2.12. Холостой ход трехфазных трансформаторов

Для анализа режима холостого хода рассмотрим трехфазный транс­форматор с соединением обмоток /Y (рис. 2.29 а). Пусть каждая фаза его первичной об­мотки подключена к синусои­дальному напряжению сети. Тогда потоки будут синусои­дальными, а фазные токи содержать высшие гармо­ники, из которых более других выделяется третья гармоника. Кратные трем гармо­ники тока холостого хода по фазе совпадают. По этой причине в линейных то­ках, которые представляют раз­ность токов соответствующих фаз, гар­моники, кратные трем, будут от­сутство­вать. Токи гармоник, кратных трем, бу­дут циркулировать внутри замкнутого треугольника [1].

Если обмотки соединить по схеме Y/ , то гармоники, крат­ные трем, в фазных токах не могут существо­вать. Из нулевой точки нет выхода и гармоники, кратные трем, будут друг друга компенсировать (рис. 2.29 б). В результате, фазные токи холостого хода принимают синусои­дальную форму. При этом потоки во всех трех магнитопроводах пере­стают быть синусоидальными. Они при­нимают уплощенную форму вследст­вие насыщения магнитопровода. Каждая гармоника потока ин­дуктирует в обмотке свою эдс, отстаю­щую по фазе на угол . Все фаз­ные эдс принимают пикообразную форму. В ряде случаев амплитуда третьей гармоники равна примерно половине амплитуды первой гармоники , т.е. . Результирую­щая эдс фазы возрастает возникает опасность пробоя изоляции обмоток. Вместе с тем, линейные эдс синусоидальны.

У площенная кривая потока на­ряду с основной гармоникой бу­дет иметь относительно сильную тре­тью гармонику (рис. 2.30, а). Тре­тьи гармоники потока, совпадающие по фазе, индуктируют во вто­ричной обмотке, соединенной тре­угольником, три равные по значению и совпадающие по фазе эдс . Они складываются в контуре треуголь­ника и создают ток . Если пренебречь активным сопротивле­нием обмоток, то ток имеет индуктивный характер. Создаваемый им поток почти полно­стью компенсирует поток . Поэтому результирующие потоки фаз бу­дут практически синусоидальными (рис. 2.30, б). Следовательно, при соединении одной из обмоток трансформатора в треугольник магнитные потоки, эдс и на­пряжения фаз остаются практически синусоидальными.

Целесообразно также рассмотреть работу трансформатора при включении его по схеме Y/Y. В случае соединения обмоток по схеме /Y было установлено, что фазные токи имеют синусоидальную форму, а потоки – уплощенную, т.е., представлены совокупностью первой гармоники и гармоник, кратных трем.

В трехфазной группе однофазных трансформаторов (рис. 2.31, а) и в трансформаторах броневого типа (рис. 2.31, б) третьи гармоники замыка­ются по магнитопроводу. В результате фазные эдс несинусоидальны, ли­нейные же эдс не содержат гармоник кратных трем. В трехстерж­невых трансформаторах (рис. 2.31, в) третьи гармоники потока не могут замыкаться по магнитопроводу. Они вытесняют друг друга за его пределы и замыкаются от одного ярма к другому через трансформаторное масло или воздух, через стенки бака, крепежные детали, что вызывает добавочные потери от вихревых токов. Сопротивление магнитной цепи для третьих гармоник резко возрастает. Их амплитуда снижается до приемлемого ма­лого уровня. Потоки во всех стержнях принимают практи­чески синусоидальную форму, синусоидальными будут также фазные и линейные эдс. При соединении обмоток по схеме Y/Y возникают искажения кривых фазных напряжений, а в трех­стержневых трансформаторах – добавочные потери от вихревых то­ков [4].

В случае наличия нулевого провода образуется замкнутый контур для третьих гармоник тока. Причем в нулевом проводе ток имеет утроенное значение тока третьей гармоники фазы трансформатора. Если этот контур создается через сопротивление нагрузки или другие сопротивления, то ве­личина и влияние токов третьей гармоники уменьщится. Трансформаторы большой мощности с соединением обмоток по схеме Y/Y, заводами-изготовителями, как правило, не производятся. В случае потребности в таких трансформаторах используют дополнительную, третичную, обмотку, соединенную в треугольник. Сечение обмотки рассчитано только на токи третьей гармоники фазы трансформатора [1].