При з'єднанні обмоток трифазних трансформаторів як двообмоткових, так і триобмоткових застосовують різні схеми з'єднання. Однак в силових трансформаторах як підвищують, так і знижують, головних чином застосовуються схеми з'єднання в зірку, трикутник і зигзаг-зірку. Для практичних цілей в енергосистемах не потрібно великої кількості схем з'єднань обмоток. Так, для потужних трансформаторів застосовується одне з'єднання обмоток ВН і СН в зірку з виведеною нейтраллю (Y0), а для обмоток НН - в трикутник (А).
ГОСТ 12022-66 передбачає для трансформаторів потужністю 25, 40, 63 і 100 кВА з ПБЗ (з перемиканням відгалужень обмотки трансформатора без збудження - т. Е. Після відключення всіх обмоток трансформатора від мережі) і для трансформаторів потужністю 63, 100, 160 і 250 кВА з ПБЗ і РПН (з регулюванням напруги шляхом перемикання відгалужень обмотки трансформатора під навантаженням при наступному поєднанні напруг па стороні ВН і НН (кВ) на стороні обмотки нижчої напруги з'єднання в зигзаг-зірку.
З'єднання в зигзаг - зірку дає можливість при несиметрії навантаження на стороні НН згладжувати на стороні ВН цю нерівномірність. Крім того, схема зигзага допускає мати три напруги, наприклад 127, 220 і 380 е.
Інші схеми з'єднань обмоток для силових трансформаторів застосовуються вкрай рідко. Область застосування таких схем обмежується трансформаторами спеціального призначення (електропічних, для харчування ртутних випрямних установок, для перетворення частоти, числа фаз змінного струму, електрозварювальними і ін.).
а) З'єднання обмоток в зірку
Якщо з'єднати кінці або початку обмоток трьох фаз разом, то вийде з'єднання в зірку. На рис. 3, а показані обмотки НН, з'єднані в зірку. У нульовій точці з'єднані всі кінці обмоток у, z, а до початків а, Ьу с- підводиться напруга від трифазної мережі або генератора. На рис. 3,6 показано той же з'єднання обмоток НН в зірку, але тільки в нульову точку з'єднані інші кінці обмоток, які перш за приєднувалися до мережі. При незалежної один від одного роботі трансформаторів подібне «перевертання» однією з обмоток, з'єднаної в зірку, не має значення, по паралельна робота таких трансформаторів, як це буде доведено далі, неможлива. У зірку можуть бути з'єднані різні обмотки трансформатора як ВН і СН, так і НН. Нульова точка зірки може бути виведена на кришку трансформатора (рис. 3, б).
За схемою зірка або зірка з виведеною нульовою точкою з'єднуються зазвичай обмотки ВН як підвищують, так і понижувальних трансформаторів різної потужності.
Мал. 3. З'єднання обмотки НН в зірку.
а - одна схема з'єднання; б - інша схема з'єднання; в - з'єднання в зірку з виведеною нульовою точкою; г - векторна діаграма лінійних е. д с.
Обмотки ВН при напружених 110 кВ і вище переважно з'єднувати в зірку з виведеною нульовою точкою, що дає можливість заземлення нейтрали. При цьому можна виконати один кінець кожної з фаз, що прилягає до нейтрали, зі зниженою ізоляцією.
Обмотки СН з'єднуються здебільшого за схемою Y0.
Обмотки НН з'єднуються в зірку з виведеною нульовою точкою у понижуючих трансформаторів тоді, коли напруга цієї обмотки 230 або 400 в при потужностях до 560 кВА. У зірку без виведення нульової точки обмотки НН з'єднуються вкрай рідко, наприклад, у понижуючих трансформаторів потужністю 1 000-5 600 кВА при поєднанні напруг обмоток ВН і НН 10 000/6 300 е.
Зазвичай обмотки НН підвищувальних трансформаторів, а також більшої частини понижуючих потужних з'єднуються в трикутник.
Векторна діаграма лінійних е. д. з. для з'єднання обмоток в зірку будується наступним чином. Відкладаємо в масштабі вектор ах (рис. 3, г). Так як ми знаємо, що кінці обмоток л *, //, г електрично з'єднані, то з точки х під кутом 120 ° до ах відкладаємо в тому ж масштабі вектор by. Далі з точки у під кутом 120 ° до вектора by відкладаємо вектор сг.
При з'єднанні обмотки в зірку з виведеною кульової точкою можна отримати два напруги (фазное і лілейне). Якщо вимірювати напругу між нулем і будь-якої фазою, то отримаємо напруги, звані фазними ((Уф). На рис. 3, г вони зображені векторами ха, yb і гс.
Напруги, виміряні між фазами а й ft, b і с, с і а, називаються лінійними (міжфазни-) напруженнями (U). Ці напруги па рис. 5-3, г зображені в масштабі ab, be і са. Так як в трикутнику abx кут між векторами ха і yb дорівнює 120 °, то залежність між лінійним і фазним напруженням буде U = = Uфv3. т. е. лінійна напруга в v3 разів більше фазного. Якщо трансформатор, обмотки НН якого включені в зірку, має лінійну напругу 220 в, то фазну напругу буде:
б) З'єднання обмоток в трикутник
Якщо з'єднати кінець фази а (точку х) з початком фази с, кінець фази з (точка z) з початком фази b і кінець фази b (точка у) з початком фази а, то вийде з'єднання в трикутник (рис. 4, а) . З'єднання в трикутник можна здійснити (рис. 4,6) інакше, поєднуючи кінець фази а з початком фази b, кінець фази b з початком фази з і кінець фази з з початком фази а.
Векторна діаграма лінійних е. д. з. при з'єднанні обмоток в трикутник за схемою рис. 4, а буде рівностороннім трикутником рис. 4, в і р При з'єднанні в трикутник фазні напруги будуть рівні лінійним.
У потужних трансформаторах прийнято одну з обмоток завжди з'єднувати в трикутник. Робиться це з таких міркувань:
Як відомо, що намагнічує струм трансформатора має несинусоїдальну форму, т. Е. Містить вищі гармонійні. Найбільшу питому вагу має третя гармонійна. Якщо все обмотки трансформатора з'єднати в зірку, то третя гармонійна в намагнічуватися струмі утворитися не може, так як вона буде спрямована в усіх фазах однаково: (3 • 120 ° = 360 ° = = 0 °) і тому форма кривої фазного напруги спотвориться, що може привести до небажаних явищ в експлуатації. З цих міркувань прийнято одну з обмоток обов'язково з'єднувати в трикутник. Якщо ж чомусь потрібно побудувати потужний двохобмотувальні трансформатор або автотрансформатор з з'єднанням обмоток зірка - зірка (наприклад, трифазний автотрансформатор), то він забезпечується додатковою третьою обмоткою, з'єднаної в трикутник, яка в деяких випадках може навіть не мати зовнішніх висновків.
Мал. 4. З'єднання обмоток НН в трикутник.
а - перша схема з'єднання обмоток в трикутник, б - друга схема з'єднання обмоток в трикутник; в - вектора лінійних е. д. з фаз a, b і с; г -векторная діаграма лінійних е д с
Зазвичай в трикутник з'єднується обмотка нижчої напруги.
У потужних трансформаторах номінальний струм обмотки НН часто становить кілька тисяч ампер і конструктивно буває легше виконати з'єднання обмотки в трикутник, так як фазний струм при тій же потужності виходить в v 3 разів меншим, ніж при з'єднанні в зірку.
У трикутник з'єднуються обмотки НН всіх підвищувальних і понижувальних двообмоткових і триобмоткових трифазних трансформаторів потужністю 5 600 кВА і більше, знижувальних трансформаторів потужністю до 5 600 кВА, що мають на стороні НН напруги 38,5; 11; 10,5; 6,6; 6,3; 3,3; 3,15 і 0,525 кВ, а також обмотки НН всіх потужних однофазних двообмоткових і триобмоткових трансформаторів, що призначаються для з'єднання в трифазні групи. Обмотки ВН і СН силових підвищувальних і понижувальних трансформаторів зазвичай в трикутник не зливаються.
в) З'єднання обмоток в зигзаг - зірку (рівноплечого і неравноплечіе зигзаг)
Рівноплечого зигзаг може бути отриманий, якщо з'єднати по одній з трьох схем рис. 5, а, бив кінці і початку шести полуобмоток з однаковими числами витків (а отже, і е. Д. Е.), Розташованих по дві полуобмоткі на кожній фазі трансформатора.
Мал. 5. З'єднання обмотки НН в рівноплечого зигзаг.
а-перша схема з'єднання; б - друга схема з'єднання; в - третя схема з'єднання; г - векторна діаграма е. д. з. зірки нижніх полукатушек; д - векторна діаграма лінійних е. д. з.
Побудуємо векторну діаграму з'єднань обмоток в зигзаг згідно зі схемою рис. 5, а. Почнемо побудова з нижніх полуобмоток, з'єднаних в зірку. Векторна діаграма для цих полуобмоток представлена на рис. 5, м. Згідно зі схемою рис. 5, а початок а 'нижньої полуобмоткі електрично пов'язане з кінцем zr верхньої.
Вектор г'с повинен піти в напрямку, протилежному вектору zc ', а тому з точки а'г' (рис. 5, д) відкладаємо вектор zrc в напрямку, протилежному вектору zc '.
Аналогічним чином будуємо вектори інших частин обмоток. Обмотка при з'єднанні в зигзаг зазвичай виконується двошаровою, причому кожен шар має вільні початку і кінці.
Один з шарів обмотки намотують правої намотуванням, інший - лівою. Робиться це для зручності виконання з'єднань в зигзаг. При з'єднанні обмотки в зигзаг ми можемо отримати три різних напруги.
Схема рівноплечого зигзага застосовується для нормальних силових понижуючих трансформаторів, для потужностей 25, 40, 63, 100, 160 і 250 кВА в разі, коли при великій несиметрії навантажень фаз необхідно на боці харчування мати схему зірки.
Неравноплечіе зигзаг виходить, якщо за схемами а, б і в (РПС. 5-5) з'єднати кінці і початку полуобмоток з неоднаковим числом витків. На рис. 6, а і б дано дві схеми з'єднання в неравноплечіе зигзаг при відношенні числа витків в полуобмоткі 1. 2.
Схема неравноплечіе зигзага застосовується іноді іноземними фірмами для трансформаторів спеціального призначення. У нормальних силових трансформаторах наші заводи цю схему не застосовують.
г) З'єднання обмоток по схемі А
Якщо з'єднати обмотки трансформатора, як показано на рис. 7, а, то вийде з'єднання за схемою А. Схему, як це видно з векторної діаграми
Мал. 7. З'єднання обмотки за схемою А.
а - схема з'єднань обмоток; б - векторна діаграма.
(Рис. 7,6), можна уявити як трикутник а'Ьс ', у якого дві сторони А' і cfb мають додаткові витки (а'а і с'с).
Для того щоб отримати з'єднання обмоток, що відповідають векторній діаграмі рис. 7,6, приймають співвідношення числа витків на фазах трансформатора, які повинні відповідати таким трьом умовам:
т. е. обмотка фази з повинна мати 2/3 числа витків обмоток фаз а й b.
Нульовий висновок береться від середини обмотки фази с, і, крім того, число витків додаткових ділянок фаз а й b має бути однаково і складати Уз загального числа витків цих фаз.
Мал. 8. З'єднання обмоток в ковзний трикутник.
а - схема з'єднань обмоток; б-векторна діаграма.
Ця схема не має застосування в нормальних силових трансформаторах і застосовується тільки там, де необхідно мати з'єднання обмоток в трикутник і в той же час потрібно мати нульову точку.
д) З'єднання обмоток в ковзний трикутник
На рис. 8 дані схема з'єднання обмотки і векторна діаграма змінного трикутника. З розгляду схеми видно, що змінюючи положення кінців
а'b'с '(рис. 8, а) і «ковзаючи» ними по обмотці з крайнього верхнього положення до нижнього, можна перейти від трикутника до зірки. При цьому можуть бути отримані всі проміжні положення. Це дає можливість, так само як в схемі неравноплечіе зигзага, мати різні кути зсуву фаз (ф).
Схема змінного трикутника застосовується іноді для трансформаторів, що живлять електричні печі. У силових трансформаторах ця схема не застосовується.