Материал: Электроснабжение. учебно-методическое пособие. Сергеев В.А., Мамонтов Д.А

2.2. Трехфазный трансформатор с соединением обмоток Y/Δ

При подключении трехфазного трансформатора на холостом ходу к сети с синусоидальным напряжением, когда вторичная обмотка соединена с треугольником, то каждая фаза оказывается под синусоидальным напряжением сети.

Потоки каждой фазы в этом случае будут также синусоидальными, а намагничивающие токи фаз iora, iorв, iorс, как и в случае однофазного трансформатора, будут содержать нечетные гармоники (рис. 2.2). При этом:

-основные гармоники будут сдвинуты относительно друг друга на 120о;

-третьи гармоники будут сдвинуты на 3·120о=360о или 0о;

-пятые – 5·120о=600о или 240о;

-седьмые – 7·120о=840о или 120о;

-девятые – 9·120о=3·360о или 0о и т.д.

Рис. 2.2. Намагничивающие токи при соединении обмоток в треугольник

51

Гармоники, кратные трем (ν=3, 9, 15, …), в отдельных фазах обмотки будут совпадать по фазе. По этой причине в линейных токах, которые представляют собой разность токов соответствующих фаз, гармоники, кратные трем, будут отсутствовать. Поэтому токи гармоник будут циркулировать внутри замкнутого треугольника [рис. 2.3.а)]. Будучи равными по величине и совпадая по фазе, они образуют общий замкнутый циркуляционный ток.

Рис. 2.3. Схемы соединения обмоток "треугольник-звезда" [а)] и "звезда-треугольник" [б)]

Если трансформатор с соединением обмоток Y/Δ питать на холостом ходу со стороны обмотки, соединенной в звезду [рисунок 2.3.б)], то гармоники, кратные трем, в фазных токах существовать не могут, поскольку они должны совпадать по

52

фазе и в то же время их сумма должна равняться нулю, так как из нулевой точки выхода тока нет. Поэтому при отсутствии гармоник, кратных трем, ток ior будет близок к синусоидальному при несинусоидальном потоке (рис. 2.4), так как гармоники ν=5, 7, … относительно малы.

Рис. 2.4. Ток намагничивания ior при несинусоидальном потоке Ф

При такой форме тока ior кривая потока ФY вследствие насыщения будет иметь уплощённую или затупленную сверху форму (рис. 2.4). Такая кривая потока наряду с основной гармоникой Ф1Y будет содержать также относительно сильную гармонику Ф3Y. Третьи гармоники потока Ф3Y всех трёх фаз совпадают по фазе и будут индуктировать во вторичной обмотке, соединённой треугольником, три равные по величине и совпадающие по фазе э.д.с. Е3Δ. Складываясь в контуре треугольника, эти э.д.с. создают в этом контуре ток I3Δ, который будет почти чисто индуктивным. Создаваемые этим током потоки Ф3Δ будут, почти полностью компенсировать потоки Ф3Y. Поэтому результирующие потоки фаз будут практически синусоидальными. В отличие

53

от схемы рисунка. 2.3 а) разница заключается в том, что третья и кратные ей гармоники намагничивающего тока возникают и на вторичной стороне [рис. 2.3 б)].

На практике в системах напряжентем 110 кВ и выше применяется схема соединения обмоток "звезда-треугольник" или "звезда с заземленной нейтралью-треугольник".

В этом случае высшие гармонические составляющие в намагничивающем токе придают кривым тока заострённый характер, т.е. амплитуда третьей и девятой гармонических составляющих совпадают с амплитудой основной гармоники

(рис. 2.5.).

Рис. 2.5. Намагничивающий ток трансформатора с учетом высших гармоник

При определённых условиях в цепи первичной обмотки помимо тока основной частоты, возникают токи более высоких частот, причём наиболее сильно выраженными являются третья и пятая гармонические. Если для протекания третьей гармонической создаётся препятствие в виде соединения первичной обмотки в звезду без заземления

54

нейтрали, то третья гармоническая появляется в магнитном потоке и фазных э.д.с.

Эти явления связаны с особенностями характеристик трансформаторной стали. Сердечник трансформатора, обладающий нелинейными свойствами, является как бы генератором токов повышенной частоты 3f, 5f, 7f. Хотя токи эти невелики при нормальном режиме, при режимах, отличных от симметричных, они могут играть существенную роль в создании потока нулевой последовательности.

2.3.Токи и потоки нулевой последовательности

втрансформаторах

Вобмотках, соединённых звездой, токи нулевой последовательности могут возникать только при наличии нулевого провода или заземлённой нейтрали, т.к. Iа0, Iв0 и Iс0 равны по величине и по фазе, в каждый момент времени направлены во всех фазах одинаково, и поэтому цепь этих токов может замыкаться через заземлённую нейтраль.

Ток, протекающий через заземление нейтрали:

других по отношению одной фазы (например, А) имеет вид:

Определим разности токов в обмотках, соединённых в треугольник:

55