El principi de funcionament i el dispositiu dels transformadors trifàsics

El corrent trifàsic es pot transformar mitjançant tres transformadors monofàsics completament separats. En aquest cas, els enrotllaments de les tres fases no estan connectats magnèticament entre si: cada fase té el seu propi circuit magnètic. Però el mateix corrent trifàsic es pot transformar amb un transformador trifàsic, en el qual els bobinats de les tres fases estan connectats magnèticament entre si, ja que tenen un circuit magnètic comú.

Per aclarir el principi de funcionament i el dispositiu d'un transformador trifàsic, imagineu-ne tres transformador monofàsic, units entre si de manera que les seves tres varetes formen una vareta central comuna (Fig. 1). A cadascuna de les altres tres barres, es superposen bobinatges primaris i secundaris (a la figura 1, no es mostren els bobinatges secundaris).

Suposem que els bobinats primaris de totes les potes del transformador són exactament iguals i s'enrotllen en la mateixa direcció (a la figura 1, els bobinats primaris s'enrotllen en sentit horari quan es veuen des de dalt).Connectem tots els extrems superiors de les bobines al neutre O i portem els extrems inferiors de les bobines als tres terminals de la xarxa trifàsica.

Imatge 1.

Els corrents als bobinatges del transformador crearan fluxos magnètics variables en el temps, cadascun dels quals es tancarà en el seu propi circuit magnètic. A la vareta composta central, els fluxos magnètics sumaran zero en total perquè aquests fluxos són creats per corrents trifàsics simètrics, respecte als quals sabem que la suma dels seus valors instantanis és zero en tot moment.

Per exemple, si el corrent a la bobina AX I, era el més gran i es produïa en l'indicat a la fig. 1, llavors el flux magnètic seria igual al seu valor més gran Ф i es dirigia a la barra composta central de dalt a baix. A les altres dues bobines BY i CZ, els corrents I2 i Az3 al mateix moment en el temps són iguals a la meitat del corrent més alt i tenen el sentit contrari respecte al corrent a la bobina AX (aquesta és la propietat de tres bobines). corrents de fase). Per això, a les varetes de les bobines BY i CZ, els fluxos magnètics seran iguals a la meitat del flux màxim, i a la vareta composta central tindran el sentit contrari respecte al flux de la bobina AX. La suma dels cabals en el moment en qüestió és zero. El mateix passa amb qualsevol altre moment.

No hi ha flux a la barra central no vol dir que no hi hagi flux a les altres barres. Si destruïm la vareta central i connectem els jous superior i inferior en jous comuns (vegeu la figura 2), aleshores el flux de la bobina AX trobarà el seu camí a través dels nuclis de les bobines BY i CZ, i les forces magnetomotores d'aquestes. les bobines s'afegiran juntament amb la força magnetomotriu de la bobina AX. En aquest cas, obtindríem un transformador trifàsic amb un circuit magnètic comú per a les tres fases.

Figura 2.

Com que els corrents de les bobines es desfasen 1/3 del període, els fluxos magnètics produïts per elles també es desplacen en el temps 1/3 del període, és a dir. els valors més grans dels fluxos magnètics a les barres i bobines se succeeixen després d'1/3 del període...

La conseqüència del canvi de fase dels fluxos magnètics en els nuclis en 1/3 del període és el mateix canvi de fase i les forces electromotrius induïdes tant en els bobinatges primaris com secundaris imposades a les barres. Les forces electromotrius dels bobinats primaris gairebé equilibren la tensió trifàsica aplicada Les forces electromotrius dels bobinats secundaris, amb la connexió correcta dels extrems de les bobines, donen una tensió secundària trifàsica que s'alimenta al circuit secundari.

Pel que fa a la construcció del circuit magnètic, els transformadors trifàsics, com els monofàsics, es divideixen en figures de varetes. 2. i blindats.

Els transformadors de varetes trifàsics es classifiquen en:

a) transformadors amb circuit magnètic simètric i

b) transformadors amb un circuit magnètic asimètric.

A la fig. 3 mostra esquemàticament un transformador lliscant amb un circuit magnètic simètric, i a la fig. La figura 4 mostra un transformador de varetes amb un circuit magnètic desequilibrat. Com es veu per les tres barres de ferro 1, 2 i 3, subjectades per sobre i per sota per plaques de jou de ferro. Hi ha bobines primàries I i secundàries II d'una fase del transformador a cada pot.

Figura 3.

En el primer transformador, les varetes estan situades als vèrtexs dels angles d'un triangle equilàter; el segon transformador té les barres en el mateix pla.

La disposició de les barres als vèrtexs de les cantonades d'un triangle equilàter dóna resistències magnètiques iguals per als fluxos magnètics de les tres fases, ja que els camins d'aquests fluxos són els mateixos. De fet, els fluxos magnètics de les tres fases passen per separat per una vareta vertical completament i per les altres dues varetes a mig camí.

A la fig. 3 la línia de punts mostra les maneres de tancar el flux magnètic de la fase de vareta 2. És fàcil veure que per als fluxos de les fases de les varetes 1 i 3, les maneres de tancar els seus fluxos magnètics són exactament les mateixes. Això vol dir que el transformador considerat té les mateixes resistències magnètiques per als fluxos.

La disposició de les barres en un pla condueix al fet que la resistència magnètica per al flux de la fase mitjana (a la figura 4 per a la fase de la vareta 2) és menor que per als fluxos de les fases finals (a la figura 4). 4 — per a les fases de les varetes 1 i 3).

Figura 4.

De fet, els fluxos magnètics de les fases finals es mouen per camins una mica més llargs que el flux de la fase mitjana. A més, el flux de les fases terminals que surten de les seves varetes passa totalment per una meitat del jou i només per l'altra meitat (després de ramificar-se a la vareta del mig) passa la meitat d'aquest. El flux de fase mitjana a la sortida de la vareta vertical es divideix immediatament en dues meitats i, per tant, només la meitat del flux de fase mitjana passa a les dues parts del jou.

Així, els fluxos de les fases finals saturen el jou en major mesura que el flux de la fase mitjana i, per tant, la resistència magnètica per als fluxos de les fases finals és més gran que per al flux de la fase mitjana.

La conseqüència de la desigualtat de les resistències magnètiques per als fluxos de diferents fases d'un transformador trifàsic és la desigualtat dels corrents sense càrrega en fases individuals a la mateixa tensió de fase.

No obstant això, amb una baixa saturació de ferro del jou i un bon muntatge de ferro de vareta, aquesta desigualtat actual és insignificant. Perquè Com que la construcció de transformadors amb un circuit magnètic asimètric és molt més senzilla que la d'un transformador amb un circuit magnètic simètric, els primers transformadors van resultar ser els més utilitzats.Els transformadors de circuit magnètic simètric són poc freqüents.

Tenint en compte la fig. 3 i 4 i suposant que els corrents circulen per les tres fases, és fàcil veure que totes les fases estan acoblades magnèticament entre si. Això vol dir que les forces magnetomotrius de les fases individuals s'influeixen mútuament, cosa que no tenim quan el corrent trifàsic és transformat per tres transformadors monofàsics.

El segon grup de transformadors trifàsics són transformadors blindats. Un transformador blindat es pot considerar com si estigués compost per tres transformadors blindats monofàsics units entre si amb un jou.

A la fig. La figura 5 representa esquemàticament un transformador blindat trifàsic amb un nucli interior situat verticalment.A partir de la figura és fàcil veure que a través dels plans AB i CD es pot dividir en tres transformadors blindats monofàsics, els fluxos magnètics dels quals es poden tancat cadascun en el seu propi circuit magnètic. Els camins del flux magnètic de la fig. 5 s'indiquen amb línies discontínues.

Figura 5.

Com es pot veure a la figura, a les barres verticals mitjanes a, sobre les quals es superposen els enrotllaments primaris I i secundaris II de la mateixa fase, passa el flux complet, mentre que als jous b-b i a les parets laterals passa la meitat del flux. . A la mateixa inducció, les seccions transversals del jou i les parets laterals haurien de ser la meitat de la secció transversal de la vareta mitjana a.

Pel que fa al flux magnètic a les parts intermèdies c — c, el seu valor, com veurem a continuació, depèn del mètode d'inclusió de la fase mitjana.

El principal avantatge dels transformadors d'induït sobre els transformadors de varetes són els recorreguts curts de tancament del flux magnètic i, per tant, els baixos corrents sense càrrega.

Els desavantatges dels transformadors blindats inclouen, en primer lloc, la baixa disponibilitat de bobinatges per a la reparació, a causa del fet que estan envoltats de ferro, i, en segon lloc, les pitjors condicions per refredar el bobinatge, per la mateixa raó.

En els transformadors tipus vareta, els bobinatges estan gairebé completament oberts i, per tant, més accessibles per a la inspecció i reparació, així com per al medi de refrigeració.

Transformador trifàsic ple d'oli amb dipòsit tubular: 1 — politges, 2 — vàlvula de drenatge d'oli, 3 — cilindre aïllant, 4 — bobinat d'alta tensió, 5 — bobinat de baixa tensió, 6 — nucli, 7 — termòmetre, 8 — terminals per baixa tensió, 9 — terminals d'alta tensió, 10 — contenidor d'oli, 11 — relés de gas, 12 — indicador de nivell d'oli, 13 — radiadors.

Més detalls sobre el dispositiu de transformadors trifàsics: Transformadors de potència: dispositiu i principi de funcionament