Трансформатори для перетворення числа фаз

В системах автоматики для живлення виконавчих асинхронних мікродвигунів часто використовується система двофазного струму, яку зручно одержувати з трифазної за допомогою спеціальних трансформаторних схем.

Розповсюджена схема з двох не однакових однофазних трансформаторів Т₁ та Т₂ (рис.2.1,а). Це – Схема Скотта.

а) б)

Рис. 2.1. Перетворення трифазного струму в двофазний: схема Скотта (а); векторна діаграма напруг первинних обмоток (б)

 

В цій схемі точка О розділяє витки первинної обмотки трансформатора Т₂ навпіл. Напруги обмоток трансформаторів Т₁ та Т₂ зсунуті на чверть періоду. Первинні напруги трансформаторів Т₁ та Т₂ співвідносяться, як

,

тобто (рис.2.1, б):

.

Для одержання однакових напруг на вторинних обмотках трансформаторів необхідно, щоб коефіцієнти трансформації співвідносились, як

.

Звичайно обидва трансформатора виконуються з однаковим числом вторинних витків, але первинні витки трансформатора Т₁ мають відпайку на відстані від початку обмотки.

При симетричних двофазних струмах вторинного ланцюга струми трифазного первинного ланцюга також симетричні.

Систему двох напруг, зсунутих у часі на 90^о, можливо одержати, наприклад, з трифазної мережі з нульовим дротом, якщо вважати напругою U_A2ф двофазної системи фазну напругу трифазної мережі (рис.2.2,а), а напругою U_В2ф – лінійну напругу трифазної мережі. Якщо трифазна мережа з нульовим проводом відсутня, то її можливо створити за допомогою трифазного трансформатора (рис.2.2,б).

а) б)

Рис. 2.2. Одержання двофазної системи напруг: при наявності трифазної мережі з нульовим проводом (а), якщо трифазна мережа без нульового проводу (б)

 

Однофазні системи застосовуються в тягових мережах, для живлення електропічних та нагрівальних установок. Шестифазні системи застосовуються в перетворювальних установках, які забезпечують зменшення пульсації спрямленого струму.

Рис. 2.3. Перетворення трифазної системи на шестифазну

 

В потужних турбогенераторах для зменшення струму в паралельній гілці обмотки статора застосовується шестифазна обмотка. Шестифазна система напруг перетворюється трансформатором, який працює у блоці з турбогенератором, у трифазну систему.

Рис. 2.4. перетворення трифазної системи напруг на 12-фазну

 

Перетворення трифазної системи напруг у шестифазну виконується за схемою (рис.2.3). Шестифазна система в тристрижневому трансформаторі одержується за рахунок вторинної обмотки з середньою точкою. Для одержання з трифазної системи 12-фазної з тристрижневим трансформатором застосовується схема зірка-подвійний зигзаг (рис.2.4).

Схема зірка-подвійний зигзаг (рис.2.5) виконується таким чином. Первинна обмотка трансформатора з’єднана зіркою, а кожна фаза вторинної обмотки поділена на три рівні частини, з’єднані між собою зигзагом.

 

а) б)

Рис. 2.5. Трансформатор для випрямляча: з’єднання за схемою зірка-подвійний зигзаг (а); діаграми ЕРС (б)

 

Таким чином, наприклад, кінець частини а₁, розміщений на стержні А, з’єднаний з кінцями а₂ й а₃, які розміщені на стрижнях В та С. На рис.2.5,б побудована діаграма ЕРС у такій схемі трансформатора. Вторинна обмотка намотується в протилежний відносно первинної обмотки бік. Відповідно зірка ЕРС а₁-b₁-c₁

повернута відносно зірки А-В-С на 180^о. ЕРС частин а₂ й а₃ геометрично віднімаються від ЕРС а₁, оскільки частини обмоток з’єднуються своїми кінцями. Те ж саме буде й у інших фазах. Результати геометричного віднімання подані на рис.2.5,б. В цілому напруги 01÷06 створюють симетричну шестифазну систему, в котрій напруги 01÷06=U₂, де U₂ – напруга між нулем та вихідним затискачем трансформатора.

Можливе застосування й інших схем. Наприклад, при шестистержневій конструкції трансформатора за схемою зірка з середньою точкою перетворення 6/12 аналогічне до перетворення 3/6.

В трансформаторах числа фаз, як і в звичайних трансформаторах, енергія може передаватися з первинної обмотки до вторинної або навпаки. Тому перетворювачі числа фаз можуть перетворювати трифазну систему напруг у багатофазну або навпаки.