Схема и группа соединения обмоток трансформатора

Схемы соединений обмоток трансформатора

Трансформатор – это электротехническое устройство, нашедшее широкое применение в инженерной практике. Его функционирование основано на эффекте электромагнитной индукции, с помощью которой при пропускании переменного тока по первичной обмотке наводится ЭДС в витках вторичной обмотки.

Понятие «схемы соединений обмоток трансформатора» чаще всего употребляется к трёхфазным трансформаторам. У трёхфазного трансформатора имеются три обмотки высшего напряжения (далее ВН) и три низшего (далее НН). Латинскими буквами A, B и C обозначают начальные, X, Y и Z конечные выводы фаз обмоток ВН, соответственно a, b, c и x, y, z — обмотки НН.

Соединения этих обмоток могут быть выполнены тремя различными конфигурациями:

• звездой (далее Υ);
• треугольником (далее Δ);
• зигзагом (далее Ζ).

Первые две конфигурации, Υ и Δ, применяются наиболее часто.

На Рис.1 приведены все три схемы обмоток трансформаторов.

Коэффициент трансформатора

Коэффициент трансформатора, иначе «коэффициент трансформации» (встречающееся в литературе разночтение этого термина не меняет его физического смысла), подразделяется на фазный и линейный.

Для трёхфазного трансформатора фазный коэффициент трансформации определяется как отношение фазных напряжений при холостом ходе:

Где U фвнх – фазовое ВН, а U фннх – фазовое НН.

Линейный же коэффициент трансформации зависит, в свою очередь, от фазного и вида соединений фазных обмоток. Формула линейного коэффициента выглядит следующим образом:

Где U_лвнх – линейное ВН, а U_лннх – линейное НН.

В случае, когда конфигурация фазных обмоток Υ-Υ или Δ-Δ, то N_ф = N_л .

В случае, когда конфигурация фазных обмоток Υ-Δ, то N_л = Nф√3.

В случае, когда конфигурация фазных обмоток Δ-Υ, то N_л = Nф/√3.

Соединение обмоток трансформатора

Выше уже было сказано о соединении обмоток трансформатора (см. Рис.1), или иначе о схемах соединения трансформаторов (здесь также разночтение термина встречается, но смысл его один).

В однофазных трансформаторах могут быть реализованы две группы соединений с углами сдвига фаз ноль и сто восемьдесят градусов. В трёхфазных трансформаторах могут быть реализованы уже 12 групп соединений обмоток. Символически разновидности соединений изображают по аналогии с циферблатом часов, как это приведено на Рис.2

Напряжение первичной обмотки U1 символизируется минутной стрелкой, постоянно показывающей на 12 часов. Часовая стрелка символизирует угол сдвига между U1 и напряжением вторичной обмотки U2. На Рис.2 положение часовой стрелки соответствует 6-й группе.

Приведём иллюстративные примеры. При соединении обмоток трансформатора конфигурацией Υ-Υ, как это приведено на Рис.3, мы получим группу 0.

При соединении обмоток трансформатора конфигурацией Υ-Δ, как это приведено на Рис.4, мы получим группу 11.

В отечественном стандарте закреплены две группы конфигураций, которые чаще всего применяются на практике:

Υ-Υ — ноль (оно же 12);

Наиболее часто применяемые в инженерной практике конфигурации подключения обмоток трансформаторов приведены на Рис.5.

Схемы групп соединения обмоток трансформаторов с векторными диаграммами

Мы уже рассмотрели соединение силовых трансформаторов в треугольник, звезду и зигзаг. Теперь остановимся более подробно на группах соединения трансформаторов. Обмотки низкого, среднего и высокого напряжения трансформаторов могут соединяться по-разному – в треугольник, звезду, реже зигзаг, образуя схему соединения обмоток трансформатора.

Группы соединения обмоток трансформатора

Схема соединения – это сочетание схем соединения обмоток высшего и низшего напряжения для двухобмоточного трансформатора или обмоток высшего, среднего и низшего для трехобмоточного трансформатора. Однако, несмотря на различное соединение обмоток, схемы могут давать одинаковый сдвиг между одноименными векторами напряжения. Несколько схем, дающих одинаковый по величине угол сдвига фаз, образуют группу соединения.

Основных групп может быть 12. Для удобства представляют циферблат стрелочных часов. Каждой группе соответствует угол кратный 30 градусам от 0 до 360 градусов. Они отмечаются на циферблате часов, через один час, каждому часу соответствует сдвиг в 30 градусов. 360 градусов – 12 часов.

Групп 12 и имеется следующая закономерность – четные группы (2,4,6,8,10,12) образуются, если с высокой и низкой стороны одинаковое соединение (треугольник-треугольник, звезда-звезда). Нечетные группы (1,3,5,7,9,11) образуются, если с высокой и низкой сторон различное соединение (треугольник-звезда).

В ГОСТ 30830-2002 пишется, что вектор фазы А ВН откладывается параллельно и сонаправленно стрелке на 12 часов. Порядок фаз идет А-В-С, движение векторов на циферблате осуществляется против часовой стрелки.

Чтобы построить треугольник, сначала надо построить звезду, а потом вписать ее в треугольник.

Вот, например, двухобмоточный трехфазный трансформатор со схемой Y/Д-11, для примера. Где Y-значит звезда с высокой стороны, Д-треугольник с низкой стороны, между ними угол 360 градусов.

Если трансформатор трехобмоточный, то может быть (возьмем ради примера) Y0/Y/Д-12-5. Все как и в прошлом примере, только добавилась обмотка среднего напряжения. В этом примере обмотка ВН – звезда с нулем, СН – звезда, НН – треугольник. Сдвиг между обмотками ВН и СН – 12 часов, между ВН и НН – 11 часов (или 0 часов). Между СН и НН – 11 часов, про это писалось выше.

Существуют определенные действия с выводами обмоток, выполнив которые, можно добиться определенного результата группами трансформаторов.

• если по-порядку циклически перемаркировать фазы А-В-С(а-b-c) на В-С-А(b-c-a), то группа изменится на 4 (как в большую, так и в меньшую сторону)
• двойная перемаркировка двух фаз, на стороне ВН и НН, изменяют нечетную группу на плюс минус 2
• если поменять местами две фазы на одной из сторон (ВН или НН), то трансформатор потеряет группу и его запрещено будет включать на параллельную работу с другим трансформатором

Схемы соединения обмоток трехфазных трансформаторов

Существует огромное множество схем соединения обмоток, некоторые из них образуют группы соединения трансформаторов. Рассмотрим некоторые из них, а именно схемы со звездой и треугольником с группами от 1 до 12.

Также схематично представим обозначения вводов на крышке трансформатора и векторные диаграммы.

12 группа (схемы Y/Y-12, Д/Д-12)

Рисунок 1 – схема соединения обмоток, векторная диаграмма и расположение выводов на крышке трансформатора для схем группы 12

11 группа (схемы Y/Д-11, Д/Y-11)

Рисунок 2 – схема соединения обмоток, векторная диаграмма и расположение выводов на крышке трансформатора для схем группы 11

10 группа (схемы Д/Д-10, Y/Y-10)

Рисунок 3 – схема соединения обмоток, векторная диаграмма и расположение выводов на крышке трансформатора для схем группы 10

9 группа (схемы Y/Д-9, Д/Y-9)

Рисунок 4 – схема соединения обмоток, векторная диаграмма и расположение выводов на крышке трансформатора для схем группы 9

8 группа (схемы Y/Y-8, Д/Д-8)

Рисунок 5 – схема соединения обмоток, векторная диаграмма и расположение выводов на крышке трансформатора для схем группы 8

7 группа (схемы Y/Д-7, Д/Y-7)

Рисунок 6 – схема соединения обмоток, векторная диаграмма и расположение выводов на крышке трансформатора для схем группы 7

6 группа (схемы Y/Y-6, Д/Д-6)

Рисунок 7 – схема соединения обмоток, векторная диаграмма и расположение выводов на крышке трансформатора для схем группы 6

5 группа (схемы Y/Д-5, Д/Y-5)

Рисунок 8 – схема соединения обмоток, векторная диаграмма и расположение выводов на крышке трансформатора для схем группы 5

4 группа (схемы Y/Y-4, Д/Д-4)

Рисунок 9 – схема соединения обмоток, векторная диаграмма и расположение выводов на крышке трансформатора для схем группы 4

3 группа (схемы Y/Д-3, Д/Y-3)

Рисунок 10 – схема соединения обмоток, векторная диаграмма и расположение выводов на крышке трансформатора для схем группы 3

2 группа (схемы Y/Y-2, Д/Д-2)

Рисунок 11 – схема соединения обмоток, векторная диаграмма и расположение выводов на крышке трансформатора для схем группы 2

1 группа (схемы Y/Д-1, Д/Y-1)

Рисунок 12 – схема соединения обмоток, векторная диаграмма и расположение выводов на крышке трансформатора для схем группы 1

Укажем некоторые особенности отдельных схем:

Схема Y0/Y-12 получается из схемы Y/Y-12 соединением нулевого ввода трансформатора с нейтралью звезды;

Схема Д/Д-12 – обе обмотки выполнены левыми, если же одну из обмоток выполнить правой, то выйдет схема Д/Д-6.

Схема Д/Д-10 – обе обмотки левые, если одну из обмоток выполнить правой, то получится схема Д/Д-4;

Схему Д/Д-8 можно получить, если в схеме Д/Д-2 одну из обмоток выполнить правой.

Схему Y/Д-5 можно получить, если в схеме Y/Д-11 одну из обмоток выполнить правой, а вторую левой.

Далеко не все из представленных схем широко распространены, однако, их знание не будет лишним.

Схемы и группы соединений обмоток трансформаторов

Трехфазное преобразование напряжения можно выполнить двумя способами: с помощью одного трехфазного трансформатора или с помощью группы из трех однофазных трансформаторов.

Первичная обмотка трехфазного трансформатора представляет собой систему из трех обмоток, запитанных от проводов, отдельно подающих напряжение на каждую из трех фаз НН, а вторичная обмотка представляет собой систему из трех обмоток, соединенных отдельными проводниками, отводящими напряжение от каждой из трех фаз НН.

Первичные и вторичные обмотки трехфазных трансформаторов при его подключении могут быть соединены по различным схемам : звездой, треугольником или зигзагом. Тип подключения обычно указан на заводской табличке трансформатора.

Принципиальная схема трехфазного трансформатора

Схемы соединений обмоток трехфазных трансформаторов

Трехфазный трансформатор имеет две трехфазные обмотки — высшего (ВН) и низшего (НН) напряжения, в каждую из которых входят по три фазные обмотки, или фазы.

Таким образом, трехфазный трансформатор имеет шесть независимых фазных обмоток и 12 выводов с соответствующими зажимами, причем начальные выводы фаз обмотки высшего напряжения обозначают буквами A , B , С, конечные выводы — X , Y , Z , а для аналогичных выводов фаз обмотки низшего напряжения применяют такие обозначения: a, b, c, x, y, z.

Каждая из обмоток трехфазного трансформатора — первичная и вторичная — может быть соединена тремя различными способами, а именно:

• звездой;
• треугольником;
• зигзагом.

В большинстве случаев обмотки трехфазных трансформаторов соединяют либо в звезду, либо в треугольник (рис. 1).

Выбор схемы соединений зависит от условий работы трансформатора. Например, в сетях с напряжением 35 кВ и более выгодно соединять обмотки в звезду и заземлять нулевую точку, так как при этом напряжение проводов линии передачи будет в V 3 раз меньше линейного, что приводит к снижению стоимости изоляции.

Осветительные сети выгодно строить на высокое напряжение, но лампы накаливания с большим номинальным напряжением имеют малую световую отдачу. Поэтому их целесообразно питать от пониженного напряжения. В этих случаях обмотки трансформатора также выгодно соединять в звезду (Y), включая лампы на фазное напряжение.

С другой стороны, с точки зрения условий работы самого трансформатора, одну из его обмоток целесообразно включать в треугольник.

Фазный коэффициент трансформации трехфазного трансформатора находят, как соотношение фазных напряжений при холостом ходе:

n ф = U фвнх / U фннх,

а линейный коэффициент трансформации, зависящий от фазного коэффициента трансформации и типа соединения фазных обмоток высшего и низшего напряжений трансформатора, по формуле:

n л = U лвнх / U лннх.

Если соединений фазных обмоток выполнено по схемам «звезда-звезда» или «треугольник-треугольник», то оба коэффициента трансформации одинаковы, т.е. n ф = n л.

При соединении фаз обмоток трансформатора по схеме «звезда — треугольник» — n л = n фV 3 , а по схеме «треугольник-звезда» — n л = n ф / V 3

Группы соединений обмоток трансформатора

Группа соединений обмоток трансформатора характеризует взаимную ориентацию напряжений первичной и вторичной обмоток. Изменение взаимной ориентации этих напряжений осуществляется соответствующей перемаркировкой начал и концов обмоток.

Стандартные обозначения начал и концов обмоток высокого и низкого напряжения показаны на рис.1.

Рассмотрим вначале влияние маркировки на фазу вторичного напряжения по отношению к первичному на примере однофазного трансформатора (рис. 2 а).

Обе обмотки расположены на одном стержне и имеют одинаковое направление намотки. Будем считать верхние клеммы началами, а нижние — концами обмоток. Тогда ЭДС Ё1 и E2 будут совпадать по фазе и соответственно будут совпадать напряжение сети U1 и напряжение на нагрузке U2 (рис. 2 б). Если теперь во вторичной обмотке принять обратную маркировку зажимов (рис. 2 в), то по отношению к нагрузке ЭДС Е2 меняет фазу на 180°. Следовательно, и фаза напряжения U2 меняется на 180°.

Таким образом, в однофазных трансформаторах возможны две группы соединений, соответствующих углам сдвига 0 и 180°. На практике для удобства обозначения групп используют циферблат часов. Напряжение первичной обмотки U1 изображают минутной стрелкой, установленной постоянно на цифре 12, а часовая стрелка занимает различные положения в зависимости от угла сдвига между U1 и U2. Сдвиг 0° соответствует группе 0, а сдвиг 180° — группе 6 (рис. 3).

В трехфазных трансформаторах можно получить 12 различных групп соединений обмоток. Рассмотрим несколько примеров.

Пусть обмотки трансформатора соединены по схеме Y/Y (рис. 4). Обмотки, расположенные на одном стержне, будем располагать одну под другой.

Зажимы А и а соединим для совмещения потенциальных диаграмм. Зададим положение векторов напряжений первичной обмотки треугольником АВС. Положение векторов напряжений вторичной обмотки будет зависеть от маркировки зажимов. Для маркировки на рис. 4а, ЭДС соответствующих фаз первичной и вторичной обмоток совпадают, поэтому будут совпадать линейные и фазные напряжения первичной и вторичной обмоток (рис. 4, б). Схема имеет группу Y/Y — О.

Изменим маркировку зажимов вторичной обмотки на противоположную (рис. 5. а). При перемаркировке концов и начал вторичной обмотки фаза ЭДС меняется на 180°. Следовательно, номер группы меняется на 6. Данная схема имеет группу Y/Y — б.

На рис. 6 представлена схема, в которой по сравнению со схемой рис 4 выполнена круговая перемаркировка зажимов вторичной обмотки. При этом фазы соответствующих ЭДС вторичной обмотки сдвигаются на 120° и, следовательно, номер группы меняется на 4.

Схемы соединений Y/Y позволяют получить четные номера групп, при соединении обмоток по схеме «звезда-треугольник» номера групп получаются нечетными. В качестве примера рассмотрим схему, представленную на рис. 7.

В этой схеме фазные ЭДС вторичной обмотки совпадают с линейными, поэтому треугольник аbс поворачивается на 30° против часовой стрелки по отношению к треугольнику АВС. Но так как угол между линейными напряжениями первичной и вторичной обмоток отсчитывается по часовой стрелке, то группа будет иметь номер 11.

Из двенадцати возможных групп соединений обмоток трехфазных трансформаторов стандартизованы две: «звезда-звезда» — 0 и «звезда-треугольник» — 11. Они, как правило, и применяются на практике.

Схемы «звезда-звезда с нулевой точкой» используют в основном для трансформаторов потребителей напряжением 6 — 10/0,4 кВ. Нулевая точка дает возможность получить напряжение 380/220 или 220/127 В, что удобно для одновременного подключения как трехфазных, так и однофазных приемников электроэнергии (электродвигателей и ламп накаливания).

Схемы «звезда-треугольник» применяют для высоковольтных трансформаторов, соединяя обмотку 35 кВ в звезду, а 6 или 10 кВ в треугольник. Схема «звезда с нулевой точкой» используется в высоковольтных системах, работающих с заземленной нейтралью.

Группы соединения обмоток трехфазных трансформаторов:

Группы соединений (величина сдвига фаз определяемая по углу, измеренному по часовой стрелке — от индикации высокого напряжения к индикации фазы низкого напряжения) важна при соединении трансформаторов для параллельной работы, т.е. в условиях, когда первичные обмотки трансформаторов питаются от общих шин, а обмотки вторички также работают на общих шинах.

При параллельной работе трехфазных трансформаторов напряжения между одноименными зажимами вторичной обмотки трансформатора должны быть синфазны друг с другом, поэтому мгновенные значения соответствующих зажимных напряжений должны быть все время равны. В противном случае произойдет короткое замыкание. Подробно об этом смотрите здесь: Параллельная работа трансформаторов

Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Схемы и группы соединений обмоток трансформаторов

Трехфазный трансформатор имеет две трехфазные обмотки — высшего (ВН) и низшего (НН) напряжения, в каждую из которых входят по три фазные обмотки, или фазы. Таким образом, трехфазный трансформатор имеет шесть независимых фазных обмоток и 12 выводов с соответствующими зажимами, причем начальные выводы фаз обмотки высшего напряжения обозначают буквами A, B, С, конечные выводы — X, Y, Z, а для аналогичных выводов фаз обмотки низшего напряжения применяют такие обозначения: a,b,c,x,y,z

В большинстве случаев обмотки трехфазных трансформаторов соединяют либо в звезду -Y, либо в треугольник — Δ (рис. 1).

Выбор схемы соединений зависит от условий работы трансформатора. Например, в сетях с напряжением 35 кВ и более выгодно соединять обмотки в звезду и заземлять нулевую точку, так как при этом напряжение проводов линии передачи будет в √3 раз меньше линейного, что приводит к снижению стоимости изоляции.

Осветительные сети выгодно строить на высокое напряжение, но лампы накаливания с большим номинальным напряжением имеют малую световую отдачу. Поэтому их целесообразно питать от пониженного напряжения. В этих случаях обмотки трансформатора также выгодно соединять в звезду (Y), включая лампы на фазное напряжение.

С другой стороны, с точки зрения условий работы самого трансформатора, одну из его обмоток целесообразно включать в треугольник (Δ ).

Фазный коэффициент трансформации трехфазного трансформатора находят, как соотношение фазных напряжений при холостом ходе:

nф = Uфвнх / Uфннх,

а линейный коэффициент трансформации, зависящий от фазного коэффициента трансформации и типа соединения фазных обмоток высшего и низшего напряжений трансформатора, по формуле:

nл = Uлвнх / Uлннх.

Если соединений фазных обмоток выполнено по схемам «звезда-звезда» (Y/Y) или «треугольник-треугольник» (Δ/Δ), то оба коэффициента трансформации одинаковы, т.е. nф = nл.

При соединении фаз обмоток трансформатора по схеме «звезда — треугольник» (Y/Δ) — nл = nф√3, а по схеме «треугольник-звезда» (Δ / Y) — nл = nф /√3

Группы соединений обмоток трансформатора

Группа соединений обмоток трансформатора характеризует взаимную ориентацию напряжений первичной и вторичной обмоток. Изменение взаимной ориентации этих напряжений осуществляется соответствующей перемаркировкой начал и концов обмоток.

Стандартные обозначения начал и концов обмоток высокого и низкого напряжения показаны на рис.1.

Рассмотрим вначале влияние маркировки на фазу вторичного напряжения по отношению к первичному на примере однофазного трансформатора (рис. 2 а).

Обе обмотки расположены на одном стержне и имеют одинаковое направление намотки. Будем считать верхние клеммы началами, а нижние — концами обмоток. Тогда ЭДС Ё1 и E2 будут совпадать по фазе и соответственно будут совпадать напряжение сети U1 и напряжение на нагрузке U2 (рис. 2 б). Если теперь во вторичной обмотке принять обратную маркировку зажимов (рис. 2 в), то по отношению к нагрузке ЭДС Е2 меняет фазу на 180°. Следовательно, и фаза напряжения U2 меняется на 180°.

Таким образом, в однофазных трансформаторах возможны две группы соединений, соответствующих углам сдвига 0 и 180°. На практике для удобства обозначения групп используют циферблат часов. Напряжение первичной обмотки U1 изображают минутной стрелкой, установленной постоянно на цифре 12, а часовая стрелка занимает различные положения в зависимости от угла сдвига между U1 и U2. Сдвиг 0° соответствует группе 0, а сдвиг 180° — группе 6 (рис. 3).

В трехфазных трансформаторах можно получить 12 различных групп соединений обмоток. Рассмотрим несколько примеров.

Пусть обмотки трансформатора соединены по схеме Y/Y (рис. 4). Обмотки, расположенные на одном стержне, будем располагать одну под другой.

Зажимы А и а соединим для совмещения потенциальных диаграмм. Зададим положение векторов напряжений первичной обмотки треугольником АВС. Положение векторов напряжений вторичной обмотки будет зависеть от маркировки зажимов. Для маркировки на рис. 4а, ЭДС соответствующих фаз первичной и вторичной обмоток совпадают, поэтому будут совпадать линейные и фазные напряжения первичной и вторичной обмоток (рис. 4, б). Схема имеет группу Y/Y — О.

Изменим маркировку зажимов вторичной обмотки на противоположную (рис. 5. а). При перемаркировке концов и начал вторичной обмотки фаза ЭДС меняется на 180°. Следовательно, номер группы меняется на 6. Данная схема имеет группу Y/Y — б.

На рис. 6 представлена схема, в которой по сравнению со схемой рис 4 выполнена круговая перемаркировка зажимов вторичной обмотки (а→b , b→c, с→a). При этом фазы соответствующих ЭДС вторичной обмотки сдвигаются на 120° и, следовательно, номер группы меняется на 4.

Схемы соединений Y/Y позволяют получить четные номера групп, при соединении обмоток по схеме Y/Δ номера групп получаются нечетными. В качестве примера рассмотрим схему, представленную на рис. 7. В этой схеме фазные ЭДС вторичной обмотки совпадают с линейными, поэтому треугольник аbс поворачивается на 30° против часовой стрелки по отношению к треугольнику АВС. Но так как угол между линейными напряжениями первичной и вторичной обмоток отсчитывается по часовой стрелке, то группа будет иметь номер 11.

Из двенадцати возможных групп соединений обмоток трехфазных трансформаторов стандартизованы две: Y/Y — 0 и Y/Δ-11. Они, как правило, и применяются на практике.