Стартовая >> Оборудование >> Трансформаторы >> Справка >> Однофазные и трехфазные трансформаторы

Однофазные и трехфазные трансформаторы

Однофазные трансформаторы небольшой мощности применяют в качестве сварочных, измерительных, испытательных, специального назначения и для бытовых нужд.
Мощные однофазные силовые трансформаторы служат для трансформации электрической энергии трехфазного тока и для питания специальных промышленных установок. Простейший однофазный трансформатор (рис. 1) состоит из рамообразной магнитной системы, включающей два стержня 5, верхнее 4 и нижнее 5 ярма, обмоток высшего 1 и низшего 2 напряжения.
Левый стержень, если смотреть на трансформатор со стороны выведенных от обмоток ВН концов (отводов), принято обозначать буквой А, правый — X. Чтобы двухстержневую магнитную систему однофазного трансформатора использовать наиболее рационально и трансформатор конструктивно был более компактным, обмотки ВН и НН как бы делят на две части и размещают их на стержнях А и X. Соединив между собой параллельно или последовательно отдельные части обмоток ВН и со-
ответственно НН, от обмоток, размещены на стержне А, выводят их «начала», а на стержне X — их «концы».
Трансформацию трехфазного тока однофазными трансформаторами осуществляют следующим образом: устанавливают рядом три однофазных трансформатора, образующих трехфазную группу, и внешние зажимы обмоток ВН и НН (при трехобмоточных трансформаторах и СН) соединяют в трехфазные электрические схемы (звезда — звезда, звезда — треугольник). Полученная трехфазная трансформаторная группа имеет общую электрическую схему, а электромагнитная система каждого трансформатора работает раздельно.
однофазный трансформатор
Рис. 1. Устройство простейшего однофазного трансформатора
Получение трехфазного трансформатора из трех однофазных
Рис. 2. Получение трехфазного трансформатора из трех однофазных: а — схема объединения трех магнитных систем с фазными обмотками в одну трехфазную, б — схема пространственной симметричной магнитной системы трехфазного трансформатора

В трехфазном трансформаторе электрические и электромагнитные системы трех однофазных трансформаторов объединены в одну.
Физическую сторону такого совмещения схематично можно пояснить следующим образом. Если три магнитные системы однофазных трансформаторов с обмотками ВН и НН, размещенными на одном стержне (рис. 2), составить под углом 120° друг к другу, свободные от обмоток стержни примкнуть — состыковать в один, соединить обмотки в трехфазные схемы и подать на одну из них трехфазное напряжение, то и получится трехфазный трансформатор с общей электрической и магнитной системой, состоящей из трех стержней с обмотками и одного центрального стержня без обмоток. Однако исходя из известного положения электротехники о том, что сумма мгновенных значений токов и магнитных полей трехфазной системы равна нулю, магнитный поток в центральном стержне будет отсутствовать, а следовательно, в нем нет необходимости, поэтому его из конструкции магнитной системы удаляют. Полученная при этом трехстержневая пространственная магнитная система (рис. 2, б) является симметричной — у нее длина путей основного магнитного поля каждой фазы одинакова.

несимметричная магнитная система трехфазного трансформатора с обмотками
Рис. 3. Пространственная (а) и плоская несимметричная магнитная система трехфазного трансформатора с обмотками (б): 1 — элементы навитой ленточной магнитной системы; 2 — стеклобандаж, скрепляющий составной стержень; 3 — изоляционная прокладка стыка стержня

Симметричная магнитная система наиболее совершенна, однако трудности, связанные с технологией изготовления и ремонта трансформаторов с такой магнитной системой, ограничивают ее применение; она используется только в трансформаторах некоторых серий мощностью в основном до 250 кВ-А. На рис. 3, а изображена одна из трехфазных пространственных магнитных систем, применяемая в трансформаторах I и частично II габаритов. Она состоит из трех ленточных магнитных систем, составленных под углом 60° и скрепленных стеклобандажной лентой. Каждая из них навита (намотана) непрерывной (без стыков) электротехнической лентой. Чтобы форма составленного стержня  была близка к кругу и в местах  стыка. Так как навитая магнитная система неразъемная, то обмотки с помощью специальных станков приходится наматывать («вматывать») непосредственно на стержне. У навитых магнитных систем переход из стержней в ярма плавный, совпадающий с направлением магнитного потока, тем самым исключаются добавочные потери в местах перехода стержней в ярма под прямым углом при применении анизотропной стали. Кроме того, процесс сборки трансформаторов с пространственными магнитными системами может быть полностью механизирован. Однако, по ранее указанным причинам, они нашли применение только в трансформаторах небольшой мощности.
Для упрощения конструкции и технологии сборочно-разборочных операций в трехфазном трансформаторе применяют главным образом плоскую несимметричную магнитную систему (рис. 3, б). Она состоит из трех стержней, расположенных в одной плоскости, и перекрывающих их ярм —  верхнего и нижнего. Из рис. 3, б видно, что длина пути А—Б магнитного потока среднего стержня меньше длин пути потока крайних стержней. Асимметрия магнитной системы несколько сказывается на значении токов холостого хода отдельных фаз.
Фазные обмотки на стержнях трехфазной магнитной системы размещаются так же, как и на однофазной, — концентрически соосно и соединяются в трехфазные схемы.
Стоимость изготовления и монтажа одного трехфазного трансформатора ниже стоимости трех однофазных на ту же суммарную мощность. Современные силовые трансформаторы преимущественно имеют трехфазное исполнение. Масса трехфазного трансформатора на 30—35% меньше массы трех однофазных трансформаторов. Кроме того, он экономичнее в работе и обслуживании.
Применение в отдельных случаях однофазных силовых трансформаторов объясняется тем, что одновременное повреждение нескольких фаз маловероятно. Поэтому достаточно иметь один запасной однофазный трансформатор, чтобы в случае аварии заменить поврежденную фазу. Однако в настоящее время однофазные трансформаторы применяют только для очень крупных мощностей, где транспортировка и установка трехфазных трансформаторов, имеющих большие массы и размеры, вызывает значительные трудности.

 
« Объем расчета трансформатора при капитальном ремонте с заменой обмоток   Окружающая температура (температура охлаждающей среды) трансформатора »
электрические сети