Трёхфазные трансформаторные цепи: конструкция, коммутация и практические применения

Трёхфазная мощность — основа современных электросетей, и трансформаторы, повышающие или понижающие её напряжение, не менее критичны. Хотя однофазные трансформаторы можно группировать для соединения двух трёхфазных систем, выделенные трёхфазные трансформаторы предлагают более эффективное решение — используя меньше материалов, занимая меньше места и веся меньше модульного стека.

Обмотки и соединения трёхфазного трансформатора

Типичный трёхфазный трансформатор состоит из трёх независимых пар первичной-вторичной обмоток, каждая намотана на одной ноге общего железного сердечника. Результат — по сути три однофазных трансформатора, разделяющих общий сердечник, как показано ниже.

Сердечник трёхфазного трансформатора — три комплекта обмоток.

Первичные и вторичные комплекты могут быть соединены либо в Δ, либо в Y. Четыре возможных сочетания:

• Y — Y
• Y — Δ
• Δ — Y
• Δ — Δ

Выбор Y или Δ зависит от приложения: Y-соединения дают несколько вариантов напряжений (линия-нуль) и позволяют нулевой проводник; Δ-соединения дают более высокую устойчивость к отказам, так как обрыв одной обмотки всё ещё позволяет остальным двум поддерживать полные линейные напряжения.

Правильная фазировка обмоток — обозначенная точками, маркирующими полярность — критична. Фазовые отношения для Δ и Y показаны ниже.

Y: центральная точка должна соединять либо все «+», либо все «−» полюса. Δ: полярности обмоток должны быть комплементарными (+ к −).

Фазовая коммутация для трансформатора «Y‑Y»

Когда обе первичная и вторичная обмотки соединены в Y, каждый конец обмотки, отмеченный точкой, соединяется с соответствующей фазой (A, B, C), а неотмеченные концы объединяются в центр каждой Y. Эта конфигурация поддерживает нулевые проводники (N1 и N2) с обеих сторон.

Фазовая коммутация для трансформатора «Y‑Δ»

В Y‑Δ трансформаторе первичная сторона остаётся Y-соединённой, а вторичная образует Δ-контур. Точечный конец одной обмотки соединяется снеточечным концом следующей, замыкая три обмотки в цепочку.

Фазовая коммутация для трансформатора «Δ‑Y»

Δ‑Y трансформатор снабжает вторичную систему, требующую линейно-нулевых напряжений, от источника без нуля. Δ-первичная питвает Y-вторичную.

Фазовая коммутация для трансформатора «Δ‑Δ»

Когда нулевой проводник не нужен на вторичной стороне, Δ‑Δ конфигурация предпочтительна за её врождённую надёжность.

Фазовая коммутация для «V» или «Open‑Δ» трансформатора

Некоторые проектировщики выбирают V или открытую Δ-схему — используя только два трансформатора — для питания двухфазных систем. Каждый трансформатор переразмерен для полной нагрузки, давая экономию в размере, весе и стоимости. Однако теряется устойчивость к отказам полной Δ‑Δ системы.

Реальный пример

Гидроэлектрическая плотина Гранд-Кули в штате Вашингтон имеет банк повышающих трансформаторов, сгруппированных по три. Зелёные блоки соединены в Y на вторичной стороне, что видно по одному высоковольтному изолятору на трансформатор — признаку соединения точки нуля.

Эти трансформаторы критичны для повышения генераторного напряжения до передаточного, обеспечивая надёжную доставку мощности по сети.

СВЯЗАННЫЕ РАБОЧИЕ ЛИСТЫ:

• Delta and Wye 3‑Phase Circuits Worksheet