Тақырып 5. Үш фазалы трансформаторлар. 5-ДӘРІС

1. Үш фазалы трансформаторлардың бөлек және жалпы магниттік жүйелеріндегі физикалық процестердің ерекшіліктері.

2.Ораманы жалғау схемалары, топтар.

3. Үш фазалы трансформаторлардың бос жүріс ерекшіліктері.

Үш фазалы трансформаторлар. Үш фазалы трансформаторлар фазалық құрлымы жағынан екі немесе үш орамалы болады да, оларды екі немесе үш орамалы дейді.

Үш фазалы трансформаторлардың магнит өткізгіштігішінің құрылыс ерекшеліктері. Үш фазалы кернеуді (ЭҚК) трансформациялау үшін үшфазалы трансформатор қолданылады. Ең көп тарағандары өзекшелері бір жазықтықта орналасқан үш фазалы үш өзекшелі трансформаторлар.

Мұндай трансформаторлардың сипаттамалық ерекшелігі оның магнит жүйесінің симметриялы болмауы, ортадағы магнит өткізгіштің өзекшесі шеткілерінікінен қысқа. Бұл ең бастысы бос жүріс кезінде білінеді.

Кіші қуатты трансформаторлар үшін симметриясыздық 50% жетуі мүмкін ІАхх =Ісхх=(1,2…1,5) вхх. Мұндай жағдайда бос жүріс тоғы үш фазаның тоқтарының орташа арифметикалық мәніне теңеп алынады. Аталып өткендегідей бос жүріс тоғы (0,02…0,1)Ін болғандықтан қуаттылығы шағын трансформаторлар үшін тоқтардың симметриясыздығы екінші ораманың магнит ағынының магнисіздену факторлары есебінен аз жүктеме кезінде де әсер етпейді. Фаза тоқтарының жүктелудегі симметриясыздығынан туған табиғи немесе жасанды симметриясыздық, ЭТН курсынан белгілі болғандай, трансформатордың құрлыс бөлігінде, бактың қабырғасына және тартпа болттар арқылы еріксіз тұйықталуынан магнит ағынының үшінші гармоникалық құраушысы пайда болады.

1.11-сурет. Өзекшелері бір жазықтықта орналасқан үшфазалы үшөзекшелі кернеу трансформаторы: 1 – магнитөткізгіш; 2 – төменгі кернеу орамасы; 3 – жоғарғы кернеу орамасы.

1.12-сурет. Тәуелсіз магнит жүйелі топтық үшфазалы кернеу трансформаторы.

Нәтижесінде бұл бөлшектерде, гистерезис құблысынан құйынды тоқтардың әсерінен, қосымша шығындар болады. Іс жүзінде трансформатордың бактарындағы шығын, олардың магнит өткізгіштіктеріндегі шығынның (50…60%) на жетуі мүмкін. Бос жүрістоқтарының симметриясыздығын, тәуелсіз магнит жүйесі бар үшфазалы трансформаторды пайдалану немесе брон типті трансформаторды пайдалану арқылы болдырмауға болады.

Тәуелсіз магнитті жүйелі трансформаторлар- топтамалы үшфазалы трансформатор, ол үш бір фазадан тұрады. Мұндай трансформаторлар,әсіресе брон типтері АҚШ-та, сондай-ақ тоқ беретін үшфазалы желілерде, тарату жүйелерінде кеңінен қолданынылады.

Жоғары кернеудің фазалық орамаларының басы латынша бас әріппен А,В,С, ал аяғы жағынан,Y, X Z пен белгілейді. Төменгі кернеулі орамның қысқыштарын латын алфавитінің кіші әріптерімен белгілейді; а,в,с-ораманың басы және x,y,z-ораманың аяғы (1.13). Қысқа болу үшін, фазалық орамаларды бастапқы әріптерімен белгілейді Фаза А(а), фаза В(в), фаза С(с), бір фазалық ораманың басы мен аяғы еркін етіп таңдайды. Онда ораманың қалған екі ораманың басы етіп қысқыштарды алады, содан шығып орамаға орау бірінші ораманың бағытымен жүргізіледі.

      Үш фазалы трансформаторлардың ортаңғы өзекшесіндегі ораманы табу үшін орамалардың бірін кезекпен желіге қосып, қалған екеуінің қысқышындағы кернеуді өлшейді.

Егер ол кернеу бірдей болса,онда желіге қосылған орама ортаңғы өзекшеде болғаны. Үшфазалы трансформатордың фазалық орамалары «жұлдызң немесе «үшбұрышң сұлбасы бойынша жалғанады.

Үшфазалы ораманы « жұлдызң сұлбасы арқылы қосу оның барлық үш ұшын ортақ түйіншекке жалғап,бас жағын тоқ көзіне немесе жүктемеге жалғау үшін бос қалдырады. Ораманы ұшбұрыштан қосқанда, бірінші ораманың басы,келесі ораманың аяғымен қосып барлық орама тұйықталғанша жалғайды. Трансформатордың орамаларын « жұлдызң немесе «үшбұрышң етіп қосу Ү немесе  деп таңбалайды. Егер жұлдызша қосуда шығарылған бейтарап нүктесі болса, онда сәйкес белгінің қасына «Оң жазады. Мысалы; Ү0/ десе онда жоғары кернеулі орама жұлдызша қосылған, сыртқа шығарылған бейтарап нүктесі болғаны, ал төмен кернеулі орама ұшбұрыштап қосылған.

Үшфазалы трансформатордың орамалары «жұлдызшаң қосылған болса, бір мезгілде шама жағынан әртүрлі екі:

Uл = 3Uф (1.82)

етіп жалғанған фазалық және сызықтық қатынастағы екі кернеу болады. Бұл жүктеме жарықтандыру-күштік түрінде аралас келгенде ыңғайлы. Күштек жүктемесі, мысалы, электр моторлар, әдетте, желідегі сызықтық кернеу 380 Вольт, ал нөлдік өткізгіштерді пайдаланып қосылатын тұрмыстық және жарықтандыратын 220 Вольттық фазалық кернеуге қосылған кездерде (Uф=Uл/3=380/3=220) болады. «Үшбұрыштапң қосқанда фазалық және сызықтық кернеулер өзара тең:

      Uл = Uф (1.83)

мұнда жалғауды симметриясыз жүктеме кезінде тұтынушыларға ыңғайлы жағдай жасау үшін қолданылады. Бұл жағдайда трансформатор магнит ағындары мен ЭҚК-тердің гармониялық үшінші құраушының әртүрлі зиянды әсерлерінен қорғалады.

Сонымен ұшфазалы трансформаторды жағаудың төрт түрі болуы ықтимал: Ү/Y, Y/   КСРО кезінде орамаларды жалғаудың екі түрі ғана стандартталғанҮ/Y, Y/ олардың бейтарап түктелер сыртқа шығарылған немесе шығарылмаған.

Үшфазалы трансформаторлардың орамаларын қосу сұлбасын бірлестіруді таңдап алу тұтынушылардың, сондай-ақ тоқтардың ассиметриялы болу немесе олардың синусоидалық болу ықтималдығын ескере отырып жүзеге асырылады.

Трансформаторлардың бірінші және екінші орамаларын бейтарап өткізгішсіз Ү/Y телсім бойынша қосқанда тоқтардың нольдік тізбектілігі мен трансформатордың екінші орамалары мен оларға жалғанған желілерде, нольдік тоқтардың және үш еселік гармониялылығының бірізділігі болмайды. Бірақ тоқтардың синусоида сыздығы жүктеменің сызықсыз элементтерінің әсерінен, фазалық магниттік орындарында үш еселі гармоника пайда болады, олар өзекті трансформаторлардың магниттік жүйесінің симметриясыздығынан трансформаторлардың май құятын бактарымен металл құрылғыларына тұйықталады, гистерезис құблысы мен құйынды тоқтардан болаттағы шығын ұлғаяды. Жүктеменің симметриясыздығы мен бейтарап өткізгіштің болмауынан «фазаның қисаюы» болады, ол трансформатордың және жалғанған электр тұтынушылардың жұмыстарына кері әсерін тигізеді.

          Трансформатордың Y0/ сұлбасы бойынша жалғанған орамалары мен бірінші орамаға қосылған желіде бейтарап өткізгішпен тұйықталудан нольдік тізбекпен қосылған тоқтардың құраушылары өтуі мүмкін. Мұндай жағдайда «фазаның қисаюы» болмайды, және оған қосылған трансформатор мен тұтынушылардың жұмысына қолайлы әсер етеді. «Үшбұрыш» сұлбасы (Y/ немесе ) бойынша жалғасқан үшфазалы трансформатордың орамаларындағы ЭҚК пен тоқтардың үш еселі гармоникасы арифметика бойынша қосылып ораманың ішінде тұйықталады және ЭБЖ –не беріліс [ЭБЖ электр беріліс желісі] болмайды. Магнит ағындарында нөльдік гармоникті және үш еселенетін гармониктер болмайды. Сондықтанда ол орамалардың  сұлбасымен қосқандағыдай трансформаторлардың құрлымындағы болаттарда қосымша шығын туғызбайды.

Үшфазалы трансформаторлардың орамаларын жалғау топтары. Олардың фазаларын немесе олардың басы мен аяғын маркерлеуді кезек өзгерте отырып жұлдызша және  үшбұрыштап қосудың әртүрлі 12 сұлбасын алуға болады, оны үшфазалы трансформаторда жалғастыру деп атайды.

Сондықтан үшфазалы трансформатордың орамаларын жалғағанда сұлбаның шартты белгілеріне топтық 1 ден 12 ге дейін нөмірлері қосып жазылады,ол сызықтық ЭҚКтің (кернеудің) аттас бірінші және екінші векторлардың арасындағы ығысу бұрышын көрсетеді. Ығысу бұрышының топтық нөмірін 30-ға көбейтіп градуспен анықтайды. Мысалы жалғаудың 6-тобында сызықтық кернеулі ЖК мен ТК ораманың аттас векторларының арасындағы ығысу бұрышы 6 х 30 1800 болады. Трансформатордың жалғау топтамасы оларды қатарласа жұмыс жасауға қосуға мүмкіндік беретін маңызды факторы болып табылады. Әртүрлі топтардағы трансформаторларды параллель жұмысға қосуға болмайды.

Үшфазалы трансформаторлардың жалғау тобы былай анықтайды. Трансформаторлардың орамаларын жалғау сұлбасын олардың қысқыштарының МЕМ стандарттарын көрсете отырып сызады. ЭҚК-тің оң бағытын ораманың соңғы ұшынан басқы ұшына қарай немесе кернеулерді ораманың басқы ұшынан соңғы ұшына қарай көрсетеді. Қосу сұлбасының өзгеруіне қарамастан ЭҚК пен кернеудің оң бағыты өзгеріссіз қалады. ЖК мен ТК орамалардың бір-бірінен 1200 бұрышқа ығысқан фазалық кернеулерінің вектордық диаграммаларын біріктіріп сызады.

Орамаларды жалғаудың осы сұлбасы үшін Кирхгофтың бірінші және екінші орамаларды тұйық контурына арналған екінші заңы бойынша теңдеулер құрылады. Мысалы  сұлбасы үшін

— АВ контурына UАВ+UВ–UА=O бұдан UАВ = UА– UВ

— авуха контурына Uав+Uв–Uа=O. бұдан Uав = Uа– Uв

Фазалық кернеудің векторлық диаграммасында алынған теңдеулерді графикалық жолмен шешу арқылы сызықтық кернеулердің UАВ және Uав векторларының жағдайларын анықтайды. ЖК орамасындағы сызықтық кернеудің UАВ = UА–UВ векторын сағат тілінің 12 санына дәлдеп қоямыз. Сонда сол диаграммада үшфазалы трансформатордың ТК орамасындағы сызықтық кернеудің Uав =Uа–Uв, векторы жалғау тобының нөмірін көрсетеді. Сызықтық кернеулердің векторларының орны сағат тілінің ұшы сағат 12-ге тура келеді. Бұл жағдайда UАВ векторы сағат циферблатының минут тіліне Иав векторы сағат циферблатының сағат тіліне сәйкес келеді.

1.16-сурет. Онекінші топтағы үшфазалы кернеу трансформаторы

Егер екінші орама «Үшбұрыш»  сұлбасы бойынша жалғанса, онда фазалық кернеудің векторлық диаграммасы бұрыңғы қалпында қалады , себебі олар жалғау сұлбасына тәуелді емес, ал Кирхгофтың екінші заңы бойынша құрылған теңдеулер былай жазылады

— АВ контуры үшін UАВ+UВ–UА=O бұдан UАВ=UА– UВ

— авzвуа контуры үшін Uав+Uв–Uа=O бұдан Uав=Uа– Uв

Алынған теңдеулерді графикалық жолмен шешу арқылы сызықтық кернеулердің векторларының орындарын,бірінші орамына UАв=UА–UВ және екінші орамыныкі Uав= Uа–Uв , анықтауға мүмкіндік береді.

UАВ векторын (минуттық тіл) сағат тілінің 12 санына келтірсек, екінші орамадағы сызықтық кернеудің Uав векторының (сағаттық тіл) 11 санын көрсеткенін байқаймыз. Демек, трансформатор орамаларының осы сұлбасы бойынша жалғасуы 11 топқа жататынын көреміз.

1.17-сурет. Онбірінші топтағы үшфазалы кернеу трансформаторы.

КСРОда үшфазалы трансформаторлардың орамаларын жалғаудың осы екі тобы стандартталған / -12 және -11, олар сыртқа шығарылған бейтарап ұшы бар немесе жоқ болып та келетін. Бейтарап сымдардың болу, болмауы топтың нөміріне әсер етпейд