Каково применение трансформаторов с группами соединения D/Y?

В трехфазном трансформаторе одна сторона первичной или вторичной обмотки всегда соединяется в треугольник (D). Это делается для избежания присутствия компонентов третьей гармоники в основном магнитном потоке, тем самым снижая вихревые токи и локальный нагрев, а также повышая эффективность и надежность трансформатора. Чтобы понять принцип, необходимо сначала разобраться в основах трехфазных трансформаторов.

1. Существует два типа трехфазных трансформаторов:

Первый — групповой трехфазный трансформатор (Рисунок 1):

Второй — трехфазный стержневой трансформатор (Рисунок 2):

Групповой трехфазный трансформатор состоит из трех однофазных трансформаторов, соединенных обмотками для образования трехфазного трансформатора. Его особенность заключается в том, что трехфазные электромагнитные цепи независимы, и поток третьей гармоники может свободно протекать. Крупные трехфазные трансформаторы редко используют этот групповой тип, поэтому он не будет рассматриваться далее.

Мощные силовые трансформаторы обычно представляют собой трехфазные стержневые трансформаторы. Их особенность в том, что трехфазные магнитные цепи взаимосвязаны. Для магнитной цепи трехстержневого сердечника не существует прямого пути для потока третьей гармоники. Следовательно, поток третьей гармоники может образовывать замкнутый контур только через цепь рассеяния, например, через корпус трансформатора. Корпус трансформатора обычно изготавливается из стальных листов, и наличие потока третьей гармоники вызывает сильный нагрев.

Путь магнитной цепи третьей гармоники в трехфазном стержневом трансформаторе (Рисунок 3)

2. Формы сигналов напряжения (потенциала), тока возбуждения и магнитного потока при различных структурах магнитной цепи и электрической цепи.

2.1 Синусоидальный ток возбуждения создает магнитный поток с уплощенной вершиной (Рисунок 4).

При насыщении сердечника: когда магнитный поток представляет собой волну с уплощенной вершиной, намагничивающий ток является синусоидальным.

2.2 Пиковый ток возбуждения создает синусоидальный магнитный поток (Рисунок 5).

Форма сигнала тока возбуждения холостого хода.

2.3 Как волны с уплощенной вершиной, так и пиковые волны могут быть разложены на основную гармонику и третью гармонику (Рисунок 6).

Форма сигнала электродвижущей силы холостого хода трехфазного трансформатора. При насыщении магнитной цепи для получения синусоидального магнитного потока ток возбуждения должен иметь пиковую форму.

При насыщении магнитной цепи, если ток возбуждения синусоидальный, основной магнитный поток имеет форму волны с уплощенной вершиной.

3. Разобравшись с вышеуказанными основами, перейдем к анализу. Если обе стороны — первичная и вторичная — соединены в звезду (Y), то для третьей гармоники тока нет пути. Следовательно, при соединении Y/Y ток возбуждения может быть только синусоидальным. Этот синусоидальный ток возбуждения может создавать только магнитный поток с уплощенной вершиной, который можно разложить на основной поток и поток третьей гармоники.

Эти потоки третьей гармоники в основном магнитном поле равны по величине и фазе. Они не могут замкнуться через сердечник и могут образовывать контуры только в цепи магнитного рассеяния, например, в масле, стенках бака и ярме, создавая вихревые токи, вызывая локальный нагрев и снижая эффективность трансформатора.

Поэтому мощные и высоковольтные трехфазные трансформаторы не подходят для соединений Y/Y.

Напротив, когда обмотки соединены по схеме треугольник/звезда (D/Y) или звезда/треугольник (Y/D), обеспечивается путь для замыкания компонента третьей гармоники тока возбуждения в соединении треугольником на первичной или вторичной стороне. Следовательно, ток возбуждения в обмотке, соединенной треугольником, имеет пиковую форму. Пиковый ток поддерживает синусоидальность основного магнитного потока без компонента третьей гармоники.

Особенно при соединении обмоток по схеме Y/D, хотя третья гармоника в токе возбуждения первичной стороны не может пройти, во вторичной обмотке, соединенной треугольником, генерируется циркулирующий ток третьей гармоники. Этот циркулирующий ток вместе с синусоидальным током возбуждения на первичной стороне обеспечивает синусоидальность основного магнитного потока, тем самым избегая локального нагрева, вызванного вихревыми токами третьей гармоники.

В итоге, первичные или вторичные обмотки трехфазного трансформатора соединяются в треугольник, чтобы обеспечить максимально возможную синусоидальность основного магнитного потока, избегая проблем вихревых токов и нагрева, вызванных третьими гармониками, тем самым повышая эффективность работы и надежность трансформатора.