Nguyên lý hoạt động và thiết bị của máy biến áp ba pha

Dòng điện ba pha có thể được biến đổi bằng ba máy biến áp một pha hoàn toàn riêng biệt. Trong trường hợp này, các cuộn dây của cả ba pha không được kết nối từ tính với nhau: mỗi pha có mạch từ riêng. Nhưng cùng một dòng điện ba pha có thể được biến đổi bằng một máy biến áp ba pha, trong đó các cuộn dây của cả ba pha được kết nối từ tính với nhau, vì chúng có mạch từ chung.

Để làm rõ nguyên lý hoạt động và thiết bị của máy biến áp ba pha, hãy tưởng tượng ba máy biến áp một pha, được gắn với nhau sao cho ba thanh của chúng tạo thành một thanh trung tâm chung (Hình 1). Trên mỗi thanh trong số ba thanh còn lại, cuộn dây sơ cấp và thứ cấp được đặt chồng lên nhau (trong Hình 1, cuộn dây thứ cấp không được hiển thị).

Giả sử rằng các cuộn sơ cấp trên tất cả các chân của máy biến áp hoàn toàn giống nhau và được quấn theo cùng một hướng (trong Hình 1, các cuộn sơ cấp được quấn theo chiều kim đồng hồ khi nhìn từ trên xuống).Chúng tôi kết nối tất cả các đầu trên của cuộn dây với trung tính O và đưa các đầu dưới của cuộn dây vào ba đầu của mạng ba pha.

Bức tranh 1.

Các dòng điện trong cuộn dây của máy biến áp sẽ tạo ra các từ thông thay đổi theo thời gian, mỗi từ sẽ đóng trong mạch từ riêng của nó. Trong thanh hỗn hợp trung tâm, các từ thông tổng cộng sẽ bằng 0 vì các từ thông này được tạo ra bởi dòng điện ba pha đối xứng, liên quan đến dòng điện mà chúng ta biết rằng tổng các giá trị tức thời của chúng luôn bằng không.

Ví dụ, nếu dòng điện trong cuộn dây AX I là lớn nhất và diễn ra như chỉ dẫn trong hình. 1 hướng thì từ thông sẽ bằng giá trị lớn nhất Ф của nó và hướng vào thanh composite từ trên xuống dưới. Ở hai cuộn dây BY và CZ còn lại, các dòng điện I2 và Az3 tại cùng một thời điểm bằng một nửa cường độ dòng điện cao nhất và ngược chiều cường độ dòng điện trong cuộn dây AX (đây là tính chất của ba- dòng điện pha). Vì lý do này, trong các thanh của cuộn dây BY và CZ, từ thông sẽ bằng một nửa từ thông cực đại và trong thanh tổng hợp trung tâm, chúng sẽ có hướng ngược lại với từ thông của cuộn AX. Tổng các luồng tại thời điểm được đề cập bằng không. Điều tương tự cũng xảy ra với bất kỳ khoảnh khắc nào khác.

Không có dòng chảy trong thanh trung tâm không có nghĩa là không có dòng chảy trong các thanh khác. Nếu chúng ta phá hủy thanh trung tâm và nối các ách trên và dưới thành các ách chung (xem Hình 2), thì từ thông của cuộn dây AX sẽ tìm đường đi qua lõi của các cuộn dây BY và CZ, và lực từ của các cuộn dây này cuộn dây sẽ cộng với sức từ động của cuộn dây AX. Trong trường hợp này, chúng ta sẽ có một máy biến áp ba pha có mạch từ chung cho cả ba pha.

Hình 2.

Do dòng điện trong các cuộn dây lệch pha 1/3 chu kỳ nên từ thông do chúng sinh ra cũng lệch pha 1/3 chu kỳ, tức là giá trị lớn nhất của từ thông trong thanh và cuộn dây biến thiên theo nhau sau 1/3 chu kì...

Hệ quả của sự lệch pha của các từ thông trong lõi bằng 1/3 chu kỳ là sự lệch pha như nhau và các suất điện động cảm ứng ở cả cuộn sơ cấp và thứ cấp tác dụng lên các thanh. Các suất điện động của cuộn sơ cấp gần như cân bằng với điện áp ba pha đặt vào.Các suất điện động của cuộn thứ cấp, với sự kết nối chính xác của các đầu cuộn dây, tạo ra điện áp thứ cấp ba pha được đưa vào mạch thứ cấp.

Đối với việc xây dựng một mạch từ, máy biến áp ba pha, giống như một pha, được chia thành các thanh sung. 2. và bọc thép.

Máy biến áp thanh ba pha được phân loại thành:

a) máy biến áp có mạch từ đối xứng và

b) máy biến áp có mạch từ không đối xứng.

Trong bộ lễ phục. Hình 3 mô tả sơ đồ một máy biến áp trượt với mạch từ đối xứng và trong hình. Hình 4 cho thấy một máy biến áp thanh có mạch từ không cân bằng. Như đã thấy ba thanh sắt 1, 2 và 3, được kẹp bên trên và bên dưới bằng các tấm ách sắt. Trên mỗi chân của máy biến áp có các cuộn dây sơ cấp I và thứ cấp II của một pha.

Hình 3.

Trong máy biến áp đầu tiên, các thanh được đặt ở các đỉnh của các góc của một tam giác đều; máy biến áp thứ hai có các thanh trong cùng một mặt phẳng.

Sự sắp xếp của các thanh tại các đỉnh của các góc của một tam giác đều tạo ra các điện trở từ bằng nhau đối với các từ thông của cả ba pha, vì đường đi của các từ thông này là như nhau. Trên thực tế, từ thông của ba pha đi hoàn toàn riêng biệt qua một thanh thẳng đứng và qua hai thanh còn lại một nửa.

Trong bộ lễ phục. 3 đường đứt nét thể hiện các cách đóng từ thông của thanh pha 2. Dễ dàng nhận thấy rằng đối với từ thông của các pha thanh 1 và 3, cách đóng từ thông của chúng hoàn toàn giống nhau. Điều này có nghĩa là máy biến áp đang xét có cùng điện trở từ đối với các từ thông.

Sự sắp xếp của các thanh trong một mặt phẳng dẫn đến thực tế là điện trở từ đối với từ thông của pha giữa (trong Hình 4 cho pha của thanh 2) nhỏ hơn so với từ thông của các pha cuối (trong Hình. 4 — đối với các pha của thanh 1 và 3).

Hinh 4.

Trên thực tế, từ thông của pha cuối di chuyển dọc theo các đường dài hơn một chút so với từ thông của pha giữa. Hơn nữa, dòng chảy của các pha cuối rời khỏi thanh của chúng hoàn toàn đi qua một nửa của ách và chỉ trong nửa còn lại (sau khi phân nhánh ở thanh giữa), một nửa của nó đi qua. Dòng giữa pha ở đầu ra của thanh thẳng đứng ngay lập tức tách thành hai nửa, và do đó chỉ một nửa dòng giữa pha đi vào hai phần của thanh ách.

Do đó, từ thông của các pha cuối bão hòa ách ở mức độ lớn hơn từ thông của pha giữa, và do đó, điện trở từ đối với từ thông của các pha cuối lớn hơn so với từ thông của pha giữa.

Hệ quả của sự bất bình đẳng của điện trở từ đối với từ thông của các pha khác nhau của máy biến áp ba pha là sự bất bình đẳng của dòng điện không tải trong các pha riêng lẻ ở cùng một điện áp pha.

Tuy nhiên, với độ bão hòa sắt ách thấp và lắp ráp thanh sắt tốt, sự bất bình đẳng hiện tại này là không đáng kể. Vì việc chế tạo máy biến áp có mạch từ không đối xứng đơn giản hơn nhiều so với máy biến áp có mạch từ đối xứng, nên những máy biến áp đầu tiên hóa ra hầu hết đều được sử dụng.Máy biến áp mạch từ đối xứng rất hiếm.

Xem xét hình. 3 và 4 và giả sử rằng dòng điện chạy qua cả ba pha, dễ dàng nhận thấy rằng tất cả các pha đều được ghép từ tính với nhau. Điều này có nghĩa là các lực từ của các pha riêng lẻ ảnh hưởng lẫn nhau, điều mà chúng ta không có khi dòng điện ba pha được biến đổi bởi ba máy biến áp một pha.

Nhóm máy biến áp ba pha thứ hai là máy biến áp bọc thép. Một máy biến áp bọc thép có thể được coi là bao gồm ba máy biến áp bọc thép một pha được gắn với nhau bằng một cái ách.

Trong bộ lễ phục. 5 mô tả bằng sơ đồ một máy biến áp ba pha bọc thép có lõi bên trong nằm dọc. Từ hình vẽ, dễ dàng nhận thấy rằng thông qua các mặt phẳng AB và CD, có thể chia thành ba máy biến áp bọc thép một pha, từ thông của chúng có thể được đóng mỗi trong mạch từ riêng của mình. Các đường dẫn từ thông trong hình. 5 được biểu thị bằng các đường đứt nét.

Hình 5.

Như có thể thấy trong hình, ở các thanh dọc ở giữa a, trên đó các cuộn dây sơ cấp I và thứ cấp II cùng pha được đặt chồng lên nhau, toàn bộ từ thông đi qua, trong khi ở các thanh b-b và các bức tường bên, một nửa từ thông đi qua . Ở cùng một cảm ứng, tiết diện của ách và thành bên phải bằng một nửa tiết diện của thanh giữa a.

Đối với từ thông trong các phần trung gian c — c, giá trị của nó, như chúng ta sẽ thấy bên dưới, phụ thuộc vào phương pháp bao gồm pha giữa.

Ưu điểm chính của máy biến áp phần ứng so với máy biến áp thanh là đường đóng của từ thông ngắn và do đó dòng điện không tải thấp.

Nhược điểm của máy biến áp bọc thép bao gồm, thứ nhất, khả năng sửa chữa của cuộn dây thấp do thực tế là chúng được bao quanh bởi sắt, và thứ hai, điều kiện làm mát cuộn dây kém nhất - vì lý do tương tự.

Trong máy biến áp kiểu thanh, các cuộn dây gần như để hở hoàn toàn và do đó dễ tiếp cận hơn để kiểm tra và sửa chữa, cũng như môi chất làm mát.

Máy biến áp ba pha chạy dầu có thùng hình ống: 1 — ròng rọc, 2 — van xả dầu, 3 — xi lanh cách điện, 4 — cuộn dây cao áp, 5 — cuộn dây hạ thế, 6 — lõi, 7 — nhiệt kế, 8 — đầu nối cho điện áp thấp, 9 — cực điện áp cao, 10 — thùng chứa dầu, 11 — rơle gas, 12 — chỉ báo mức dầu, 13 — bộ tản nhiệt.

Chi tiết hơn về thiết bị của máy biến áp ba pha: Máy biến áp - thiết bị và nguyên tắc hoạt động