Transformatoare trifazate - particularitati

Transformatoare trifazate - particularitati

In retelele de transport si distributie a energiei electrice se folosesc transformatoare trifazate care au trei infasurari primare si trei infasurari secundare distincte. Aceste transformatoare au particularitati constructive si particularitati functionale in raport cu transformatorul monofazat.

Particularitati constructive

a. Constructia circuitului magnetic.

Cel mai simplu mod de obtinere a unui transformator trifazat este folosirea a trei transformatoare monofazate identice la care infasurarile sunt conectate intre ele.Constructia are sase coloane si sase juguri si formeaza un transformator trifazat cu flux liber.

Notatia bornelor infasurarilor este: (A-X, B-Y, C-Z) pentru infasurarea de inalta tensiune, respectiv (a-x, b-y, c-z) pentru infasurarea de joasa tensiune.

In ipoteza ca transformatorul este alimentat pe partea de inalta tensiune si curentii sunt sinusoidali, datorita constructiei simetrice rezulta egalitatea valorilor efective ale acestora,

respectiv egalitatea valorilor maxime     ale fluxurilor magnetice fasciculare de pe fiecare faza:

sau

Proprietatea fluxurilor magnetice fasciculare sugereaza posibilitatea unei constructii simetrice mai economice . Aceasta constructie are trei coloane si sase juguri si formeaza un transformator simetric cu flux fortat.

Pentru claritatea desenului in figura 3.20b s-au reprezentat numai infasurarile de inalta tensiune; infasurarile de joasa tensiune se dispun pe aceeasi coloana cu infasurarile de inalta tensiune, iar constructia este simetrica, circuitele magnetice ale celor trei faze fiind identice si asezate in plane care fac unghiuri de 120⁰ intre ele.

Daca se desfiinteaza doua juguri se obtine un transformator asimetric cu flux fortat, ale carui coloane sunt in acelasi plan, - vezi figura 3.20c. Aceasta constructie are trei coloane si numai patru juguri. Se observa ca circuitele magnetice ale fazelor laterale (A si C) sunt egale si sunt mai lungi decat circuitul magnetic al fazei centrale (faza B). Din acest motiv valorile efective ale curentilor celor trei faze, la functionarea in gol, au proprietatea:

Pentru transformatoarele de mare putere se utilizeaza o constructie cu trei coloane si sase juguri asezate in acelasi plan; constructia este numita impropriu "transformator cu cinci coloane" - vezi figura 3.20d. Aceasta constructie formeaza tot un transformator cu flux fortat, care isi echilibreaza practic curentii celor trei faze. Constructia este mai scumpa, dar acest tip de transformator are, in exploatare, proprietati asemanatoare cu cele ale transformatorului cu flux liber

b. Conectarea infasurarilor.

Indiferent de schema de conexiuni folosita:

v      expresia puterii nominale a transformatorului este:

unde tensiunea nominala U_n si curentul nominal I_n sunt valori de linie.

v      raportul de transformare se defineste ca raportul tensiunilor de linie:

unde cu U_li si U_lj s-au notat tensiunile de linie ale infasurarii de inalta tensiune respectiv ale infasurarii de joasa tensiune.

In conformitate cu schema de conexiuni folosita se pot definii tensiunile si curentii nominali de faza.

B1 Conexiunea trunghi - D, d

B2 Conexiunea stea - Y,y, Y₀, y₀

Scheme de conexiuni:

a)          conexiunea stea;

b)          conexiunea stea cu nulul scos la borne;

c)          conexiunea triunghi.

B3. Conexiunea zig-zag - z₀ este tot o conexiune stea.

Conexiunea zigzag

a)schema legaturilor

b)compararea tensiunii de faza U_fa

cu tensiunea U_f daca s-ar fi utilizat conexiunea stea

Observatie:

Spre deosebire de transformatoarele monofazate, la transformatoarele trifazate, raportul numarului de spire k_w poate sa difere de raportul de transformare k_u.

Pentru un transformator trifazat la care infasurarea de faza de inalta tensiune are w₁ spire, iar infasurarea de faza de joasa tensiune are w₂ spire, in raport de conexiunile adoptate, se pot obtine valori diferite pentru raportul de transformare:

conexiunea Yy

conexiunea Dy

conexiunea Yd

conexiunea Dd

unde s-a considerat ca tensiunile de faza sunt egale cu tensiunile electromotoare si sunt proportionale cu numarul de spire.

c. Grupe de conexiuni

Spre deosebire de transformatoarele monofazate care pot fi incadrate in numai doua grupe de conexiuni 6 si 12, transformatoarele trifazate pot fi incadrate in toate cele 12 grupe posibile.     Spre exemplificare vom considera cazul a doua transformatoare avand conexiuni diferite. Analiza se face in ipoteza ca bobinele infasurarilor de inalta si joasa tensiune au acelasi sens de bobinaj si ca fieacare faza functioneaza independent de celelalte faze; astfel se pot stabili diagramele de fazori ale tensiunilor in ipoteza ca transformatoarele sunt alimentate pe aprtea de inalta tensine.

Considerand sistemul tensiunilor de linie si faza pentru infasurarea de inalta tensiune impus de reteaua de alimentare, se poate deduce sistemul tensiunilor de faza, respectiv de linie pentru infasurarea de joasa tensiune. In figurile urmatoare sunt prezentate schemele electrice ale infasurarilor, iar sagetile indica sensul de bobinaj.

Grupa 11 obtinuta in cazul unei conexiuni Yd

Schimbarea modului de efectuare a legaturilor in triunghi sau shimbarea notarii bornelor conduce la schimbarea grupei de conexiune.