Для трансформации трехфазного напряжения могут быть применены три отдельных однофазных трансформатора, обмотки которых соединяются в звезду (см. рис.) или в треугольник.
Но может быть применен и один трехфазный трансформатор, имеющий три стержня, на каждом из которых насажены обмотки низкого и высокого напряжений соответственно первой, второй и третьей фаз.
Такой трехфазный трансформатор схематически показан на рисунке.
Принцип работы и электромагнитные процессы в трехфазном трансформаторе аналогичны рассмотренным ранее. Особенностью трехфазного трансформатора является зависимость коэффициента трансформации линейных напряжений от способа соединения обмоток.
Применяются главным образом три способа соединения обмоток трехфазного трансформатора: 1) соединение первичных и вторичных обмоток звездой; 2) соединение первичных обмоток звездой, вторичных – треугольником; 3) соединение первичных обмоток треугольником, вторичных – звездой.
Подобно токам при соединении первичной и вторичной обмоток в звезду магнитный поток в трансформаторе, идущий по одному стержню, замыкается через два других, сцепляясь при этом с двумя другими обмотками.
В трехфазной линии для каждого момента времени сумма двух токов равна третьему току с обратным знаком (поэтому сумма всех трех токов всегда равна нулю). Точно так же сумма магнитных потоков, идущих через два стержня, всегда равна магнитному потоку третьего стержня с обратным знаком. Это дает возможность магнитным потокам каждого из стержней замыкаться через два других стержня.
Число концов обмоток трехфазного трансформатора равно 12. Однако в трансформаторах, изготовляемых на заводах, наружу выводятся три конца обмотки высокого напряжения и три или четыре конца обмотки низкого напряжения (четвертый конец – нейтральная точка звезды).
Выводы высокого напряжения обозначаются прописными (большими) буквами А, В, С. Выводы низкого напряжения – теми же буквами, но строчными (маленькими), т. е. а, b, c. Нейтральная (нулевая) точка обозначается буквой О. Одинаковые буквы соответствуют одинаковым фазам, т. е. обмоткам, намотанным на один и тот же стержень.
Автотрансформаторы
Иногда вторичной обмоткой трансформатора служит часть первичной обмотки или, наоборот, часть вторичной обмотки – первичной. В этом случае трансформатор называют автотрансформатором (см. рис.). Энергия при этом из первичной цепи во вторичную передается как с помощью магнитного потока, замыкающегося по магнитопроводу, так и непосредственно по проводам.
Электрическое соединение первичной и вторичной цепей повышает опасность при эксплуатации аппарата, так как при пробое изоляции в понижающем автотрансформаторе оператор может оказаться под высоким напряжением первичной цепи.
Один из контактов автотрансформатора часто делают передвижным. Поэтому автотрансформаторы применяют для пуска мощных двигателей переменного тока, регулирования напряжения в осветительных сетях, а также в других случаях, когда необходимо плавно изменять напряжение в небольших пределах.
Преимуществом автотрансформатора перед трансформатором той же полезной мощности является меньший расход активных материалов – обмоточного провода и стали, меньшие потери энергии, более высокий КПД, меньшее изменение напряжения при изменении нагрузки.
Наряду с преимуществами автотрансформаторов перед трансформаторами они имеют существенные недостатки: малое сопротивление короткого замыкания, что обусловливает большую кратность тока короткого замыкания; возможность попадания высшего напряжения в сеть низшего напряжения из-за электрической связи между этими сетями. Наличие электрической связи между сетью источника и приемника энергии делает невозможным применять автотрансформатор в том случае, когда приемник энергии имеет заземленный полюс (в выпрямительных устройствах).
Вопросы для самоконтроля:
1. Объясните принцип работы трансформатора.
2. Опишите устройство трансформатора.
3. Для чего нужны трансформаторы?
4. Какую форму имеют магнитопроводы однофазных трансформаторов?
5. Какие параметры трансформатора называются первичными и какие – вторичными?
6. Что называется коэффициентом трансформации трансформатора и как его определить?
7. Из каких составляющих складывается мощность потерь в трансформаторе?
8. При какой нагрузке трансформатор имеет наибольший КПД?
9. Как соединяются обмотки трехфазных трансформаторов?
10. Как устроены, работают и для чего служат автотрансформаторы?
11. Каковы достоинства и недостатки автотрансформатора по сравнению с трансформаторами?