Группы соединения трансформатора

Цель работы: освоить методы экспериментального определения группы соединения обмоток трансформатора.

Теоретическая часть

В некоторых случаях, а чаще всего при включении трансформаторов на параллельную работу необходимо знать относительный сдвиг фаз между электродвижущей силой (ЭДС) первичной и вторичной обмоток. Для оценки этого сдвига вводится понятие о группе соединения обмоток. Группа соединения обмоток зависит от маркировки выводов, а у трехфазных трансформаторов – еще и от схемы соединения фаз между собой.

Рассмотрим однофазный трансформатор. Его группа соединения будет зависеть от того, какой из выводов каждой из обмоток принять за начало (обозначения А или ) и какой за конец (обозначения Х или х). На рис.1.2.1 изображен стержень с намотанными на нем двумя обмотками. Предположим, что они выполнены с одинаковым направлением намотки и имеют маркировку выводов, показанную на рис.1.2.1а. Обе обмотки сцеплены с одним и тем же потоком, поэтому ЭДС этих обмоток в любой момент времени будут направлены в одинаковых направлениях – от начала к концу или наоборот, т.е. ЭДС будут совпадать по фазе. Если тот же трансформатор будет иметь обмотку, например НН, у которой будут переставлены обозначения выводов по сравнению с предыдущим случаем (рис.1.2.1б), то тогда ЭДС обмоток для любого момента времени будут действовать в противоположных направлениях (на рис.1.2.1б): у обмотки ВН от конца к началу, а у НН от начала к концу. На векторной диаграмме векторы этих ЭДС должны быть изображены со сдвигом в , т.е. в противофазе. Тот же результат получится, если на рис.1.2.1а одну из обмоток намотать в противоположную сторону.

Рис.1.2.1. К определению группы соединения однофазного трансформатора.

Принято сдвиг фаз между ЭДС характеризовать положением стрелок на циферблате часов, при этом вектор ЭДС обмотки ВН мысленно совмещают с минутной стрелкой часов и постоянно устанавливают на цифре 12, а вектор ЭДС обмотки НН – с часовой стрелкой. Цифра, на которую будет ориентирована часовая стрелка, покажет группу соединения обмоток. В случае, изображаемом на рис.1а, когда угол сдвига между векторами ЭДС равен и оба они ориентированы на цифру 12, принимается, что трансформатор с такой маркировкой выводов имеет нулевую группу соединения. Положение векторов на рис.1б соответствует 6 ч, и трансформатор имеет 6-ю группу соединения обмоток (рис.1.2.1в).

Однофазные трансформаторы могут иметь только эти две группы соединения. Они обозначаются I/I-0 и где I/I-6, что читается так «и-и-ноль», «и-и-шесть». Стандартной является группа 0.

В трехфазных трансформаторах может быть образовано 12 различных групп со сдвигом фаз между ЭДС от до через , что соответствует 12 цифрам часового циферблата. Группу соединения принято определять по углу сдвига фаз между одноименными линейными ЭДС. Для более удобной взаимной ориентировки векторов ЭДС выводы А и обмоток будем считать электрически соединенными.

Определим группу соединения обмоток трансформатора, схема соединения обмоток которого показана на рис.1.2.2а. Предполагается, что обе обмотки имеют одинаковое направление намотки и одноименные их фазы расположены на одном и том же стержне. Тогда векторы фазных ЭДС обмоток ВН и НН будут совпадать по фазе, как это показано на векторной диаграмме рис.1.2.2б. Сдвиг между линейными ЭДС АВ и будет равен . Полное обозначение схемы и группы .

Рис.1.2.2. Схема нулевой группы соединения обмоток трехфазного трансформатора.

Если у одной из обмоток этого трансформатора (например, у обмотки НН) поменять маркировку начал и концов фаз (рис.1.2.3), то тогда одноименные линейные ЭДС обмоток будут находиться в противофазе и трансформатор будет иметь 6-ю группу соединения обмоток. Векторы линейных ЭДС АВ и сдвинуты на , и при расположении их на циферблате часы будут показывать 6 ч. Обозначение . Если у трансформатора, имеющего группу 0, произвести круговую перемаркировку фаз обмотки НН, как показано на рис.1.2.4, то получим трансформатор с 4-й группой соединения обмоток. В это случае вектор ЭДС фазы обмотки будет иметь направление, совпадающее с направлением вектора ЭДС фазы В обмотки ВН, так как обмотки этих фаз располагаются на одном и том же стержне. Соответственно будут совпадать по направлению векторы ЭДС фаз с С и с с А. Сдвиг по фазе между линейными ЭДС АВ и равен , что на циферблате часов соответствует 4 ч. Нетрудно установить, что если произвести еще одну перемаркировку фаз, то получим 8-ю группу соединения, т.е. каждая круговая перемаркировка дает изменение номера группы соединения обмоток на 4.

Рис.1.2.3. Схема 6-й группы соединения трехфазного трансформатора.

Рис.1.2.4. Схема 4-й группы соединения трехфазного трансформатора.

У трансформатора, имеющего 6-ю группу соединения обмоток, путем круговой перемаркировки фаз можно получить группы 10 и 2. Таким образом у трансформаторов при схеме соединения обмоток можно получить только четные группы. Четные группы будут и у трансформатора, обе обмотки которого соединены в треугольник.

Нечетные группы получаются у трансформатора, одна обмотка которого соединена в звезду, а другая – в треугольник. На рис.1.2.5 изображена схема трансформатора, обмотка ВН которого соединена в звезду, а обмотка НН – в треугольник. При построении векторной диаграммы ЭДС обмотки, соединенной в треугольник, удобно обозначать не только начала, но и концы векторов в соответствии с началом и концом фазы. Ориентация векторов ЭДС на диаграмме производится согласно схеме соединения фаз между собой. Так, например, на схеме вывод соединен с вектором , и на векторной диаграмме точка вектора должна быть совмещена с точкой другого вектора и т.д. Как следует из рис.1.2.5, рассматриваемый трансформатор имеет 11-ю группу соединения обмоток. Если у него произвести групповую перемаркировку фаз, то можно получить группы 3 и 7. Для практических целей большого разнообразия групп соединений, которые могут быть получены для трехфазных трансформаторов, не требуется. Трехфазные трансформаторы выпускаются только с двумя группами соединений: 0 и 11.

Рис.1.2.5. Схема 11-й группы соединения трехфазного трансформатора.

Группы соединения обмоток трансформатора можно определить опытным путем. Для этого трансформатор подключают к сети с симметричной трехфазной системой напряжений и соединяют у него два одноименных вывода, например А и . Измеряют линейные напряжения обмоток и напряжения , , , . По полученным результатам в выбранном масштабе строят векторную диаграмму. Сначала строят равносторонний треугольник напряжений обмотки ВН (рис.1.2.6). Из точек В и С этого треугольника циркулем проводят дуги радиусами и . Точка пересечения этих дуг является вершиной треугольника напряжений обмотки НН. Точка пересечения дуг с радиусами и дает вершину этого треугольника. Точка совпадает с точкой А. Соединяя между собой точки , и получаем треугольник линейных напряжений обмотки НН. Сопоставив стороны треугольников АВ и с циферблатом часов определяют группу соединения обмоток трансформатора.

Рис.1.2.6. Построение диаграммы по данным опыта для определения

Группы соединения.

Группу соединения также можно установить сравнивая измеренные значения напряжений , , , с расчетными, которые рассчитываются по формулам:

, , , , (1.2.1)

где – линейное напряжение обмотки НН;

Вb, Bc, Cb, Cc – безразмерные коэффициенты междуфазных напряжений.

Их величины зависят от взаимного положения треугольников линейных напряжений ∆АВС и ∆ и их относительных размеров, определяемых коэффициентом трансформации трансформатора. Расчетные выражения этих коэффициентов для каждой группы соединения обмоток трансформатора приведены в таблице 1.2.1. Там же и приведены схемы взаимного положения треугольников линейных напряжений.

Таблица 1.2.1

группа	совмещенная векторная диаграмма	коэффициент	группа	совмещенная векторная диаграмма	коэффициент