Условия работы и параметры

Имея несколько обмоток многообмоточный трансформатор имеет и несколько коэффициентов трансформации. В частности, для трехобмоточных трансформаторов, которым будет посвящено дальнейшее изложение, имеем:

– для обмоток ВН и СН

– для обмоток ВН и НН

– для обмоток СН и НН

Учтем при этом, что

.

Коэффициенты трансформации можно определить из опыта холостого хода, причем достаточно одного опыта Х.Х. из которого можно определить также Р₀; I₀; Z₀. Поскольку обмоток в трансформаторе не две, а три и больше, то и явления, обусловленные взаимодействием потоков в магнитопроводе и на путях рассеяния значительно сложнее, чем в двухобмоточных. В частности, надо различать:

– основной магнитный поток, сцепленный со всеми обмотками и замыкающийся по всему магнитопроводу.

– Потоки рассеяния, замыкающиеся только вокруг какой-либо одной обмотки.

– Потоки рассеяния, замыкающиеся вокруг каких-либо двух обмоток.

Будем считать, что все переменные величины изменяются синусоидально, а m = const.

Тогда, полагая, что основной магнитный поток, как и при Х.Х. так и при нагрузке одинаков, можно записать уравнением МДС

Если учесть, что ток Х.Х. очень мал (2,5 ¸ 3,5% от I_1Н), то значением I₀ можно пренебречь и тогда получим:

или ,

откуда: .

Здесь токи и – это токи обмоток СН и НН, приведенные к обмотке ВН, если она является первичной обмоткой.

Эти равенства показывают, что ток первичной обмотки можно разложить на составляющие по числу вторичных обмоток, причем первичный ток равен геометрической, а не арифметической сумме вторичных токов, приведенных к первичному. Следовательно, первичную обмотку можно спроектировать на мощность, меньшую арифметической суммы мощностей вторичных обмоток, что является достоинством трехобмоточных трансформаторов.

Еще одно достоинство их состоит в том, что трехобмоточный трансформатор фактически заменяет два двухобмоточных. Это дает большой выигрыш в массе, габаритах, стоимости оборудования и в потерях энергии.

Естественно, что разложение первичного тока на составляющие позволяет видоизменить как схему замещения, так и векторную диаграмму трехобмоточного трансформатора по сравнению с двухобмоточным.

В этой схеме положено, что .

Из схемы замещения видно, что изменение нагрузки в цепи одной вторичной обмотки влияет на напряжение другой вторичной обмотки за счет изменения падения напряжения в первичной обмотке при изменении тока в ней

.

Схеме замещения соответствует параметры трехобмоточного трансформатора

; ; .

Это полные сопротивления обмоток, причем для вторичных обмоток они приведены к первичной. Для определения параметров опытным путем необходимо произвести три опыта короткого замыкания по схеме.

Схема опыта	Схема замещения	Параметры

По результатам опытов К.З. определяют:

;

;

.

Полное сопротивление является приведенным сопротивлением. В опыте К.З. оно определяется по реальным величинам напряжения U_3К и тока I_3К по формуле , а затем приводится к первичной обмотке по формуле:

.

Если питание в опыте К.З. подается со стороны обмотки «2», то используются величины U_2K; U_2K; K₁₂ и определяется значение .

Решив полученные выше равенства совместно, можно определить:

; ;

; ;

; .

Активные сопротивления R_K12; R_K13; R^/_K23; R₁; R^/₂; R^/₃ определяются потерями в меди, т.е. потерями короткого замыкания и практически не зависят от взаимного расположения обмоток.

Индуктивные сопротивления Х₁; Х^/₂; Х^/₃ следует рассматривать как некоторые эквивалентные сопротивления, которые достаточно правильно отображают связи между токами и напряжениями реального трансформатора. Соответственно и схема замещения трансформатора будет правильно отображать электромагнитные процессы в нем.

Следует отметить, что индуктивные сопротивления, а значит и напряжения короткого замыкания зависят от расстояний между обмотками. Наибольшее напряжение короткого замыкания U_К будет для обмоток наиболее отдаленных друг от друга, так как в этом случае наиболее велики расстояния для потоков рассеяния.

Величины напряжений короткого замыкания определяют по формулам:

; ;

Стандартные значения напряжений короткого замыкания даны в таблице:

Приведенной выше схеме замещения трехобмоточного трансформатора отвечают уравнения:

;

и векторная диаграмма, показанная на рисунке 3.

Диаграмма, построена применительно к известным значениям токов и их сдвига по фазе относительно напряжений и , которые заданы.

Практика показывает, что сопротивления и напряжения короткого замыкания в трехобмоточных трансформаторах относительно больше, чем в двухобмоточных.

Таким образом, особенностями трехобмоточного трансформатора по сравнению с двухобмоточными являются:

– он заменяет собой два двухобмоточных, легче их обоих, дешевле, занимает меньше места;

– он имеет большие напряжения короткого замыкания между обмотками;

– первичную обмотку можно рассчитать на ток, меньший, чем арифметическая сумма двух вторичных токов;

– трехохбмоточный трансформатор допускает прямую трансформацию энергии между двумя вторичными обмотками.