Das Funktionsprinzip und das Gerät von Dreiphasentransformatoren

Dreiphasiger Strom kann durch drei völlig getrennte Einphasentransformatoren transformiert werden. In diesem Fall sind die Wicklungen aller drei Phasen nicht magnetisch miteinander verbunden: Jede Phase hat ihren eigenen Magnetkreis. Der gleiche Drehstrom kann jedoch mit einem Drehstromtransformator transformiert werden, bei dem die Wicklungen aller drei Phasen magnetisch miteinander verbunden sind, da sie einen gemeinsamen Magnetkreis haben.

Um das Funktionsprinzip und das Gerät eines Dreiphasentransformators zu verdeutlichen, stellen Sie sich drei vor Einphasentransformator, so aneinander befestigt, dass ihre drei Stäbe einen gemeinsamen Mittelstab bilden (Abb. 1). Auf den anderen drei Stäben sind jeweils Primär- und Sekundärwicklungen übereinander angeordnet (in Abb. 1 sind die Sekundärwicklungen nicht dargestellt).

Gehen Sie davon aus, dass die Primärwicklungen auf allen Schenkeln des Transformators genau gleich sind und in die gleiche Richtung gewickelt sind (in Abb. 1 sind die Primärwicklungen von oben gesehen im Uhrzeigersinn gewickelt).Wir verbinden alle oberen Enden der Spulen mit dem Neutralleiter O und bringen die unteren Enden der Spulen an die drei Anschlüsse des Drehstromnetzes.

Bild 1.

Die Ströme in den Transformatorwicklungen erzeugen zeitlich veränderliche Magnetflüsse, von denen jeder seinen eigenen Magnetkreis schließt. Im zentralen Verbundstab addieren sich die magnetischen Flüsse insgesamt zu Null, da diese Flüsse durch symmetrische Dreiphasenströme erzeugt werden, von denen wir wissen, dass die Summe ihrer Momentanwerte jederzeit Null ist.

Wenn beispielsweise der Strom in der Spule AX I am größten war und in der in Abb. 1 angegebenen Reihenfolge stattfand. 1 Richtung, dann wäre der magnetische Fluss gleich seinem größten Wert Ф und würde von oben nach unten in den zentralen Verbundstab geleitet. In den anderen beiden Spulen BY und CZ sind die Ströme I2 und Az3 zum gleichen Zeitpunkt gleich der Hälfte des höchsten Stroms und haben die entgegengesetzte Richtung in Bezug auf den Strom in der Spule AX (dies ist die Eigenschaft von drei- Phasenströme). Aus diesem Grund sind die magnetischen Flüsse in den Stäben der BY- und CZ-Spulen gleich der Hälfte des maximalen Flusses und haben im zentralen Verbundstab die entgegengesetzte Richtung in Bezug auf den Fluss der AX-Spule. Die Summe der Ströme ist im fraglichen Moment Null. Das Gleiche gilt für jeden anderen Moment.

Kein Durchfluss im mittleren Balken bedeutet nicht, dass auch in den anderen Balken kein Durchfluss vorhanden ist. Wenn wir den zentralen Stab zerstören und das obere und untere Joch zu gemeinsamen Jochen verbinden (siehe Abb. 2), dann findet der Fluss der Spule AX seinen Weg durch die Kerne der Spulen BY und CZ und die magnetomotorischen Kräfte dieser Spulen addieren sich mit der magnetomotorischen Kraft der Spule AX. In diesem Fall würden wir einen dreiphasigen Transformator mit einem gemeinsamen Magnetkreis für alle drei Phasen erhalten.

Figur 2.

Da die Ströme in den Spulen um 1/3 der Periode phasenverschoben sind, sind auch die von ihnen erzeugten magnetischen Flüsse um 1/3 der Periode zeitverschoben, d. h. die größten Werte der magnetischen Flüsse in den Stäben und Spulen folgen nach 1/3 der Periode aufeinander...

Die Folge der Phasenverschiebung der magnetischen Flüsse in den Kernen um 1/3 der Periode ist die gleiche Phasenverschiebung und die auf die Stäbe ausgeübten elektromotorischen Kräfte, die sowohl in der Primär- als auch in der Sekundärwicklung induziert werden. Die elektromotorischen Kräfte der Primärwicklungen gleichen die angelegte Drehspannung nahezu aus. Die elektromotorischen Kräfte der Sekundärwicklungen ergeben bei korrekter Verbindung der Spulenenden eine dreiphasige Sekundärspannung, die in den Sekundärkreis eingespeist wird.

Was den Aufbau des Magnetkreises angeht, werden Dreiphasentransformatoren ebenso wie Einphasentransformatoren in Stabfiguren unterteilt. 2. und gepanzert.

Dreiphasen-Stabtransformatoren werden eingeteilt in:

a) Transformatoren mit symmetrischem Magnetkreis und

b) Transformatoren mit asymmetrischem Magnetkreis.

In Abb. In Abb. 3 zeigt schematisch einen Schiebetransformator mit symmetrischem Magnetkreis und in Abb. 4 zeigt einen Stabtransformator mit unsymmetrischem Magnetkreis. Zu erkennen an den drei Eisenstangen 1, 2 und 3, die oben und unten durch eiserne Jochplatten eingespannt sind. Auf jedem Zweig befinden sich Primärspulen I und Sekundärspulen II einer Phase des Transformators.

Figur 3.

Beim ersten Transformator befinden sich die Stäbe an den Eckpunkten eines gleichseitigen Dreiecks; Beim zweiten Transformator liegen die Stäbe in derselben Ebene.

Die Anordnung der Stäbe an den Eckpunkten eines gleichseitigen Dreiecks ergibt gleiche magnetische Widerstände für die magnetischen Flüsse aller drei Phasen, da die Wege dieser Flüsse gleich sind. Tatsächlich durchlaufen die magnetischen Flüsse der drei Phasen getrennt einen vertikalen Stab vollständig und die anderen beiden Stäbe zur Hälfte.

In Abb. In 3 zeigt die gestrichelte Linie die Art und Weise, wie der magnetische Fluss der Stabphase 2 geschlossen wird. Es ist leicht zu erkennen, dass für die Flüsse der Phasen der Stäbe 1 und 3 die Art und Weise, wie ihre magnetischen Flüsse geschlossen werden, genau die gleichen sind. Dies bedeutet, dass der betrachtete Transformator die gleichen magnetischen Widerstände für die Flüsse aufweist.

Die Anordnung der Stäbe in einer Ebene führt dazu, dass der magnetische Widerstand für den Fluss der mittleren Phase (in Abb. 4 für die Phase des Stabes 2) geringer ist als für die Flüsse der Endphasen (in Abb. 4 – für die Phasen der Stäbe 1 und 3).

Figur 4.

Tatsächlich bewegen sich die magnetischen Flüsse der Endphasen auf etwas längeren Wegen als der Fluss der mittleren Phase. Darüber hinaus verläuft der Fluss der Endphasen, die ihre Stäbe verlassen, vollständig in einer Hälfte des Jochs und nur zur Hälfte in der anderen Hälfte (nach der Verzweigung im Mittelstab). Die Mittelphasenströmung teilt sich am Ausgang des vertikalen Stabs sofort in zwei Hälften auf, sodass nur die Hälfte der Mittelphasenströmung in die beiden Teile des Jochs gelangt.

Somit sättigen die Flüsse der Endphasen das Joch stärker als der Fluss der Mittelphase, und daher ist der magnetische Widerstand für die Flüsse der Endphasen größer als für den Fluss der Mittelphase.

Die Ungleichheit der magnetischen Widerstände für die Flüsse verschiedener Phasen eines Drehstromtransformators hat zur Folge, dass die Leerlaufströme in den einzelnen Phasen bei gleicher Phasenspannung ungleich sind.

Bei geringer Jocheisensättigung und guter Stabeisenanordnung ist diese Stromungleichheit jedoch vernachlässigbar. Denn Da der Aufbau von Transformatoren mit asymmetrischem Magnetkreis wesentlich einfacher ist als der eines Transformators mit symmetrischem Magnetkreis, wurden meist die ersten Transformatoren verwendet. Transformatoren mit symmetrischem Magnetkreis sind selten.

Betrachtet man Abb. Wenn man die 3 und 4 betrachtet und davon ausgeht, dass Ströme durch alle drei Phasen fließen, ist leicht zu erkennen, dass alle Phasen magnetisch miteinander gekoppelt sind. Dies bedeutet, dass sich die magnetomotorischen Kräfte der einzelnen Phasen gegenseitig beeinflussen, was bei der Transformation des Drehstroms durch drei Einphasentransformatoren nicht der Fall ist.

Die zweite Gruppe von Drehstromtransformatoren sind Panzertransformatoren. Ein gepanzerter Transformator kann so betrachtet werden, als ob er aus drei einphasigen gepanzerten Transformatoren besteht, die durch ein Joch miteinander verbunden sind.

In Abb. In Abb. 5 stellt schematisch einen gepanzerten Dreiphasentransformator mit vertikal angeordnetem Innenkern dar. Aus der Abbildung ist leicht zu erkennen, dass er durch die Ebenen AB und CD in drei einphasige Panzertransformatoren unterteilt werden kann, deren magnetische Flüsse sein können jeweils in einem eigenen Magnetkreis geschlossen. Die magnetischen Flusspfade in Abb. 5 sind durch gestrichelte Linien angedeutet.

Abbildung 5.

Wie aus der Abbildung ersichtlich ist, fließt in den mittleren vertikalen Stäben a, auf denen die Primär-I- und Sekundär-II-Wicklungen derselben Phase überlagert sind, der volle Fluss, während in den Jochen b-b und den Seitenwänden die Hälfte des Flusses fließt . Bei gleicher Induktion sollten die Querschnitte des Jochs und der Seitenwände halb so groß sein wie der Querschnitt des Mittelstabs a.

Was den magnetischen Fluss in den Zwischenteilen c — c betrifft, so hängt sein Wert, wie wir weiter unten sehen werden, von der Art der Einbeziehung der mittleren Phase ab.

Der Hauptvorteil von Ankertransformatoren gegenüber Stabtransformatoren sind die kurzen Schließwege des magnetischen Flusses und damit die geringen Leerlaufströme.

Zu den Nachteilen gepanzerter Transformatoren zählen erstens die geringe Verfügbarkeit der Wicklungen für Reparaturen aufgrund der Tatsache, dass sie von Eisen umgeben sind, und zweitens die schlechtesten Bedingungen für die Kühlung der Wicklung – aus demselben Grund.

Bei Stabtransformatoren sind die Wicklungen nahezu vollständig offen und somit für Inspektion und Reparatur sowie für das Kühlmedium besser zugänglich.

Dreiphasiger ölgefüllter Transformator mit röhrenförmigem Tank: 1 – Riemenscheiben, 2 – Ölablassventil, 3 – Isolierzylinder, 4 – Hochspannungswicklung, 5 – Niederspannungswicklung, 6 – Kern, 7 – Thermometer, 8 – Anschlüsse für Niederspannung, 9 – Hochspannungsklemmen, 10 – Ölbehälter, 11 – Gasrelais, 12 – Ölstandsanzeige, 13 – Heizkörper.

Weitere Details zum Gerät von Dreiphasentransformatoren: Leistungstransformatoren – Gerät und Funktionsprinzip