§ 14. СХЕМЫ И ГРУППЫ СОЕДИНЕНИЙ ОБМОТОК
Согласно ГОСТ 401—41 начала и концы первичных и вторичных обмоток трансформаторов обозначают в определенном- порядке. Начала обмоток однофазных трансформаторов обозначают буквами А, а, концы — X, х. Большие буквы относятся к обмоткам высшего, а малые — к обмоткам низшего напряжений. Если в трансформаторе, помимо первичной и вторичной, есть еще и третья обмотка с промежуточным напряжением, то ее концы обозначают соответственно Ат и X т.
В трехфазных трансформаторах начала и концы обмоток соответственно обозначают:
А, В, С; X, Y, Z — высшее напряжение; mi Вт, Cms Ут, Zm среднее напряжение;
а, Ь, с; х, у, z — низшее напряжение.
В трехфазных трансформаторах с соединением фаз в звезду, кроме начала обмоток, иногда выводят и нулевую точку, т. е. общую точку соединения концов всех обмоток. Ее обозначают соответственно 0, 0Ш и 0.
На рис. 16, а и б показаны схемы соединения обмоток в звезду и треугольник так, как их принято изображать для трехфазных трансформаторов. Сокращенно схему соединения в звезду принято обозначать знаком Y, а в треугольник — знаком Л. Если наружу выводят нулевую, общую точку концов обмоток, то у знака Y ставится индекс 0 (Yo).
Так, если у трансформатора обмотка высшего напряжения соединена в звезду, а низшего — в треугольник, то обозначение такого сочетания обмоток следующее Y/A или Yo/A. В числителе этой «дроби» всегда ставится обозначение обмотки высшего напряжения, а в знаменателе — низшего. При наличии третьей обмотки, соединенной, например, также в звезду, обозначение будет таким:
Yo/Y/Д.
Обозначение третьей обмотки ставится между обозначениями обмоток высшего и низшего напряжений.
Рис. 16. Схемы соединения обмоток трансформатора:
а — в звезду, б — в треугольник
Следует отметить, что понятия начала и конца обмотки условны, так как при протекании переменного тока любой конец обмотки можно назвать началом. Однако при практическом осуществлении обмоток и особенно при их взаимных соединениях введение этих понятий совершенно необходимо.
Рис. 17. Сдвиг фаз электродвижущих сил в зависимости от обозначения концов обмотки:
Допустим, что мы имеем два витка, один из которых (1) принадлежит первичной обмотке, а второй (2)—вторичной. Оба витка сцеплены с одним и тем же магнитным потоком Фо (рис. 17, а). Направления наводимых в витках ЭДС (в данный момент времени) показаны стрелками. Условимся называть левые зажимы началами, а правые — концами витков, и обозначим их соответственно А и а, X и х. При таком обозначении зажимов мы должны считать, что ЭДС Е\ и Ег в витках совпадают по фазе, так как в любой момент времени они направлены одинаково: или от начала (А и
а) к концу (X и х) или от конца (X и х) к началу (А и а).
Допустим теперь, что мы изменили во вторичной обмотке обозначения начала и конца витка рис. 17,
а — э. д с. Е\ и Е2 совпадают по фазе, б — э д. с. Е1 и Е2 сдвинуты по фазе на 180°, 1 — виток первичной обмотки, 2 — виток вторичной обмотки
б). Никакого изменения физического процесса наведения ЭДС, конечно, не произойдет, но по отношению к концам витка направление ЭДС изменится на противоположное, т. е. она будет направлена сейчас не от начала к концу, а наоборот — от конца (х) к началу (а). Поскольку в витке 1 ничего не изменилось, мы должны считать, что ЭДС Ех и Е2 сдвинуты по фазе на 180°. Таким образом, простое изменение обозначений концов равносильно сдвигу фазы ЭДС в обмотке на 180°,
Рис, 18. Сдвиг фаз электродвижущих сил в зависимости от направления намотки обмоток
Однако изменение направления ЭДС может произойти и в том случае, если начала и концы первичной и вторичной обмоток располагаются одинаково. Дело в том, что обмотки трансформатора могут выполняться правыми и левыми. Обмотку называют правой, если ее витки при намотке располагают по часовой стрелке, т. е. витки укладывают по правой винтовой линии (рис. 18, верхняя обмотка). Обмотку называют левой, если ее витки при намотке располагают против часовой стрелки, т. е. витки укладывают по левой винтовой линии (рис. 18, нижняя обмотка).
Как видно из рисунка, обе обмотки имеют одинаковое обозначение концов; благодаря тому, что обмотки пронизываются одним и тем же потоком, в каждом витке направление э.д.с будет одинаковым. Однако из-за разной намотки направление суммарной ЭДС всех последовательно соединенных витков в каждой обмотке различно: в первичной ЭДС направлена от начала А к концу X, а во вторичной наоборот — от конца х к началу а.
Итак, даже при одинаковом обозначении концов ЭДС первичной и вторичной обмоток могут быть сдвинуты по фазе на 180°.
У однофазного трансформатора векторы ЭДС обмоток могут или совпадать или быть противоположно направленными (рис. 19, а и б). Если такой трансформатор работает один, то для потребителей совершенно безразлично, как направлены ЭДС в его обмотках. Но если три однофазных трансформатора работают вместе на линию трехфазного тока, то для правильной работы необходимо, чтобы в каждом из них векторы ЭДС были направлены или как показано на рис. 19, а, или как показано на рис. 19, б.
В такой же степени это относится и к каждому трехфазному трансформатору. Если в первичных обмотках э. д. с. во всех фазах имеют одинаковое направление, то и во вторичных обмотках направление ЭДС должно быть обязательно одинаковым (рис. 19, в). Очевидно, что у вторичных обмоток направление намотки и обозначение концов должно быть также одинаковым. При ошибочной насадке обмотки с другим направлением на-
мотки или при неправильном соединении концов напряжение, получаемое потребителями, резко уменьшится, а нормальная работа нарушится. Особенно неблагоприятные условия возникают в том случае, если от одной сети работают одновременно несколько трансформаторов, у которых сдвиги фаз между линейными ЭДС различны. Чтобы избежать нарушений в работе потребителей, следует иметь трансформаторы с какими-то определенными сдвигами фаз между ЭДС обмоток.
Рис. 19. Направление электродвижущих сил в обмотках трансформаторов: а, б — однофазных, в — трехфазных
Направления векторов ЭДС и сдвиги фаз между ними принято характеризовать группами соединения обмоток. На практике сдвиги фаз между ЭДС удобно сравнивать с положением стрелок на часовом циферблате. Вектор линейной э.д.с обмотки высшего напряжения (первичной) изображают большой минутной стрелкой часов и постоянно устанавливают на цифре 12; малая (часовая) стрелка занимает различные положения в зависимости от сдвига фаз между ЭДС Когда ЭДС в обмотках совпадают по направлению (сдвиг фаз 0°), это соответствует 12 час. (рис. 19, а), поэтому такое соединение обмоток называют группой 12. Сдвиг фаз на 180° (рис. 19, б) соответствует группе б (стрелки показывают 6 час.).
Как мы видели, иных сдвигов фаз в обмотках однофазных трансформаторов быть не может, следовательно, у них возможны только 12 и 6-я группы соединения. Соединение обмоток однофазных трансформаторов для краткости обозначают //1 —12 и //1 — 6, что читается: «и—и — двенадцать» и «и—и — шесть».
В трехфазных трансформаторах, обмотки которых могут соединяться в звезду или в треугольник, возможно образование 12 различных групп со сдвигом фаз векторов линейных ЭДС от 0 до 360° через 30°, что соответствует двенадцати цифрам часового циферблата. Из двенадцати возможных групп соединений в СССР стандартизованы две группы: 11 и/12 со сдвигом фаз 330 и 0°.
Рассмотрим в качестве примера схемы соединения Y/Y и Y/Л (рис. 20, а и б). Обмотки, расположенные на одном стержне, изображают одна под другой; намотку всех обмоток (первичных и вторичных) примем одинаковой; направления фазных ЭДС показаны стрелками.
Рис. 20. Получение группы соединений в схеме «звезда—звезда» (а) и «звезда—треугольник» (б)
Построим векторную диаграмму ЭДС первичной обмотки (рис. 20, а) так, чтобы вектор ЭДС фазы С располагался горизонтально. Соединив концы векторов А и В, получим вектор линейной э.д.с ЕАв (АВ)\ он направлен вертикально, как направлена большая стрелка часов, когда она стоит на цифре 12.
Построим векторную диаграмму ЭДС вторичной обмотки. Поскольку направления ЭДС первичной и вторичной обмоток 46
одинаковы, векторы фазных ЭДС вторичной обмотки строят параллельно соответствующим векторам первичной обмотки. Соединив точки а и b и пристроив вектор ЕаЪ (ab) к точке А, убеждаемся, что сдвиг фаз между линейными ЭДС первичной и вторичной обмоток равен 0°: вектор Eab (ab), как и маленькая стрелка часов, также «устанавливается» на цифре 12.
Итак, в первом примере группа соединения обмоток 12. Это обозначают так: Y/Y—12, что читается: «звезда—звезда — двенадцать».
При рассмотрении второго примера (рис. 20, б) видим, что векторная диаграмма ЭДС первичной обмотки построена так же, как и в предыдущем примере. При построении векторной диаграммы ЭДС вторичной обмотки следует помнить, что при соединении в треугольник фазные и линейные ЭДС совпадают как по величине, так и по направлению.
Строим вектор ЭДС фазы с, направляя его параллельно вектору С первичной обмотки. Конец фазы с (точка z) соединяется с началом фазы Ь, поэтому, от конца вектора с проводим вектор ЭДС фазы b параллельно вектору В. Конец фазы b соединяется с началом фазы а, поэтому от конца вектора b (точки у) проводим вектор ЭДС фазы а параллельно вектору А. В получившемся замкнутом треугольнике abc вектор ab — это линейная ЭДС ЕаЬ. Пристроив вектор ЕаЬ к точке А, убеждаемся, что он сдвинут по отношению к вектору Е лв на угол 30°: вектор ЕаЬ, как и маленькая стрелка часов, показывает на цифру 11.
Итак, в этом примере группа соединения обмоток 11. Это обозначается так: Y/A—11, что читается: «звезда—треугольник— одиннадцать».
В трехобмоточном трансформаторе группа соединения обмоток определяется аналогично — при этом обмотки рассматриваются попарно: первичная и одна из двух других.
Если встречается обозначение Yo/Y/A—12—И, то прочитать его надо так: «звезда с нулем — звезда — треугольник— 12—11». Это означает, что у рассматриваемого трехобмоточного трансформатора обмотка ВН соединена в звезду с выведенной нулевой точкой, обмотка СН — в звезду, обмотка НН — в треугольник; группа соединения обмоток ВН и СН—12, обмоток ВН и НН—И.
Мы рассмотрели только две группы соединения—12 и 11. Меняя обозначения концов (путем кругового перемещения обозначений), можно получить все другие группы от 1 до 10. Однако эти группы не нашли распространения, встречаются очень редко и здесь не рассматриваются.
В Советском Союзе, как уже указывалось, стандартизованы только три группы: Y/Y—12, Y/A—11 для трехфазных трансформаторов и Ш—12 — для однофазных трансформаторов.
