Векторные диаграммы напряжений трехфазных трансформаторов при симметричной и несимметричной нагрузках

При равномерной симметричной нагрузке трансфор­маторов падения напряжения на всех обмотках одинаковы. Так же, как и для однофазного трансформатора, можно нарисовать упрощенную векторную диаграмму всех трех фаз приведенного трансформатора при соединении обмо­ток по схеме Y/Y₀ — 12. Сначала отложим векторы фазных напряжений фаз А, В и С первичной обмотки. Положение этих векторов определяется напряжением сети. Соединив концы векторов, получим треугольник линейных напряжений А, В, С (рис. 131, а). При холостом ходе эта же диаграмма будет диаграммой вторичных напряжений, т.е. треугольник ABC совпадает с треуголь­ником а, в, с, так как векторы фазных и линейных напря­жений первичных и вторичных обмоток одинаковы, потому что k= 1, т. е. U₁ = U'₂₀.

При смешанной, активно-индуктивной нагрузке транс­форматора по его обмоткам протекают токи I₁ и I'₂, которые, согласно условию построения упрощенной векторной диаграммы, равны, т. е. I₁ = I'₂. Отложим век­торы тока I_а, I_в и I_с на диаграмме. Они будут отставать от векторов фазных напряжений.

Для получения упрощенной векторной диаграммы вторичных напряжений при нагрузке отложим векторы падения напряжения на активных и индуктивных сопро­тивлениях обмоток всех фаз, причем векторы падения напряжения на активных сопротивлениях I_аr_К и т. д. будут в фазе с током, а векторы падения напряжения на индуктивных сопротивлениях 1_ах_К и т. д. перпендику­лярны к векторам токов и направлены в сторону опере­жения. Начала векторов I_ar_K,I_br_K и I_сr_к соединим с точкой О диаграммы и получим векторы фазных напряжений при нагрузке, а соединив концы векторов а, b и с, получим треугольник линейных напряжений abс вторичной об­мотки трансформатора при симметричной нагрузке (рис. 131, б).

При неравномерной нагрузке фаз трансформатора, сое­диненного по схеме Y/Y₀ — 12, падения напряжения в перегруженной фазе будут большими, чем в нагружен­ных фазах. Так как положение вершин треугольника ли­нейных напряжений определяется напряжением сети, то это приведет к смещению нулевой точки (рис. 131, в). Допустим, фаза в перегружена, тогда напряжение фазы в будет меньше, чем фаз а и с, нулевая точка сместится в положение 0', вследствие чего фазные напряжения фаз а и с увеличатся, т. е. на перегруженной фазе напря­жение будет ниже номинального, а на недогруженных выше номинального, что вредно отражается на токопри­емниках. Поэтому, согласно ГОСТ 401—41, ток в нулевом проводе не должен превышать 25% номинального тока обмотки низкого напряжения, причем токи в фазах обмо­ток не должны превышать номинального. При этих усло­виях смещение нулевой точки не превысит 5% нормаль­ного фазного напряжения.

Регулирование напряжения

В результате падения напряжения в линиях электро­передачи удаленные от электростанции потребители по­лучали бы электроэнергию пониженного напряжения. Но для того, чтобы обеспечить всем потребителям электро­энергии подачу номинального напряжения, в обмотках высшего напряжения трансформаторов предусмотрены отводы для регулирования напряжения в пределах ± 5% U_н, которые часто называют анцапфами.

Переключая отводы, увеличивают или уменьшают число витков обмотки высшего напряжения, изменяя таким образом коэффициент трансформации трансформа­тора.

Существуют два способа регулирования напряжения.

Первый способ — регулирование напряжения изме­нением числа витков вторичной обмотки — применим в том случае, когда трансформатор используют как повы­шающий. К обмотке низшего напряжения без ответвлений подводят напряжение сети. При постоянном напряжении и частоте в сети магнитный поток в трансформаторе по­стоянный, а э. д. с. Е₂ меняется прямо пропорционально изменению числа витков вторичной обмотки, согласно формуле (78)

т. е. для повышения э. д. с. нужно увеличивать число витков, а для снижения — уменьшать (рис. 132, а).

Второй способ — регулирование напряжения изме­нением числа витков первичной обмотки — называют регулированием напряжения изменением магнитного потока. Пренебрежем падением напряжения в обмотках

трансформатора и примем U₁ Е_1} а так как напряжение сети и частота постоянны по величине, то по формуле (77)

Так как f постоянная величина, то и произведение Ф_мw₁= const, т. е. при уменьшении числа витков пер­вичной обмотки магнитный поток увеличивается и наобо­рот. Для того чтобы увеличить на 5% напряжение на зажимах вторичной обмотки, необходимо уменьшить на 5% число витков первичной обмотки, т. е. переключатель с положения «Ном.» нужно переключить вниз на —5% (рис. 132, б).

Следует иметь в виду, что в эксплуатационной прак­тике принято зажимы повышающего трансформатора уста­навливать на самое высшее напряжение (например, 6300 или 10 500 в) и считать, что повышающий трансфор­матор не дает никакой надбавки напряжения, даже при холостом ходе. Относительно понижающего трансформатора считают, что с помощью ответвительных зажимов можно получить надбавку +10% эксплуатационного напряжения, если его подключить к зажимам —5% вит­ков. Так для понижающего трансформатора напряжением 10 кв получается следующая зависимость надбавок от того, на какие зажимы он подключен.

Номинальное напряжение синхронного генератора под­держивают на 5% выше номинального напряжения у по­требителей, а трансформатор при холостом ходе развивает напряжение на 5% выше номинального напряжения у потребителей. На основании сказанного и при условии,, что потери напряжения в высоковольтных сетях составят 5%, как и в низковольных, расчет отклонения напряже­ния у потребителей с учетом потерь напряжения в транс­форматорах и сетях при номинальной нагрузке может иметь примерно такой вид.

Недостаток этих способов регулирования напряжения заключается в том, что для переключения ответвлений необходимо отключать трансформатор от сети. Это вызы­вает перебои в снабжении электроэнергией потребителей.

В современных трансформаторах напряжение регули­руют под нагрузкой, чтобы переключение ответвлений выполнять, не отключая электроэнергию у потребителей.