холостой работы трансформатора с несимметричною магнитною цепью по способу двух ваттметров.

Добавочный однофазный ток 7з/н, проходя во всех фазах в одном направлении от начальных зажимов к нейтрали или от нейтрали к зажимам, создает во всех стержнях добавочные магнитные потоки, направленные в одну и ту же сторону (рис. 118). В замкнутых железных магнитных цепях они действуют друг против друга. Поэтому добавочные магнитные потоки вынуждены замыкаться через воздух, как это показано на рис. 118 пунктиром. У трансформаторов с масляным баком добавочный магнитный поток может замыкаться и через железные стенки бака, вызывая в них потери от токов Фуко.

Наличие добавочного магнитного потока имеет следствием смещение нулевой точки фазных электродвижущих сил первичных и вторичных обмоток.

Если, например, точка О, на рис. 119 была нейтралью системы при существовании нейтрального проводника (без добавочного по-

Рис. 118.

Рис. 1!9.

тока), то под влиянием добавочного потока нейтраль сместится в точку о^. Вследствие этого магнитные потоки, индуктирующие электродвижущие силы, будут определяться векторами о^а, oJb, OiC При больших магнитных насыщениях железа которые иногда допускаются в современных трансформаторах, смещение нейтрали в рассматриваемом случче доходит до Vion фазного напряжения.

Предположим теперь, что вторичная обмотка соединена треугольником. Эта обмотка представляет собою как бы замкнутый на себя контур, окружающий все стержни сердечника (рис. Il9b),

Добавочный однофазный ток, создаваемый первичной обмоткой, будет в этом случае пронизывать этот контур и индуктировать в нем ток, в значительной степени заглушающий добавочный однофазный поток. Таким образом, вредные последствия добавочного потока в этом случае ослабляются.

То же явление наблюдается и при соединении первичных обмоток треугольником, или еще и в том случае, когда у трансформатора имеется третья обмотка или третичная обмотка (см. ранее), соединенная треугольником.

§ 59. Работа трехфазного трансформатора при коротком

замыкании.

При коротком замыкании трехфазного трансформатора намагничивающие токи всех фаз весьма малы (ибо потоки незначительны), и потому у несимметричного трансформатора они не могут вызывать неравенства в токах всех фаз при коротком замыкании. Следовательно, если подвести к короткозамкнутому трехфазному трансформатору с симметричною или несимметричною магнитною цепью симметричное (небольшое по величине) трехфазное напряжение, то во всех фазах ток будет один и тот же. Приложенное в этом случае к трансформатору напряжение уравновешивает только активные и реактивные падения напряжения первичной и вторичной обмоток. Забираемая же из сети мощность расходуется исключительно на активные потери в обеих обмотках.

§ 60. Эквивалентные соединения обмоток трехфазного

трансформатора.

Соединение обмоток звездою эквивалентно соединению обмоток треугольником, если одно соединение может быть заменено другим соединением без каких-либо изменений в линейных токах первичной и вторичной цепей и вторичного напряжения. Для того чтобы соединение обмоток звездою было эквивалентно соединению обмоток треугольником, необходимо, чтобы между сопротивлениями их короткого замыкания имелось определенное соотношение, которое нетрудно вывести следующим образом.

Пусть - напряжение у первичной обмотки (рис. 120), измеренное между внешними проводами (линейное напряжение при коротком замыкании вторичных обмоток) и /, -ток внешнего провода (линейный ток). В таком случае полное сопротивление короткого замыкания двух. соответствующих фаз трансформатора, первичные и вторичные обмотки которого соединены звездою, будут

г.1 = у^

Предположим теперь, что обмотки трансформатора соединены

треугольником. Тогда ток в каждой фазе будет равен -;=-, где

J0 Трансформаторы -1676,

/iK - попрежнему линейный ток. Полное же сопротивление фазы в этом случае будет

Сравнивая с полученным уже выражением для zx, получаем

Такое же соотношение будет иметь место между активным и реактивным сопротивлениями короткого замыкания звезды и треугольника при условии равенства линейных токов и линейных напряжений, именно

Rka = 3Rki; лгкд =.-ЗлГкх.

при замене соединения обмоток звездою эквивалентным соединением треугольником необходимо повысить сопротивление звезды в три раза и фазный ток в Уз раз.

Рис. 120.

Наборот, при замене соединения треугольником эквивалентным соединением звездою необходимо понизить фазные сопротивления в три раза, а фазный ток повысить в раз.

Далее нетрудно видеть, что при одном и том же линейном напряжении числа витков фаз эквивалентных соединений должны находиться в о-тноше-

нии т. е.

дах: дад = 1 : j/3 УфХ:Уф=1:\/3.

§ 61. Вопросы для самопроверки.

1. Какие трехфазные трансформаторы называются с симметричною и несимметричною магнитною цепью?

2. Как соединяются первичные обмотки у стержневых и броневых трансформаторов?

3. В чем разница между холостой работой трансформатора с симметричною и несимметричною магнитною цепью?

4. Почему возникает в трехфазных трансформаторах добавочный магнитный поток?

ибо

5. Чго называется эквивалентным соединением обмоток звездою или треугольником?

6. Какова связь между сопротивлениями эквивалентных соединений звездою и треугольником?

глава четырнадцатая.

РАБОТА ТРЕХФАЗНОГО ТРАНСФОРМАТОРА ПРИ НАГРУЗКЕ.

§ 62. Работа при нагрузке трехфазного трансформатора с обмотками треугольник - треугольник.

Нагрузка трехфазного трансформатора по отношению к его обмоткам может быть симметричной или несимметричной. При симметричной нагрузке в обмотках всех фаз проходят одинаковые токи, а потому падения напряжения в фазах одной и той же обмотки- первичной или вторичной -равны друг другу. Вследствие этого электродвижущие силы обмоток уменьшаются при нагрузке на одну и ту же величину. И если система была симметрична при холостой работе, то она остается такою же и при нагрузке.

При несимметричной нагрузке, когда токи в фазах обмотки не равны друг другу, падения напряжения в обмотках неодинаковы, и симметрия линейных напряжений холостой работы нарушается: между одними зажимами линейное напряжение понижается, в то же время между другими зажимами оно может даже повыситься. Характер и величина изменения вторичного напряжения в этом случае будет зависеть от способа соединения первичных и вторичных обмоток и от характера и величины нагрузки. В отношении изменения вторичного напряжения всех фаз при симметричной нагрузке все способы соединения обмоток равноценны.

Рассмотрим влияние нагрузки симметричной и несимметричной на вторичное напряжение для двух комбинаций соединения обмоток трансформатора при условии, что первичное напряжение симметрично и постоянно по величине.

А. Нагрузка симметричная. Предположим, что вторичная обмотка аЬс (рис. 121) приведена к первичной. В таком случае диаграммы векторов линейных напряжений первичной и вторичной обмоток при холостой работе почти совпадут и дадут замкнутый треугольник ABC (рис. 122).

Допустим, что реактивность нагрузки вторичной цепи такова, что угол сдвига фазных токов 1ав, he и /сд относительно соответствующих первичных фазных напряжений Vab, Vbc и Vca равен нулю (рис. 122). Вследствие падения напряжения от активного и реактивного сопротивлений в обмотках трансформатора потенциалы зажимов вторичной обмотки а, b vi с при нагрузке изменятся, что на потенциальной диаграмме выразится смещением потенциалов зажимов а, b Vi. с относительно потенциалов зажимов Л, fi и С, отвечающих неизменным, по предположению, потенциалам зажимов первичной обмотки (ибо эти потенциалы определяются первичною

# 147

цепью). Чтобы найти новые значения потенциалов зажимов вторичной обмотки, т. е. новые положения потенциалов зажимов а, b и с, а следовательно, и векторов У„ь, Уьс и К„ заменим соединение обмоток треугольником, эквивалентным соединением звездой (рис. 123); другими словами, возьмем вместо треугольника звезду, у который линейный ток и линейное напряжение остаются без из-

D к, вектору AD отложим вектор падения напряжения от реактив-

Рис. 121.

Рис. 122.

менения. Линейный ток при соединении треугольником (по закону Кирхгофа) равен геометрической разности токов, прилегающих к линии фаз, т. е.

1\-1сА-1ав; Il =1ав - /вс; 1{ =1вс - /сл.

При равенстве фазных токов и при совпадении их по фазе с линейными напряжениями линейные токи , /( и /i будут совпадать по фазе с фазными напряжениями эквивалентной звезды О А, ОВ, ОС (рис. 122). Так как линейный ток равен геометрической разности фазных токов, то при построении его вектора один вектор фазного тока берется в положительном направлении, т. е. со знаком --, а другой - в отрицательном направлении, т. е. со знаком -. Фазное напряжение эквивалентной звезды равно фазному напряжению треугольника, деленному на У^З, а полное сопротивление фазы кк в 3 раза меньше полного сопротивления фазы треугольника z (см. выше). Смещение потенциала какого-либо зажима вторичной обмотки, например а, определим следующим образом. От точки А в направлении, обратном направлению вектора линейного тока Г\, отложим вектор падения напряжения от

Рис. 123.

активного сопротивления AD = I{ - и по перпендикуляру в точке

ного сопротивления Da = Ii в сторону запаздывания относительно линейного тока звезды (рис. 124). Точка а и будет определять потенциал зажима а при нагрузке, а Ла -смещение потенциала,

равное полному падению напряжения в трансформаторе/I -.

Ту же точку можно, однако, получить, не заменяя треугольника эквивалентной звездой. В самом деле, так как линейный ток Гг является геометрической суммой фазных токов -\-Ica а -1ав, т. е. 7i -1са - Тав, то смещение потенциала Л а можно представить в следующем виде:

Аа = 1\- = ~ IcaZha-

IabZkh

или

у IcARki + IcAXkj - (у IAвRk + у IabXuj.

Таким образом, чтобы найти величину и положение вектора смещения потенциала Аа нужно произвести графическое сложение входящих в последнее равенство векторов падений напряжения в примыкающих к узлу Л фазах. На рис. 124 это сложение произведено, начиная со второго слагаемого равенства. Так как это слагаемое входит со знаком минус, то мы откладываем сначала вектор Ак = lABRkt, в направлении

тока 1вА (тогда как нормально вектор падения напряжения в активном сопротивлении направлен против вектора тока); затем откладываем вектор KL = - IkAXk под

углом 90° к вектору тока в сторону опережения (тогда как нормально вектор падения в реактивном сопротивлении направлен

относительно вектора тока под углом, 90° в сторону запаздывания). Далее от точки L в сторону, обратную вектору тока 1са, откладываем вектор LM = IcARk и от точки М вектор Ма - -;IgaXu в

сторону запаздывания относительно вектора тока 1са- В результате получим искомую точку а и полное смещение потенциала конца а, равное Аа.

Сделав подобное построение и для точек Б и С, найдем потенциальный треугольник вторичных напряжений при нагрузке аЬс

Рис. 124.

(рис. 125). Этот треугольник смещен относительно потенциального треугольника напряжений при холостой работе ABC и по величине, ему уже не равен. Однако стороны его остались райными между собою. Это значит, что падения напряжения между всеми зажимами вторичной цепи одинаковы.

В. Нагрузка несимметричная. Предположим, что нагрузка включена только между двумя зажимами а а b (рис. 126). Так как фаза

аЬ включена параллельно

к двум последовательно соединенным фазам ас и сЬ, то при равенстве полных сопротивлений обмоток всех фаз и незначительной величине намагничивающего тока распределение тока нагрузки /г на все фазы вторичной и первичной обмоток будет отвечать рис. 126, т. е. в фазе аЬ ток ра-

Рис. 125.

вен у /2, где

-ток на-

в

грузки, а в фазах ас и сЬ ток будет равен /2, ибо сопротивление двух последовательно соединенных фаз ас и сЬ вдвое больше сопротивления одной фазы аЬ. Ток во всех фазах является током однофазным, т. е. как в фазе аЬ, так и в фазах ас и сЬ ток проходит через наибольшее значение в один и тот же момент времени. Токи во вторичных обмотках уравновесятся токами в первичных обмотках. Это значит, что в первичных фазах ток будет распределяться совершенно так же, как и во вторичных фазах, т. е.

в фазе Л5 он будет-д-/1, где/,-

линейный ток, подходящий к узлу А, а в фазах ЛС и СВ oh будет равен -g- /,. Направления токов таковы, что в линии, подходящей к углу С, ток равен нулю. Вследствие этого потенциал зажима С при нагрузке не изменится, т. е. точка С потенциальной;1иаграммы останется на месте, тогда как потенциалы зажима к b сместятся в одну и ту же сторону по отношению к положению при холостой работе трансформаторов.

На рис, 127 изображена потенциальная диаграмма в предположении, что вторичный ток по фазе совпадает с первичным напряжением между зажимами АВ. В ней треугольник ABC-потенциальный треугольник первичных напряжений, треугольник аЬс - потенциальный треугольник вторичных напряжений при нагрузке. Этот потенциальный треугольник мы получаем на основании следующих 150

Рис. 126.

рассуждений. Точка с треугольника cab соответствует неизменному потенциалу зажима С первичной обмотки, а следовательно, и потенциалу зажима с вторичной обмотки. К зажиму С в фазе АС

подходит ток -д- hi от того же зажима С в фазе СВ отходит тот же ток Д. Вследствие этого на диаграмме эти токи изобразятся

векторами Cd = - /1 и Cf=~ направленными в разные стороны

параллельно вектору АВ, ибо токи в фазах АС и СВ совпадают во времени с током в фазе АВ. Смещение потенциала зажима а происходит от падения напряжения в фазе СА первичной обмотки,

равного -тг Лг, и в фазе са вторич-

ной обмотки, равного I\z\. На

диаграмме эти падения найдутся, если мы отложим в обратном направлении вектору cd вектор 1

AD = ~ IjRi, обратно направленный к вектору cd и перпендикулярно к нему вектор Л„ =-/jX,; затем от точки Л, отложим вектор

AF=-\ IiRi и перпендикулярно 1

нему вектор Fa = /,д;з, Смеще- Рис. 127.

ние потенциала зажима b происходит от падений напряжения в первичной обмотке фазы СВ и во вторичной обмотке фазы сЬ. На диаграмме смещение потенциала зажима b находится совершенно так же, как и рещение потенциала конца а, имея в виду, что вектор тока фазы С5есть вектор Су.

Потенциалы зажимов а и b можно было бы определить, исходя из того, что относительно середины фазы АВ, потенциал которой можно принять равным нулю, потенциалы зажимов а к b взаимно противоположны. Поэтому потенциалы зажимов а и b должны бкть смещены каждый на величину падения в половине фазы АВ в взаимно противоположные стороны.

Из диаграммы 127 видно, что при рассматриваемой несимметричной нагрузке напряжения нагружаемой фазы и одной из прилегающих к ней понижаются, а напряжение другой прилегающей фазы повышается.

§ 63. Работа при нагрузке трехфазного трансформатора с обмотками звезда-звезда и треугольник-звезда.

Л. Нагрузка симметричная, ток совпадает по фазе с первичным фазным напряжением. Подобно предыдущему потенциальный тре-

угольник напряжения при нагрузке можно построить следующим

Рис. 128.

вторичной обмотки а при холостой работе, откладываем в направлении, обратном вектору тока / вектор AD, равный А'/?к:Х и по перпендикуляру - вектор Da, равный 1\Хк-к = 1\Хк\\ здесь RkX и ХкХ- активное и реактивное сопротивления первичной и вторичной обмоток соответствующих фаз. Точка а и даст нам потенциал зажима вторичной обмотки а при нагрузке. Сделав подобное построение для других точек В и С, получим потенциальный треугольник вторичного напряжения аЬс.

В. Нагрузка несимметричная. Если нагрузку включить между двумя проводами вторичной цепи (рис. 129) то ток будет проходить только по прилегающим к этим проводам фазам вторичной обмотки и, следовательно, по фазам первичной обмотки, сопряженным с первыми.

Таким образом, в фазе ос вторичной обмотки ток будет равен нулю, а в фазе ОС первичной обмотки будет проходить только намагничивающий ток.

Заменив соединение обмоток звездой эквивалентным соединением треугольником, мы получим систему, аналогичную а

уже рассмотренной ранее. Поэтому и построение точек, отвечающих потенциалам зажимов а н Ь, при нагрузке не будет отличаться от приведенного на рис. 127. И в данном случае фазные напряжения не равны: у одной из нагруженных фаз напряжение больше, а у другой меньше напряжения третьей, нагруженной фазы. Подобным же способом можно было бы исследовать другие комбинации соединения первичных и вторичных обмоток: звезда - треугольник, треугольник^- звезда.

При соединении первичной обмотки треугольником и вторичной - звездою с нулевым проводом во вторичной цепи имеются два напряжения: фазное Уф и линейное Ул = Уз Уф. Осветительная нагрузка приключается к низшему напряжению, т. е. к крайним проводам и нейтральному; силовая - к высшему напряжению, т. е. к крайним проводам. Само собою разумеется, нейтральный провод должен иметь надлежащее сечение. Работа отдельных фаз при указанном соединении почти совершенно независима: нагрузка одной фазы не отзывается заметно на напряжении двух других фаз. По-

Этому определение падения напряжения можно вести дезависимо для каждой фазы.

Рис. 129.

§. 64. Зигзаг-трансформатор.

У зигзаг-трансформатора вторичная обмотка каждой фазы состоит из Двух катушек. Одна катушка расположена на одном сердечнике, а другая - на другом, причем конец первой катушки, например л: соединен с концом второй катушки, например у^ (рис. 130а). Все/ начала вторых катушек соединены в нейтраль. Благодаря такому

соединению катушек электродвижущие силы их не будут совпадать по фазе, а будут смещены на 120°. В самом деле, если бы первые катушки всех стержней были соединены своими концами х^, уу и 2, в

1 <=)

Рис. 130.

и е\ дали бы если бы вторые

нейтраль, то электродвижущие силы их е\, е

векторную звезду, изображенную на рис. 130Ь;

катушки всех стержней были соединены своими началами а^, и Cj в нейтраль, то электродвижущие силы их е'\, е'\ и е'\ дали бы векторную звезду, повернутую относительно первой на 180° (рис 130 с). Присоединении же катушек зигзагом электродвижущие силы катушек геометрически сложатся так, как указано на рис. 130d. Из последнего рисунка видно, что фазные напряжения Vy, V.V будут равны геометрической сумме напряжений соответствующих катушек, причем

V, = Vi=y,= УЪву = КЗе,.

Если бы были соединены катушки одного сердечника, то фазные напряжения были бы равны алгебраической сумме напряжений катушек, т. е.

Уу = У^=Уз = 2еу = 2ег.

Таким образом при одном и том же числе витков вторичной обмотки у зигзаг-трансформатора напряжение будет меньше в

= 0,866, чем

у трансформатора с нормальным соединением катушек. Наоборот, при одном и том же вторичном напряжении

зигзаг-трансформатор потребует больше витков для вторичной обмотки, чем обычный трансформатор. Если да, число витков вторичной обмотки обычного трансформатора, то необходимое число витков вторичной обмотки зигзаг-трансформатора должно быть

равно = 1,155 w, т. е. на 15Vo больше, нежели у обычного

трансформатора.

Вследствие расположения вторичных обмоток на двух сердечниках несимметричная нагрузка ложится на все фазы в более или менее одинаковой степени, поэтому заметного неравенства в напряжениях фаз не получается.

§ 65. Вопросы для самопроверки.

1. Трехфазный трансформатор 300 kVA; 11:1/5 = 11000:2200 V. f= 50 Hz с первичною и вторичною обмотками, соединенными треугольником, работает на активную нагрузку с полною мошно-стью. Как изобразится диаграмма этого трансформатора, если известны следующие данные опыта короткого замыкания: V, = 310V, Лк. л=15,8 А, Р,к = 3000 W? Предполагается, что активные и реактивные сопротивления обмоток, приведенные к одной обмотке (первичной), соответственно равны друг другу.

2. Как изобразится диаграмма того же трансформатора в предположении, что он нагружен однофазною активною нагрузкою 100 kW.

3. Начертить схему зигзаг-трансформатора.

глава пятнадцатая.

СПЕЦИАЛЬНЫЕ СЛУЧАИ ТРАНСФОРМИРОВАНИЯ ТРЕХФАЗНОГО ТОКА.

§ 66. Трансформирование трехфазного тока двумя однофазными Трансформаторами.

А. V-образное соединение или соединение открытым треугольником. Под соединением двух однофазных трансформаторов открытым треугольником подразумевается такое соединение, при котором два конца первичных или вторичных обмоток соединены между собою и вместе с двумя оставшимися концами обмоток подключены к трехфазной сети (рис. 131). В этом случае напряжение на свободных концах сЬ вторичных обмоток является равнодействующим из напряжений двух фаз обмоток ас и аЬ. V-образ-ное соединение легко получить из соединения трех однофазных трансформаторов закрытым треугольником, если совершенно отсоединить один из трансформаторов.

На рис. 132а и 132Ь приведены диаграммы токов и электродвижущих сил закрытого и открытого треугольников для случая активной нагрузки, когда при закрытом треугольнике фазные токи совпадают по фазе с фазными напряжениями, а линейные токи - с линейными напряжениями. В этих диаграммах Ещ, Е^з - вторичные электродвижущие силы; Vji, - вторичные напряжения; /s, /43 - фазные токи; /ла , 1лв Jac , -линей-

Рис. 131.

ные точки; /л^а и /з,/?о - падения напряжения от реактивного и активного сопротивлений. На диаграмме для за-132а) линейные токи получены пу-

крытого треугольника (рис. 132а) линейные токи гшлу.о. v

тем геометрического сложения JZ-..c и-/,3); они сдвинуты по фазе относительно соответствующих ф

Рис. 132.

нагрузки, что и при закрытом треугольнике, должны попрежнему составлять угол 30° с фазными напряжениями и Kj, (рис. 132Ь). Напряжение между зажимами бис V получается путем геометрического сложения и -

Так как в каждом трансформаторе открытого треугольника при активной внешней нагрузке ток составляет с напряжением угол 30°, то, следовательно, каждый трансформатор при активной нагрузке работает с коэфициентом мощности cos ср = 0,866. Поэтому, если в трехфазной системе, состоящей из трех однофазных трансформаторов, один трансформатор исключить, то отдаваемый

ток (a следовательно и мощность) должен быть понижен не до 2 2

- от lOOVo. а до от 8б,б7о, т. е. до 58Vo. при условии одинаково-

го нагрева трансформвторов, ибо при открытом треугольнике ток линии целиком проходит через обмотки трансформатора.

Если при закрытом треугольнике установленная мощность равна 31фУф = (/3/л Vj, , то при открытом треугольнике установлен-

2 1 73

ная мощность должна быть равна 2/л , т. е. на -у^ = 15,57о

больше, причем эта мощность доставляется двумя трансформаторами, а не тремя, как при закрытом треугольнике.

Недостатком соединения открытым треугольником является некоторая несимметрия напряжений при нагрузке в виду того, что сопротивления для линейных токов неодинаковы.

, - 5- Т-образное соединение. Схема со-

единения обмоток трансформаторов для этого случая и векторная диаграмма напряжений указаны на рис. 133. На этом рисунке Та - главный трансформатор, Тв - вспомогательный трансформатор, который может быть рассчитан на напряжение, равное 8б,б7о линейного. Обычно он берется, однако, одинаковым с главным, но работает с уменьшенным числом витков, т. е. с уменьшенным напряжением. Точка х находится посредине обмоток главного трансформатора. Напряжение между точками X а с равно 8б,б7о от напряжения между точками а и с или вис. Мощность Г-образного соединения та же, что и V-образного соединения. Так как вспомогательный трансформатор работает с пониженным потоком, то коэфициент полезного действия этой системы несколько выше, чем V-образной системы.

§ 67. Преобразование трехфазного тока в двухфазный и обратно.

Трехфазный ток можно преобразовать в двухфазный и обратно, двухфазный - в трехфазный несколькими способами. Наиболее распространенным на практике (в особенности в Америке) является способ Скотта, требующий всего двух однофазных трансформаторов. Схема включения трансформаторов по способу Скотта указана на рис. 134. Первичные обмотки обоих трансформаторов Г, и Г, соединены с зажимами двухфазного генератора Т; конец вторичной обмотки одного трансформатора Ti металлически соединяется со средней точкой d вторичной обмотки другого трансформатора Tg.

Рис. 133.

Если коэфициент трансформации трансформатора Г, равен где Wi и Wi - числа витков первичной и вторичной обмоток, то у трансформатора Ту коэфициент трансформации берется равным -/з = 0,866 . В таком случае, при равенстве напряжений фаз двухфазного генератора, напряжения между точками b - с и a - d вторичных обмоток трансформаторов будут относиться как 1: - (/ З; напряжения же между точками а~с, а - Ь н Ь -с

будут равны между собою и сдвинуты по фазе на 120°, т. е. вторичные обмотки трансформаторов дадут симметричную ем, трехфазную систе-му. Само собою разумеется, тем же способом трехфазный ток можно преобразовать в двухфазный.

Способ Скотта в большом масштабе применяется в настоящее время в Америке, ибо он дает возможность работать параллельно старым станциям двухфазного тока с новейшими станциями трехфазного тока.

§ 68. Преобразование трехфазного тока в шестифазный.

Трехфазный ток легко преобразуется в шестифазный или с помощью трех однофазных трансформаторов, или с помощью одного трехфазного трансформатора. Первичные обмотки соединяются между собою звездой или треугольником. Вторичные же обмотки делятся на две равные части, образуя две группы совершенно одинаковых обмоток, нз которых затем составляются или две звезды, или два треугольника, взаимно повернутые на 180°. Если, например, на рис, 135 соединить металлически середины вторичных обмоток, то из одной группы половин полу1илась бы звезда аЬс, а из другой - звезда xyz, причем они имели бы общую нейтраль О. Так как по отношению к этой нейтрали потенциалы концов а, Ь, с прямо противоположны потенциалам соответственных концов X, у, г, например, в момент, когда конец а имеет потенциал+ , конец X будет иметь потенциал -, то векторы электродвижущих сил Оа, Ob и Ос будут прямо противоположны векторам Ох, Оу и Oz, т. е. звезда аЬс будет повернута относительно звезды xyz на 180°. В общем же на концах а, Ь, с, х, у, z мы получим шестифаз-

Рис. 134.

ное напряжение, другими словами, систему напряжений, сдвинутых по фазе взаимно на 60°.

С целью получить более равномерное распределение токов ЛВС

ЛВС

ООО

а

5ps Sy S2

Рис. 135. Рис. 136.

вторичные обмотки можно разделить на независимые половины и из них составить две звезды с двумя независимыми нейтралями: у

одной группы обмоток в нейтраль соединяются начала, у другой группы-концы обмоток (рис. 136). Лишь в этом случае получаются две звезды векторов электродвижущих сил, повернутых взаимно на 180°. Из тех же половин можно, однако, получить и два треугольника, повернутые на 180° (рис. 137), соединяя у одной группы концы в порядке: а, -{-у„ bt-\-Zy, Cj-j-Xi, а у другой в порядке: 0-2 -f 2-2, J/j -f С2, Xj -f b .

Шестифазное напряжение при-для питания одноякорных преобразователей и ртутных

-ч.

Рис. 137.

меняется выпрямителей.

В применении к ртутным осуществляется часто соединением вторичных обмоток трансформаторадвойным зигзагом. В этом случае на каждом стержне имеются три одинаковых обмотки, которые соединяются между собою так, как указано на рис. 138. Нижние три обмотки своими концами 3, Ьз и Сз соединены в нейтраль. Их электродвижущие силы дают векторную звезду Охз Уз г, (рис. 138 Ь).

выпрямителям шестифазная система

С каждым концом 158

Уз 2,

соединены параллельно по две обмотки, находящиеся на двух других стержнях. Так как электродвижущие силы этих стержней по фазе смещены на 120°, то в общем векторная диаграмма всех электродвижущих сил изобразится рисунком 138 Ь. Легко видеть, что напряжения между концами а^ЬфуСс^а^ во времени смещены взаимно на 6J°, т. е. вторичная система представляет собою шестифазную систему.

§ 69. Двухфазный трансформатор.

При трансформировании двухфазного тока пользуются обычно двумя отдельными трансформаторами однофазного тока, первичные и вторичные обмотки которых или совершенно не связаны непосредственно (рис. 139 а), или же имеют общую нейтральную точку (рис. 139 Ь). Двухфазный ток трансформируется иногда и одним трансформатором. Такой трансформатор имеет три сердеч-

ника (рис. 140), из которых два

\i ° крайние заняты обмотками обеих

УЧЛЛЛЛЛ/1

-о

Рис. 139.

Рис. 140.

фаз, а средний свободен от обмоток и служит для проведения магнитных потоков. Если Фа и Фс -потоки в сердечниках с об-мотками, то равнодействующий поток в среднем сердечнике будет

Фв = Y 2Фа =\2Фс , ибо потоки ФаИ Фс взаимно сдвинуты по фазе на 90°. При одной и той же индукции сечение среднего сердечника должно быть, следовательно, в раз больше сечения одного из крайних. Вследствие этого объем железа такого трансформатора лишь немногим меньше объема двух отдельных однофазных трансформаторов. Так как, к тому же, трансформирование отдельными однофазными трансформаторами дает более надежное устройство, то оно на практике и предпочитается.

§ 70. Вопросы для самопроверки.

1. Каковы особенности трехфазного трансформатора с обмотками, соединенными отк^)ытым треугольником?

2. В чем заключается схема Скотта?

3. Как преобразуется трехфазный ток в шестифазный?

4. Как устроен двухфазный трансформатор?

глава шестнадцатая.

ВЫСШИЕ ГАРМОНИКИ В ТРЕХФАЗНЫХ СИСТЕМАХ.

§ 71. Высшие гармоники в трехфазных системах с применением однофазных и трехфазных трансформаторов.

Рассматривая явления в однофазном и трехфязном трансформаторах при холострй работе, мы видели, что для того, чтобы магнитный поток был синусоидальным (при синусоидальном первичном напряжении), необходимо, чтобы намагничивающий ток был несинусоидальным, и что в этом токе должны иметься главным образом третья и пятая гармоники. Эти гармоники особенно заметны у современных трансформаторов, строящихся с относительно большим насыщением, и составляют часто 10-507о от основной гармоники.

Синусоидальный поток дает вторичное напряжение однофазного трансформатора также синусоидальное. При трансформировании трехфазного тока, в виду обязательной связи между электрическими цепями, т. е. обмотками, и возможной связи между магнитными цепями, т. е. сердечниками всех фаз, некоторые высшие гармоники в намагничивающем токе могут быть, но могут и не быть - в зависимости от способа трансформирования тока.

А. Случай трансформирования трехфазного тока однофазными трансформаторами. Если трансформирование тока осуществляется с помощью трех однофазных трансформаторов, первичные обмотки которых соединены звездою, и между нейтралью трансформаторов и нейтралью генератора имеется электрическая связь в виде нейтрального провода, то токи третьей гармоники могут проходить по фазным обмоткам трансформаторов совершенно независимо друг от друга. Эти токи имеют одно и то же направление: от генератора к трансформаторам или же от трансформаторов к генератору. Во всех фазах они проходят через нуль или через наибольшее значение в один и тот же момент времени. Последнее можно иллюстрировать рис. 141, на котором изображены волны главной гармоники / с их сдвигом на 120° и волны третьей гармоники 3. Всматриваясь в рисунок, мы замечаем, что у нулевой точки сошлись все три отрицательные волны третьей гармоники и ни одна не может перейти в положительную волну. Это значит, что токи третьих гармоник всех трехфазных обмоток совпадают по фазе. Но если мы к нейтрали подведем нейтральный провод, то в нем будет проходить ток, равный сумме трех токов третьей гармоники. У трансформаторов, рассчитанных с большим насыщением (5 > 12 ООО), гармоники третьего порядка, как мы видели ранее, довольно значи-

Рис. 141.

тельны. Поэтому и ток гармоники третьего йорядка в нейтральном проводе может быть весьма заметным.

Предположим теперь, что между нейтралями генератора и трех однофазных трансформаторов нейтрального провода нет. Так как токи третьей гармоники совпадают по фазе, то нейтральная точка трансформаторов для них, как показывает рис. 141, непроходима.

Вследствие отсутствия в намагничивающем токе тока третьей гармоники магнитный поток в этом случае уже не будет синусоидальным, а будет содержать третью гармонику. Не будут синусоидальны и фазные напряжения первичной и вторичной обмоток, хотя бы первичное линейное напряжение было синусоидально; з этих напряжениях появится третья гармоника. Последнего обстоятельства не следует упускать из виду при расчете изоляции трансформатора, ибо третья гармоника может заметно повысить амплитуду основной гармоники, следовательно, повысить напряжение, действующее на изоляцию. В линейном вторичном напряжении третьей гармоники и в данном случае не будет, ибо фазные третьи гармоники напряжения при сложении уничтожаются (имея одновременно направление или к нейтрали или от нейтрали).

Наличие третьей гармоники в фазном напряжении при длинных линиях передач нежелательно как для линии, так и для самого трансформатора, и тогда, когда нейтраль вторичной обмотки почему-либо будет заземлена. На рис. 142 дана схема для этого случая, причем емкость провода относительно земли заменена емкостью конденсаторов с. Ток третьей гармоники, проходящий в проводе и в фазной обмотке, будет определяться сопротивлением

2r.fL--\rr.fiC, где 2TfiL - реактивное сопротивление фазной об-

мотки трансформатора, а у т/зС-то же конденсатора, причем

/3 = 3/1, если /, - первичная частота. Возможны три случая: а) емкость провода велика, - тогда появится отстающий ток, который значительно ослабит третью гармонику потока, Ь) емкость равна по действию самоиндукции, - тогда наступит резонанс с возможностью повышения напряжения третьей гармоники потока, и с) емкость очень мала, тогда в цепи пойдет опережающий ток, который усилит искажение магнитного потока, так как создаваемый им поток будет складываться с третьей гармоникой главного потока; третья гармоника йапряжения может увеличиться настолько, что появится опасность пробоя изоляции как трансформатора, так и линии.

Если трансформирование трехфазного тока производится помошью трех однофазных трансформаторов, соединенных со стороны первичной обмотки - звездой, а со стороны вторичной - треугольником, и нейтраль звезды изолирована, то магнитный поток транс-

Рис. 142.

форматора будет синусоидальным, так как недостающий в первичной цепи ток третьей гармоники будут даваться вторичными обмотками. В самом деле, так как вторичные обмотки замкнуты треугольником, а все третьи гармоники фазных электродвижущих сил имеют одно направление, то в замкнутом треугольнике они дадут ток третьей гармоники (рис. 143), который создает поток также третьей гармоники, восполняющий основной поток. В результате этот поток будет синусоидальным, а с ним будут синусоидальными фазные напряжения первичной обмотки; в линейном вторичном напряжении третьей гармоники также не будет. В том случае, когда первичные- обмотки трех однофазных трансформаторов соединены треугольником, а вторичные - звездою, потоки и фазные напряжения также синусоидальны, так как третья гармоника намагничивающего тока находит путь в замкнутом первичном треугольнике.

Рис. 143.

для того, чтобы магнитный поток, а следовательно, фазные напряжения не содержали третьей гармо,-ники, необходимо соединить треугольником или первичные или вторичные обмотки.

с целью понизить напряжение, действующее на изоляцию, звездою соединяют обычно обмотки высшего напряжения, а треугольником- обмотки низшего напряжения.

Если на станции имеется несколько трансформаторных групп, соединенных параллельно, то можно ограничиться соединением вторичных обмоток треугольником лишь одной из всех трансформаторных групп. В самом деле, пусть имеются всего две группы трансформаторов, работающих параллельно и включенных так, как указано на рис. 144. Так как нейтрали обеих групп связаны между собою, то третьи гармоники напряжения .первой группы пошлют (через нейтральный провод) во вторую группу ток, направленный прямо противоположно тому току, который нужен для второй группы, чтобы уничтожить искажение потоков, т. е. этот ток будет усиливать искажение потока. Но у второй группы вторичные обмотки соединены треугольником, и потому в них могут проходить токи третьей гармоники. В данном случае в .этих обмотках

Рис. 144

будут Проходить два тока: один - для надлежащего намагничивания второй группы, и другой - для компенсирования тока первой группы трансформаторов. В общем, в трансформаторах обеих групп не будет искажения потока: треугольник второй группы трансформаторов будет давать токи третьей гармоники для обеих групп. Следует отметить, что при этом вторичные обмотки второй группы могут быть перегружены токами третьей гармоники.

Соединение обмоток треугольником не всегда удобно: часто у понижающих трансформаторов желательно иметь обмотку низкого напряжения, соединенную звездою с целью заземления вторичной обмотки или же использования нейтрального провода. В таком случае первичные обмотки приходится соединять треугольником, а если звездой, то нейтраль этой звезды соединяется иногда с нейтралью вторичной звезды отправительного трансформатора (повысительного трансформатора станции) изолированным, так называемым уравнительным проводом. Этот последний замыкает накоротко третьи гармоники фазных электродвижущих сил, что имеет следствием синусоидальность потоков.

При соединении первичных и вторичных обмоток звездою, что требуется при заземлении со стороны низшего и высшего напряжений, иногда пользуются трехобмоточными трансформаторами, соединяя треугольником третьи или дополнительные обмотки трансформаторов, независимо от первых двух. Если нейтраль заземлена, то треугольник из дополнительных обмоток, называемый иногда третичным , должен быть рассчитан на мощность короткого замыкания трансформатора; если же нейтраль не заземлена, то третичный треугольник рассчитывается только на намагничивающий ток третьей гармоники. Третичным треугольником можно воспользоваться для обслуживания самой станции или подстанции, или для питания сихронного конденсатора (т. е. синхронного двигателя, работающего перевозбужденным вхолостую с целью исправления коэфициента мощности).

В. Случай трансформирования трехфазным трансформатором. При трансформировании трехфазного тока трехфазным трансформатором явление в отношении высших гармоник протекает различно в зависимости от того, имеется ли броневой или стержневой трансформатор. У броневого трансформатора магнитные цепи отдельных фаз независимы, и потому у него третья гармоника проявляет себя совершенно так же, как и при трансформировании тока тремя отдельными трансформаторами.

У стержневого трансформатора все фазы магнитно связаны между собою, т. е. имеют общую магнитную цепь. Вследствие этого явление в отношении высших гармоник протекает несколько иначе, чем у броневого трансформатора. Если первичные и вторичные обмотки стержневого трансформатора соединены звездою и нейтраль первичных обмоток соединена с нейтралью генератора, то при синусоидальном напряжении намагничивающие токи будут иметь третьи гармоники, которые находят себе путь через нейтральный провод (рис. 145). Магнитный поток в этом случае будет синусоидальным, точно так же будет синусоидальным и вторичное напряжение. Если же между трансформатором и генератором не