Трехфазные трансформаторы и соединение их обмоток в звезду, треугольник и зигзаг

Особенности схемы Дона Смита

Она взята из книги, написанной другим изобретателем – Патриком Келли. Главное – нарисовать правильную схему, применимую для конкретного случая. Ведь всегда есть вероятность, что сами учёные ошиблись. Можно привести в пример основные параметры, на которые идёт упор.

• 160 кВт – мощность выхода, для входа – 80 Вт.
• Итог – возрастание показателя в 2 тысячи раз.
• Процесс повышение мощности проходит в два этапа.
• Сначала происходит увеличение в 40, затем – в 50 раз.

Соединение земляного заряда с высоким сопротивлением происходит за первый этап. В это же время происходит образование нескольких других явлений: разрядник, колебания трансформаторного первичного контура.

На втором этапе мощность увеличивается внутри передающего трансформатора, у которого нет сердечника. Вторичная обмотка образует индукцию за счёт первичной. Последняя при таких обстоятельствах не ведёт к появлению сил с противо-ЭДС. Каждое 300-500 колебание приводит к потенциалу энергии с соответствующей долей, который появляется на трансформаторном выходе. Эта доля затем переходит к накопителям, на следующем этапе – к полезной нагрузке.

Можно сделать вывод о двухтактности описываемой схемы

Не важно, чья рука к нему прикладывается

Схема работы при отключении одного из трансформаторов

В случае отключении на подстанции трансформатора, присоединенного к шинам питающих проводов, будем иметь практически рассмотренную на рисунке схему с повышающими автотрансформаторами, роль которых выполняют ближайшие к подстанции автотрансформаторы на фидерных зонах.

При этом на участках от подстанции до ближайших к ней автотрансформаторов имеем систему 25 кВ, а на большей части обеих фидерных зон сохраняется система 2×25 кВ. Поскольку сопротивления участков при системе 25 кВ больше, чем их же сопротивление при системе 2×25 кВ, большую нагрузку принимают на себя соседние подстанции.

В случае отключения на подстанции трансформатора, присоединенного к шинам контактной сети, ближайшие к подстанции автотрансформаторы будут работать в трансформаторном режиме и при значительных размерах движения или при тяжелых поездах могут перегружаться.

Схема работы при отключении одного из трансформаторов.

Избежать этого можно или переходом на время отключения указанного трансформатора к одностороннему питанию фидерных зон от соседних подстанций или путем приведения группы соединения работоспособного трансформатора в соответствие с группой отключенного трансформатора и подключением его к шинам контактной сети.

Для этого следует предусмотреть возможность оперативного переключения двух фаз на первичной стороне трансформатора, подключенного в нормальном режиме к шинам питающих проводов.

При необходимости иметь большую степень резервирования трансформаторов можно, как и в случае с однофазными трансформаторами, в качестве резервного использовать третий трехфазный трансформатор с возможностью подключения его к шинам 110 (220) кВ и к шинам контактной сети или питающего провода вместо любого выведенного из работы трансформатора.

Рассмотренные схемы подстанций с трехфазными трансформаторами имеют перспективу на дорогах стран СНГ в местах стыкования систем 25 и 2×25 кВ и на тяговых подстанциях при необходимости питать от них большую районную нагрузку, а также при усилении системы электроснабжения ранее электрифицированных линий.

Преимущества и недостатки использования

Основное преимущество вращающегося трансформатора – универсальность. Могут применяться как в качестве точных измерительных приборов, так и в роли датчика. Выделяют также простоту и дешевизну конструкции. При эксплуатации не требует невыполнимых условий, достаточно неприхотлива. Среди плюсов также – отсутствие трения и, соответственно, лишнего шума.

В дополнении с высоким коэффициентом мощности обеспечивается высокая эффективность трансформатора.

К недостаткам относят: необходимость создания минимального зазора для большей отдачи. Потеря мощности при контроле скорости. Пусковой момент относительно небольшой. При увеличении нагрузки, дополнительно сокращается.

Принцип работы

В основе работы трансформатора лежит явление фазового сдвига, появляющегося при прохождении тока через распределенные элементы электрических цепей. Вследствие его появления отдаваемая в нагрузку полезная мощность снижается, что недопустимо при значительной ее величине (она связана с фазными характеристиками через косинус угла между векторами напряжений на входе и выходе).

Сдвиг появляется на стороне приемника и измеряется по отношению к источнику энергоснабжения, находящемуся на распределительной подстанции. Эта особенность передачи энергии по трехфазным цепям позволяет целенаправленно управлять ее потоками между отдельными линиями (при условии, что к ним подключены нагрузки).

Благодаря этому удается восстановить баланс, нарушенный из-за несимметричности параметров линейных цепей методом искусственной компенсации появившейся разницы фаз. Принцип действия фазосдвигающего устройства как раз и состоит в том, чтобы компенсировать сдвиг на стороне потребителя.

Причина несимметричности нагрузок в различных цепях – непропорциональность их подключения к различным фазам одной и той же питающей линии.

Дополнительная информация: Каждая из подводимых к жилым или промышленным объектам фаз «работает» на свою группу нагрузок, состав которых постоянно меняться.

В результате этого возможны перегрузки отдельных линий и как следствие – возрастание неэффективных потерь, а также угроза выхода из строя станционного оборудования.

Устройство трансформатора

Схема включения

Каждый фазоповоротный трансформатор принцип работы которого был рассмотрен в предыдущем разделе, состоит из двух преобразователей напряжения, отличающихся схемой включения. В его состав входят:

• параллельный трансформатор (ПТ);
• последовательное его дополнение (можно обозначить его как ПсТ).

Первичные обмотки ПТ включается параллельно линейной цепи по общеизвестной схеме типа «треугольник» (смотрите рисунок выше).

Вторичные же выполнены в виде полностью изолированных катушек с отводами от отдельных витков. Одним своим концом они подключаются к первичным обмоткам ПсТ, ответные части которых наглухо заземляются.

Вторичные обмотки последовательного трансформатора – это три изолированные фазы, включенные в разрыв основных питающих цепей. Из приведенной выше схемы следует, что трансформатор ПсТ подключается по схеме «звезда» (с наглухо заземленной нейтралью).

Важно! Такое включение обеспечивает дополнительный сдвиг фазы питающего напряжения на 90 градусов относительно сигнала, приходящего со станционного оборудования. По этой причине другое название этих устройств – фазоповоротный или кросс-трансформатор

Они способны работать как самостоятельно, так и в составе агрегатов, в которые входят преобразователи других типов. Из схемы включения также видно, что нагрузки к нему подключается через фазные вторичные обмотки ПсТ

По этой причине другое название этих устройств – фазоповоротный или кросс-трансформатор. Они способны работать как самостоятельно, так и в составе агрегатов, в которые входят преобразователи других типов. Из схемы включения также видно, что нагрузки к нему подключается через фазные вторичные обмотки ПсТ.

Эффект коррекции фаз

Последствия коррекции фаз могут быть представлены в виде поправок, которые вносятся в цепи после установки в них фазовращательных устройств. Для успешной работы таких трансформаторов при их проектировании должны учитываться следующие моменты:

• В нагрузках формируется питающее напряжение, состоящее из суммы двух компонентов (вектора источника и величины, вносимой фазовращателем).
• Добиться компенсации потерь в линии удается за счет изменения второй компоненты.
• Для управления характеристиками ФТ во вторичной обмотке ПТ предусмотрены регулируемые отводы в виде реостата.
• При изменении положения движка регулятора меняется вторая составляющая фазной суммы, компенсируя «набежавший» в линии сдвиг.

Таким путем осуществляется коррекция фазной разницы между векторами напряжений источника и потребителя, возникающего из-за распределенных параметров линий и неравномерности нагрузки.

О способах получения дополнительной энергии

Стандартные правила можно изменить по отношению ко времени и пространству в равной степени. Рассмотрим только возможности получить дополнительную энергию во времени.

Первый вариант.

Эффективная работа контура возможна только при соблюдении двух условий. Первое включает сохранение у этого же контура короткого импульса ЭДС. Второе – запаздывающий ток из-за индукции от этого показателя, у вторичного контура. Энергия генерируется так же, как и при обычной работе импульсных трансформаторов.

Ещё один вариант.

При некоторых других раскладах появления противо-эдс тоже не происходит. Один из них – отключение вторичной обмотки для 1 и 3 такта, включение – на 2 и 4. Результат – асимметричный вид работы трансформатора, без недостатков ближайших аналогов. КПД можно увеличивать, если повышать число витков во вторичной обмотке.

Ещё один из способов.

В 1 и 3 тактах можно уменьшить индуктивность катушки. Это тоже способствует повышению энергии на устройствах. Во 2 и 4 тактах индуктивность увеличивают, чтобы сохранить результат. Для достижения результата владельцам устройств достаточно подключать, либо отключать определённое количество витков на разных этапах работы.

Влияние нагрузки трансформатора на его напряжение

На рисунке 3, а – в показаны три однофазных трансформатора, отличающихся следующим. В трансформаторе на рисунке 3, а первичная I и вторичная II обмотки размещены на разных стержнях, на рисунке 3, б – на одном стержне. На рисунке 3, в каждая обмотка состоит из двух половин, причем по половине первичной и вторичной обмоток находится на одном стержне; средние точки обмоток имеют выводы.

Рисунок 3. Влияние несимметричной нагрузки на работу трансформатора. Точками обозначены начала обмоток.

Расположение первичной и вторичной обмоток на одном стержне лучше, так как магнитная связь между обмотками более совершенна. Если же первичная и вторичная обмотки размещены на разных стержнях (рисунок 3, а), то не весь магнитный поток, созданный намагничивающим током первичной обмотки, пронизывает витки вторичной обмотки. Часть его рассеивается.

Пока трансформатор не нагружен, в его магнитной цепи действует только одна магнитодвижущая сила (м. д. с.) – первичной обмотки. Когда же трансформатор нагружают, в той же магнитной цепи возникает еще одна м. д. с.– вторичной обмотки. Согласно закону Ленца она размагничивает трансформатор. Поэтому магнитный поток несколько уменьшается, а это значит, что уменьшается э. д. с. первичной обмотки. Но приложенное первичное напряжение остается тем же (это напряжение сети). Значит разность между ним и первичной э.д. с. возрастает и, следовательно, в первичной обмотке увеличивается ток. Увеличение тока строго определенное: оно компенсирует размагничивающее действие вторичной обмотки, благодаря чему и при холостой работе и под нагрузкой в магнитной цепи трансформатора поддерживается равновесие.

Рассмотрим этот вопрос немного подробнее, начиная с простого примера, то есть оценим влияние нагрузки на работу однофазного трансформатора, обмотки которого соединены, как показано на рисунке 3, в. Трансформатор с вторичной стороны присоединен к трехпроводной сети, например 2 × 220 В (между проводами a_N и x_N по 220 В). У первичной сети нейтраль выведена и может быть присоединена к средней точке трансформатора.

Первый случай. Между a_N и x_N включены одинаковые нагрузки (рисунок 3, г). В нейтральном проводе тока нет, м. д. с. в обоих стержнях одинаковы, вторичные напряжения обеих половин обмотки равны 3. Это, самый благоприятный режим.

Второй случай (рисунок 3, д). Обе половины первичной обмотки соединены последовательно, а их средняя точка присоединена к нейтральному проводу первичной сети. Нагружена только одна (левая) половина вторичной обмотки. Благодаря тому, что средняя точка первичной обмотки присоединена к нейтральному проводу, ток нагрузки проходит по первичной и вторичной обмоткам, находящимся на одном стержне: магнитное равновесие практически не нарушается 4.

Третий случай (рисунок 3, е). Обе половины первичной обмотки соединены параллельно 5. Нагружена одна половина вторичной обмотки. Магнитное равновесие не нарушается по тем же причинам, что и во втором случае.

Четвертый случай (рисунок 3, ж). Обе половины первичной обмотки соединены последовательно, но их средняя точка к сети не присоединена. Нагружена одна половина вторичной обмотки.

Первичный ток проходит через обе половины обмотки, и созданная им м. д. с. поровну распределена между стержнями. Но у вторичной обмотки нагружена только одна половина и, следовательно, размагничивается только один стержень: магнитное равновесие нарушено. Последствия этого нарушения сводятся к возникновению в обоих стержнях магнитного потока рассеяния, направленного в одну сторону. Он замыкается через воздух и кожух трансформатора и нагревает кожух. Кроме того, магнитный поток рассеяния значительно увеличивает индуктивное сопротивление магнитно неуравновешенной половины первичной обмотки. Это приводит к неравномерному распределению первичного напряжения между обеими половинами первичной обмотки 6. Но если первичные напряжения значительно отличаются, то и вторичные напряжения не могут быть равными, и это плохо.

Разновидности

Однофазный

Однофазные трехобмоточные трансформаторы для силовых линий обычно изготавливают мощностью 5000–40000 кВт с напряжением обмоток:

• ВН – с значениями 110–121 кВ;
• CН – от 34,5 до 38,5 кВ;
• НН – в диапазоне 3,15–15,7 кВ.

Типовой однофазный 3-х обмоточный преобразователь, например, классов напряжения 15, 20, 24 и 35 кВ предназначен для встраивания в пофазно-экранированные токопроводы сетей 50/60Гц. Конструкция изделия включает следующие составные части и комплектующие:

• бак с крышкой из немагнитной стали, задвижкой и пробкой, заполненный трансформаторным маслом;
• магнитопровод из электротехнической стали;
• активную часть, состоящую из обмоток, изоляции и крепежных элементов;
• плоского контакта на крышке бака первичного вводного напряжения;
• заземляющего ввода первичной обмотки и вводов вторичной обмотки на боковой стенке бака.

Электрические аппараты большой мощности (≤40000 кВа), рассчитанные на работу в интервале 110–121 кВ дополнительно могут оснащаться:

• выхлопной трубой для защиты бака от разрыва парами масла и газовым реле, отключающим подачу электропитания при внутривитковом замыкании в трансформаторе;
• расширителя с воздухоосушителем и термосифонным фильтром для поддержания требуемого уровня масла и предотвращения попадания влаги из атмосферы;
• системами естественной/принудительной циркуляции воздуха или масла.

Экономическая эффективность применения изделия состоит в том, что при 3-х обмоточном исполнении первичный ток равен не арифметической, а геометрической сумме приведенных вторичных токов. Трехобмоточные (многообмоточные) аппараты целесообразно применять вместо двухобмоточных в том случае, если нагрузки ЛЭП/обслуживаемых электрических сетей соизмеримы, то есть отличаются друг от друга не более чем в 5 раз.

Трехфазный

В трехфазных преобразователях переменного напряжения на каждую трансформируемую фазу приходится 3 обмотки. В  таком трансформаторе с общим магнитопроводом обмоток рабочие процессы протекают для каждой фазы аналогично, только со сдвигом во времени. На первичные обмотки поступает переменное фазное напряжение, вторичные обмотки соединены с нагрузкой. Поэтому для описания работы электрического аппарата исследуется только одна рабочая фаза.

Трехфазные 3-х обмоточные преобразователи для силовых линий обычно изготавливают мощностью 5600–31500 кВт и напряжениями катушек  аналогичным тем, которые используются в однофазных аппаратах. Трансформаторы получили наибольшее распространение на электрических подстанциях. По сравнению с группой однофазных трансформаторов при той же мощности они позволяют экономить 12–15% электроэнергии и 20–25% активных материалов в стоимостном выражении. Это конкурентное преимущество изделий подобного типа учитывается при изготовлении аппаратов массовых серий.

История и перспективы

История появления трансформаторов этого класса не очень богата датами и событиями, хотя первые упоминания и достоверная информация о них появилась еще в 1969 году. В дальнейшем в конце века они были введены в эксплуатацию в ряде европейских стран (в 1996 году – во Франции и Германии, в частности). В Бельгии, Голландии и Казахстане они появились чуть позже – к 2009-му году.

В России решение об использовании фазосдвигающих трансформаторов было принято много лет назад, однако их разработка по-прежнему находится в стадии проектирования. Опыт, накопленный специалистами многих стран в части эксплуатации ФТ, свидетельствует о целесообразности их применения в мощных и разветвленных трехфазных цепях. Он однозначно подтверждает все теоретические выкладки и согласуется с ними при оценке эффективности работы электрических сетей после установки в них корректирующих устройств.

В заключение отметим, что перспективность развития систем управления фазовыми характеристиками трехфазных цепей все чаще увязывается с внедрением современной микропроцессорной техники. Для эффективного их применения помимо быстродействующих контроллеров потребуется комплект чувствительных измерительных датчиков. С их помощью можно будет организовать статистические исследования характера изменений параметров контролируемых цепей.

Устройство планарного трансформатора

• Независимый. Трансформатор представляет из себя отдельный электронный компонент, который может отдельно поставляться и изготавливаться. Такое решение хорошо при наличии большой линейки устройств, где трансформатор унифицированный. Это не мой случай. Мне надо дешево, а унификация всегда требует жертв в виде небольшого удорожания.
• С общим ядром. Это как раз мой случай. При таком исполнение обмотки трансформатора выполнены на основной печатной плате устройства и является его не неотъемлемой частью. Сердечник же просто надевается на плату и крепится с помощью скоб или как-то иначе, например, на клей или компаунд.

все обмотки выполнены в виде медных дорожек на печатной платесделать свой фейсбук!!!!идея была вернаяпроверенное временемтут0.5$ за 1 трансформатор до 100 Вт

Немного об универсальных энергетических установках

Универсальными электрическими установками называют приспособления, которые выполняют следующие условия:

• Использование не потенциальных полей для работы.
• Энергия у входа не потребляется.
• На выходе её появление заметно.

Свойство не потенциального электромагнитного поля создавать энергию даёт больше всего энергии для таких ситуаций. Асимметрия работы тоже влияет на итоговые показатели.

Структура у таких установок всегда остаётся одинаковой. В любой конструкции присутствуют следующие части:

• Источник дополнительной энергии. Опора ведётся на поля не потенциального типа.
• Инвертор. Дополняется преобразователем электромагнитной энергии, её энергии, характеристик вольт-амперной и частотной групп.
• Контроллер. Контролирует то, как работает система.
• Накопитель. Для организации хранения в промежутках, запуска энергии инверторного типа.
• Нагрузка.

Работа трансформаторов со сложной схемой ведёт к образованию энергии. Сначала происходит намотка на трубы из пластика. Система строится на последовательности из контуров вторичного, первичного типа.

Кроме того, система дополняется модуляторами и фильтрами, подстроенными контурами. Колебания внутри установки происходят всегда. Из дополнительных функций устройств – генераторы с отдельным управлением. Не ёмкости, а индуктивности приводят к появлению дополнительной энергии.

Вывод

Хоть все и заинтересованы созданием новых видов трансформаторов, но вытеснить классические преобразователи энергии пока не удается. Еще в прошлом разработчики выдвигали смелые теории по поводу того, как можно удешевить электроэнергию, преобразовывая реактивную мощность в активную. Но для достижения этих целей не хватало техники, оборудования или параметров элементов, которые смогли бы обеспечить подобный эффект. Но научно-технический прогресс помогает человечеству получить все новые изобретения, среди которых и трансформатор Кулдошина.

Это устройство уникально тем, что первичная обмотка выполняется с использованием ленточного конденсата, а вторичная осуществляется по стандартной схеме с использованием круглого провода. Но есть возможность и выполнения вторичной обмотки из ленточного конденсатора. Данное изобретение может быть экономически выгодным при условии его правильного составления.