якщо від однієї мережі працюють одночасно кілька трансформаторів, у яких зсуви фаз між лінійними ОДС різні. Щоб уникнути порушень у роботі споживачів, слід мати трансформатори з певними кутовими зміщеннями векторів едс обмоток.

Напрямки векторів ЕДС та кутові зміщення між ними прийнято характеризувати групами з'єднання обмоток. На практиці кутове зміщення векторів ЕДС обмоток ПН і СН по відношенню до векторів ЕДС обмотки ВН позначають числом, яке, будучи помножено на 30 °, дає кут відставання векторів. Це число називають групою з'єднання обмоток трансформатора.

Так, при збігу векторів ЕДС обмоток у напрямку (кутове зміщення 0°) виходить група з'єднання 0 (рисунок 4 а). Кутове усунення 180° (рисунок 4, б) відповідає групі 6 (30 х 6=180°). Як ми бачили, в обмотках однофазних трансформаторів можуть бути тільки такі кутові зміщення, тому у них можливі лише 0-а та 6-та групи з'єднань. З'єднання обмоток однофазних трансформаторів для стислості позначають I/I - 0 та I/I - 6.

У трифазних трансформаторах, обмотки яких можуть з'єднуватися в зірку або трикутник, можливе утворення 12 різних груп зі зсувом фаз векторів лінійних ОДС від 0 до 360° через 30°. З дванадцяти можливих груп з'єднань у Росії стандартизовані дві групи: 11-а та 0-а зі зсувом фаз 330 і 0°.

Розглянемо як приклад схеми сполук Y/Y та Y/Δ (рисунок 5, а, б). Обмотки, розташовані одному стрижні, зобразимо одну під іншою; намотування всіх обмоток (первинних та вторинних) приймемо однаковою; напрямки фазних ЕДС показані стрілками.

Рисунок 5 - Отримання групи з'єднань у схемі зірка - зірка (а) та зірка - трикутник (б)

Побудуємо векторну діаграму ЕДС первинної обмотки (рисунок 5, а) так, щоб вектор ЭДС фази З розташовувався горизонтально. Поєднавши кінці векоторів А і В, отримаємо вектор лінійної ЕДС Е АВ (АВ). Побудуємо векторну діаграму ЕДС вторинної обмотки. Оскільки напрями ЕДС первинної та вторинної обмоток однакові, вектори фазних ЕДС вторинної обмотки будують паралельно відповідним векторам первинної обмотки. З'єднавши точки а і b і прилаштувавши вектор Е ab (ab) до точки А, переконуємося, що кутове зміщення між лінійними ОДС первинної та вторинної обмоток дорівнює 0. Отже, у першому прикладі група з'єднання обмоток 0. Це позначають так: Y/Y н -0, що читається "зірка з виведеною нейтраллю".

При розгляді другого прикладу (рисунок 5 б) бачимо, що векторна діаграма едс первинної обмотки побудована так само, як і в попередньому прикладі. При побудові векторної діаграми ЕДС вторинної обмотки слід пам'ятати, що при з'єднанні в трикутник фазні та лінійні ЕДС збігаються як за величиною, так і за напрямом.

Будуємо вектор ЭДС фази С, направляючи його паралельно вектору С первинної обмотки. Кінець фази з (точка z) з'єднується з початком фази b, тому від кінця вектора з проводимо вектор едс фази b паралельно вектору В. Кінець фази b з'єднується з початком фази а тому від кінця вектора b (точки у) проводимо вектор едс фази паралельно вектору А. У замкнутому трикутнику, що вийшов, abc вектор ab - це лінійна едс Е ab . Прилаштувавши вектор Е ab до точки А, переконуємось, що він зрушений по відношенню до вектора Е АВ на кут 30 ° у бік випередження. Отже, вектор Е ab відстає на 330 ° (30 ° х 11 = 330 °) від вектора ЕДС обмотки ВН. Отже, у цьому прикладі група з'єднання обмоток 11. Це означає так: Y/Δ -11, що читається: «зірка - трикутник - одинадцять».

У триобмотувальному трансформаторі група з'єднання обмоток визначається аналогічно; при цьому обмотки розглядаються попарно: первинна та одна з двох інших. Якщо зустрічається позначення Y н /Y/Δ - 0 - 11, то прочитати його треба так: «зірка з виведеною нейтраллю – зірка – трикутник – нуль – 11». Це означає, що у розглянутого триобмотувального трансформатора обмотка ВН з'єднана в зірку з виведеною нульовою точкою, обмотка СН - в зірку, обмотка ПН - трикутник, група з'єднання обмоток ВН і СН - нуль, обмоток ВН і ПН - 11.

Ми розглянули лише дві групи з'єднання - 0 і 11. Змінюючи позначення кінців (шляхом кругового переміщення позначень) можна отримати інші групи від 1 до 10. Однак ці групи не знайшли поширення і зустрічаються дуже рідко. У Росії стандартизовані лише три групи: Y/Y – 0, Y/Δ – 11 для трифазних трансформаторів, I/I – 0 – для однофазних трансформаторів.

Трансформатори ділять на групи залежно від зсуву по фазі між лінійними напругами, виміряними на однойменних затискачах. В однофазному трансформаторі напруги первинної та вторинної обмоток можуть збігатися по фазі або зсунутими на 180°. Це залежить від напряму намотування обмоток та позначення висновків, тобто від маркування. Якщо обмотки трансформатора намотані в один бік і мають симетричне маркування висновків (рис. 2.46, а), то індуковані в них ЕРС мають однаковий напрямок. Отже, збігаються по фазі та напруги холостого ходу*. При зміні маркування висновків однієї з фаз або напряму намотування однієї фази (рис. 2.46, б)виходить зсув по фазі між векторами первинної та вторинної напруги, що дорівнює 180°.

Групи з'єднань позначають цілими числамивід 0 до 11 Номер групи визначають величиною кута,на який вектор лінійної напруги обмотки ПН відстає від вектора лінійної напруги обмотки ВН. Для визначення номера групи кут слід розділити на 30°.

* Для зовнішнього навантаження (споживача) ЕРС та напруги мають однакову фазу.

Рис. 2.46. Групи з'єднань обмоток однофазного трансформатора

Для однофазних трансформаторів можливі лише дві групи з'єднань: нульова (рис. 2.46, а)та шоста (рис. 2.46, б). Однак вітчизняна промисловість випускає однофазні трансформатори лише нульової групи,у яких напруги первинної та вторинної обмоток збігаються по фазі (див. табл. 2.4).

У трифазних трансформаторах фазні ЕРС двох обмоток, розташованих на тому самому стрижні, можуть, так само як і в однофазних трансформаторах, або збігатися, або бути протилежними по фазі. Однак залежно від схеми з'єднання обмоток (У або Д) і порядку з'єднання їх початків і кінців виходять різні кути зсуву фаз між лінійними напругами. Наприклад на рис. 2.47 показані схеми з'єднання обмоток У/Ута відповідні векторні діаграми для нульової (а)та шостий (б) груп; на рис. 2.48 показані схеми з'єднання обмоток У/Дта відповідні векторні діаграми для одинадцятої (а) та п'ятої (б) груп.

Змінюючи маркування висновків обмоток, можна отримати інші групи сполук: при схемі У/У-парні: другу, четверту тощо; при схемі У/Д -непарні: першу, третю та ін. Згідно з ГОСТом вітчизняна промисловість випускає трифазні силові трансформаторитільки двох груп: нульової та одинадцятої(Див. табл. 2.3). Це полегшує практичне включення трансформаторів на паралельну роботу.

Таблиця 2.4

Рис. 2.47. Групи з'єднань трифазного обмоток трансформатора при схемі У/У

Рис. 2.48. Групи з'єднань трифазного обмоток трансформатора при схемі У/Д

При з'єднанні обмотки ПН за схемою Z H , а обмотки ВН за схемою У (рис. 2.49) фазні напруги обмотки ПН зсунуті щодо відповідних фазних напруг обмотки ВН (наприклад, Ú a10 щодо Ú A0) на кут 330 °, тобто при такому з'єднанні маємо одинадцяту групу. Це тим, що між векторами лінійних напруг (не показаних на рис. 2.49) є такий самий кут.

Рис. 2.49. Група з'єднань трифазного обмоток трансформатора при схемі Y /Zн