Соединение зигзагом в трехфазного трансформатора

Схема соединения

Соединение зигзагом в трехфазного трансформатора

17 июля 2013.
Категория: Электротехника.

Соединение в зигзаг применяют, чтобы неравномерную нагрузку вторичных обмоток распределить более равномерно между фазами первичной сети и даже при неравномерной нагрузке сохранить магнитное равновесие.

Соединение в зигзаг однофазного трансформатора

рассмотрим на двух типичных примерах.

1. Трансформатор питает трехпроводную сеть, как показано на рисунке 1, а. Вторичная обмотка II разделена на четыре равные части 3, 4, 5 и 6. Последовательно соединены части обмотки: 3 на левом стержне и 6 – на правом стержне, 4 – на правом стержне и 5 – на левом стержне. Таким образом, каждая половина обмотки состоит из двух частей: одна из них – на левом, а другая – на правом стержне.

Рисунок 1. Примеры соединения в зигзаг однофазных трансформаторов.

Допустим самый неблагоприятный случай: нагружена только одна половина вторичной обмотки. Точками на рисунке 1, а показаны начала частей обмотки, стрелками – направления токов. Нетрудно видеть, что ток нагрузки в равной степени влияет на обе половины 1 и 2 первичной обмотки I. Действительно, четверть вторичной обмотки 5 действует на половину 1 первичной обмотки так же, как четверть обмотки 4 действует на половину обмотки 2. Поэтому магнитное равновесие почти не нарушается.

2. Трансформатор питает двухполупериодный выпрямитель по схеме с нулевым выводом. В этом случае вторичные обмотки трансформатора нужно соединить в зигзаг, но, чтобы понять, зачем нужно такое соединение, рассмотрим рисунок 1, б.

На нем показан однофазный трансформатор с двумя вторичными обмотками, между которыми выведена средняя (нулевая) точка 0. Она является отрицательным полюсом выпрямителя. В каждой вторичной обмотке за положительное направление принимается направление от нулевой точки к их наружным концам a и b, что соответственно совпадает с проводящим направлением вентилей В1 и В2.

Направление тока в положительный полупериод показано зелеными стрелками, в отрицательный – желтыми. Неблагоприятная особенность этой схемы состоит в том, что по вторичным обмоткам трансформатора проходит ток одного направления, то есть ток, содержащий не только переменную, но и постоянную составляющие.

Постоянная составляющая насыщает магнитопровод, а насыщение, как объяснено в статье «Понятие о магнитном равновесии трансформатора», нарушает работу трансформатора, увеличивает намагничивающий ток и порождает высшие гармоники.

Можно, однако, так соединить обмотки трансформатора, что и постоянная, и переменная составляющие будут полностью компенсироваться. Такое соединение показано на рисунке 1, в. Рассматривая этот рисунок, нетрудно видеть, что первичная обмотка I трансформатора состоит из двух частей 1 и 2, расположенных на разных стержнях и соединенных параллельно. Вторичная обмотка II соединена в зигзаг.

В положительный полупериод (зеленые стрелки) работает половина вторичной обмотки, причем части 4 (вторичная обмотка) и 2 (первичная обмотка), расположенные на правом стержне, взаимодействуют так же, как части 1 и 5 на левом стержне.

В отрицательный полупериод (желтые стрелки) работает вторая половина вторичной обмотки: взаимодействия частей 1 и 3 на левом стержне и 2 и 6 на правом – одинаковы.

Соединение в зигзаг – звезду трехфазного трансформатора

Первичные обмотки трансформаторов соединены в звезду, вторичные в зигзаг – звезду (рисунок 2, а). Для этого вторичная обмотка каждой фазы составляется из двух половин: одна половина расположена на одном стержне, другая – на другом. Конец, например x1, соединен с концом (а не с началом!) y2 и так далее. Начала a2, b2 и c2 соединены и образуют нейтраль. К началам a1, b1, c1 присоединяют линейные провода вторичной сети. При таком соединении электродвижущие силы (э. д. с.) обмоток, расположенных на разных стержнях, сдвинуты на 120°; векторная диаграмма э. д. с. вторичной обмотки приведена на рисунке 2, б.

Читайте также  Разделка лужение пайка и соединение проводов

Эта векторная диаграмма построена следующим способом. Предположим, что соединены концы x1, y1, c1 и получена диаграмма (рисунок 2, в). Затем предположено, что соединены начала a2, b2, c2. Это соответствует диаграмме на рисунке 2, г, повернутой относительно диаграммы на рисунке 2, в на 180°. Наконец, в соответствии со схемой на рисунке 2, а произведено геометрическое сложение векторов, которые изображены на рисунках 1, в и г.

Рисунок 2. Соединение в зигзаг – звезду трехфазного трансформатора.
Буквами   a1, b1, c1, a2, b2, c2   обозначены   начала   вторичных   обмоток, буквами x1, y1, z1, x2, y2, z2 – их  концы Электродвижущие  силы вторичных  обмоток: e’1, e’2, e’3, e’’1, e’’2, e’’3, линейные напряжения E1, E2, E3

Соединение в зигзаг – звезду дороже соединения в звезду, так как требует большего числа витков. Действительно, при последовательном соединении двух половин обмотки, расположенной на одном стержне, их э. д. с. складываются алгебраически, то есть в данном случае удваиваются. При соединении обмоток, расположенных на разных стержнях, э. д. с. складываются геометрически под углом 120° и дают э. д. с, √3 раз больше одной из них. Следовательно, чтобы получить э. д. с. той же величины при соединении в зигзаг – звезду, нужно на 15% больше витков, чем при соединении в звезду, так как 2 / 1,73 = 1,15.

При соединении в зигзаг – звезду можно получить три напряжения, например 400, 230 и 133 В. Указанные величины относятся к холостому ходу. Под нагрузкой у потребителей напряжения будут ниже, приближаясь к номинальным напряжениям сети 380, 220 и 127 В.

Источник: Каминский Е. А., «Звезда, треугольник, зигзаг» – 4-е издание, переработанное – Москва: Энергия, 1977 – 104с.

Источник: https://www.electromechanics.ru/electrical-engineering/509-connection-scheme-zigzag.html

Соединение зигзагом в трехфазного трансформатора

Соединение зигзагом в трехфазного трансформатора

Это система, объединяющая три источникапеременного тока, ЭДС которых сдвинутыдруг относительно друга на120°.Трансформирование трехфазного токаможно осуществить тремя однофазнымитрансформаторами, соединенными втрансформаторную группу. Обмоткипервичной и вторичной цепей соединяютсяодним из способов: «звезда»,»треугольник», «зигзаг».Рассмотримспособ соединения «звезда».Нарисунке изображена векторная диаграмманапряжений и условное обозначение схемысоединения обмоток трансформатора.

Точка на схеме трансформатора обозначаетконец вектора ЭДС или начало обмотки.При соединении звездой линейные (Iл)и фазные токи (Iф) одинаковы, потомучто для тока, проходящего через фазнуюобмотку, нет иного пути, кроме линейногопровода. Линейные напряжения (Uл)больше фазных (Uф) в  раза.

Соединение в звездувыполняется с нулевым выводом или безнего, что является достоинством схемысоединения

Соединение в «треугольник»:

При соединениитреугольником Uл =Uф,потому что каждые два линейных проводаприсоединены к началу и концу одной изфазных обмоток, а все фазные обмоткиодинаковы. Линейные токи Iл = Iф.Мощностипри соединениях звездой и треугольникомопределяются выражениями:

Полная

активная

реактивная

где  — угол сдвига фаз междунапряжением и током.

Соединение вторичных обмоток трансформатора в зигзаг

Соединение зигзагом применяют чтобынагрузку вторичных обмоток распределитьболее равномерно между фазами первичнойсети, а также для расщепления фаз присоздании многопульсных выпрямителейи в других случаях.

 Для соединениязигзагом вторичная обмотка каждой фазысоставляется из двух половин: однаполовина расположена на одном стержне,другая — на другом. Конец полуобмотк,например х1 соединен с концомy2 и т.д. Начала полуобмоток а2,в2 и с2 соединены иобразуют нейтраль.

К началам а1,в1, с1 присоединяют линейныепровода вторичной сети. При такомсоединении э.д.с. обмоток, расположенныхна разных стержнях, сдвинуты на угол1200.

Вектор E3 являетсясуммой двух векторов e''3 иe''1 .Вектор e''1 параллелен e'1 ипротивоположен по направлению. Векторe'3 совпадаетс направлением фазы с. Угол поворота jвектора ЭДС вторичной цепи по отношениюк первичной зависит от соотношениявитков W21/W22.

Конструкция трехфазных трансформаторов

Трехфазные трансформаторы изготавливаютсяв виде отдельных однофазных трансформаторов,объединенных в группу при повышенноймощности (свыше 60000 кВА). Такой тип получилназвание — трансформатор с раздельноймагнитной системой. Трансформатор, укоторого обмотки расположены на трехстержнях, называется трансформаторомс объединенной магнитной системой.

В трехстержневом трансформаторевследствие магнитной несимметриимагнитопровода, намагничивающие токиотдельных фазных обмоток не равны:намагничивающие токи крайних фаз (IОА иIОС) больше тока средней фазы(IОВ).

Читайте также  Соединение нихромовой спирали

Дляуменьшения магнитной несимметриитрехстержневого манитопровода, т.е.уменьшения магнитного сопротивленияпотокам крайних фаз, сечение ярма делаютбольше.

 Коэффициенттрансформации n

Автотрансформатор– трансформатор, имеющий непосредственнуюсвязь между обмотками.

Суммарное напряжение второй обмоткискладывается из 2х участков.

Такой трансформатор повышающий.

С праведливы уравнения равновесияЭДС для первичной и вторичной обмоток,а также уравнения равновесия магнитодвижущейсилы:

U 1=-E1+I1R1

U2=-E2+I2R2

или

I1W1= I0W1- I2W2 илиI1= I0-n21I2

Номинальная мощность трансформатора:

SH=UвнIвн=(U1+U2)I2=U1I2+U2I2

Достоинства автотрансформаторазаключатся в том что чем ближе коэффициенттрансформации к 1, тем меньше доля ЭМмощности в номинальной мощностиавтотрансформатора и его габариты имасса по сравнению с обычным трансформаторомтой же мощности. Понятно, что при тех жеЭМ нагрузках потери в автотрансформаторебудут меньше чем в обычном. Меньшимибудут и изменения напряжения на нагрузкепри изменении через нее тока.

Недостатки: В системах электропитанияаппаратуры телекоммуникаций, где длянормальной работы оборудования необходимозаземлять один из полюсов нагрузки,невозможно из-за гальванической связимежду обмотками.

  1. Выпрямительные устройства структурная схема, классификация, основные параметры. Однофазные схемы выпрямления: однополупериодная и двухполупериодная со средней точкой трансформатора. Принцип действия, кривые напряжения и тока, основные расчетные соотношения.

Выпрямительным устройствомназывается статический преобразовательнапряжения переменного тока в постоянный.В общем случае выпрямитель, работающийна нагрузку RH, состоит из трансформатора Т, выпрямителя(вентилей) ВЗ и сглаживающего фильтраСФ. Структурная схема:

Как видно изструктурной схемы любое выпрямительноеустройство может быть охарактеризовановнешними электрическими параметрами.

По входу:

[В]; ;f[гЦ][В]; ;f[гЦ]

 -амплитуды.                                             (1)

мощность                                                             (2)

По выходу:

[А][Вт]                                                                               (4)

 -коэффициентпульсации                                              (5)

В дополнение кхарактеристикам по входу и выходу каждоеВУ характеризуется КПД:

                                                                        (6)

ВУ, построенные на неуправляемыхвентилях, классифицируются по следующимпризнакам:

  • характеру нагрузки – работающие на активную, емкостную и индуктивную нагрузки;
  • режиму работы нагрузки – работающие на непрерывную и импульсную нагрузки;
  • числу фаз питающей сети – однофазные и трехфазные;
  • числу фаз вторичной обмотки трансформатора – однофазные и многофазные;
  • числу используемых полупериодов напряжения – одно- и двухпоупериодные;
  • по тому, сколько раз за период работает каждая фаза вторичной обмотки трансформатора, — однотактные и двухтактные.

Простейшейсхемой выпрямителя является однофазнаяоднополупериодная схема.

Трансформатор  играетдвойную роль: он служит для подачи навход выпрямителя ЭДС ,соответствующей заданной величиневыпрямленного напряжения  иообеспечивает гальваническую развязкуцепи нагрузки и питающей сети.

Параметры,относящиеся к цепи постоянного тока,то есть к выходной цепи выпрямителя,принято обозначать с индексом  (отанглийского слова direct – прямой):  –сопротивление нагрузки;  –мгновенное значение выпрямленногонапряжения;  –мгновенное значение выпрямленноготока.

Благодаря односторонней проводимостивентиля ток в цепи нагрузки будетпротекать только в течение одной половиныпериода напряжения на вторичной обмоткетрансформатора, что определяет и названиеэтой схемы. Соотношения между основнымипараметрами найдем при следующихдопущениях:

  1. Активным и индуктивным сопротивлением обмоток трансформатора пренебрегаем;

  2. Нагрузка имеет чисто активный характер;

  3. Вентиль VD идеальный;

  4. Током намагничивания трансформатора пренебрегаем;

  5. ЭДС обмотки трансформатора синусоидальна: , где  – действующее значение ЭДС; ; .

Максимальное значение обратногонапряжения на вентиле

Источник: https://1000eletric.com/soedinenie-zigzagom-v-trehfaznogo-transformatora/

Обзор подключения трансформатора ZigZag — Трансформеры — 2020

Соединение зигзагом в трехфазного трансформатора

Zigzag Grounding Transformer (Post Glover Resistors, Inc.)

Зигзагообразное соединение транформатора также называется взаимосвязанным звездным соединением. Это соединение имеет некоторые особенности Y и Δ соединений, объединяя преимущества обоих.

Зигзагообразный трансформатор содержит шесть катушек на трех ядрах. Первая катушка на каждом сердечнике соединена противоположно ко второй катушке на следующем сердечнике. Затем вторая катушка соединяется вместе, образуя нейтраль, и фазы соединяются с первичными катушками.

Таким образом, каждая фаза соединяется между собой, и напряжения отключаются. Таким образом, через нейтральный полюс будет незначительный ток, и он может быть подключен к земле

Одна катушка — внешняя катушка, а другая — внутренняя катушка. Каждая катушка имеет такое же количество витков обмотки (коэффициент поворота = 1: 1), но они наматываются в противоположных направлениях.

Соединения катушек трансформатора ZigZag

Катушки трансформатора подключаются следующим образом:

  • Внешняя катушка фазы a1-a связана с внутренней катушкой фазы c2-N
  • Внешняя катушка фазы b1-b соединена с внутренней катушкой фазы a2-N
  • Внешняя катушка фазы c1-c соединена с внутренней катушкой фазы b2-N
  • Внутренние катушки соединены вместе, образуя нейтральную и связанную с землей
  • Внешние катушки соединены с фазами a1, b1, c1 существующей дельта-системы.
Читайте также  Соединение светодиодной ленты с блоком питания

Если к трем клеммам применены три тока, равные по величине и фазе, то ампер-витки обмотки a2-N отменяют ампер-витки обмотки b1-b, ампер-обороты обмотки b2-N отменяют амперные обороты обмотки c1-c, а ампер-витки обмотки c2-N отменяют амперные обороты обмотки a1-a . Таким образом, трансформатор позволяет трехфазным токам легко протекать к нейтрали.

Если к трем клеммам применяются три тока, равные по величине, но не равные 120 ° друг другу, то ампер-витки в обмотках не могут быть отменены, а трансформатор ограничивает ток до пренебрежимого уровня тока намагничивания. Поэтому зигзагообразная обмотка обеспечивает легкий путь для токовых токов, но не позволяет потоку токов на 120 ° не совпадать друг с другом.

При нормальной работе системы магнитный поток внешней и внутренней катушечной обмотки будет отменять друг друга, и только нейтральный ток будет протекать в нейтрали зигзагообразного трансформатора.

При замыкании фазы на землю магнитный поток катушки зигзагообразного трансформатора больше не равен в неисправной линии. Это позволяет использовать нулевую последовательность.

Если одна фаза или более неисправностей на землю, напряжение, приложенное к каждой фазе трансформатора, больше не находится в равновесии; потоки в обмотках больше не противоречат. ( Используя симметричные компоненты, это I a0 = I b0 = I c0 . ) Ток нулевой последовательности (замыкания на землю) существует между нейтралью трансформаторов и фазой неисправности.

Следовательно, цель зигзагообразного трансформатора — обеспечить обратный путь для замыканий на землю на дельта-подключенных системах. При незначительном токе в нейтральной среде при нормальных условиях инженеры обычно выбирают под размер трансформатора; применяется кратковременный рейтинг. Убедитесь, что импеданс не слишком мал для необходимого ограничения.

Импеданс может быть добавлен после суммирования вторичных данных (путь 3I o )

Нейтраль, образованная зигзагообразной связью, очень стабильна. Поэтому этот тип трансформатора, или, в некоторых случаях, автотрансформатор, очень хорошо подходит для установления нейтрали для необоснованной 3-фазной системы.

Много раз этот тип трансформатора или автоматического трансформатора будет иметь довольно большой рейтинг, но физически относительно небольшой. Это особенно относится к заземлению. Причина этого небольшого размера в отношении номинальной цены KVA связана с тем, что многие типы трансформаторов заземления рассчитаны на 2 секунды. Это основано на времени для работы устройства защиты от перегрузки по току, такого как прерыватель. Зигзагообразные трансформаторы использовались для уменьшения размеров систем приводных двигателей из-за наличия устойчивой формы волны. Другие средства теперь более распространены, например, 6-фазная звезда.

Преимущества трансформатора Zig-Zag

Соединение Δ -zigzag обеспечивает те же преимущества, что и соединение Δ-Y.

Меньше затрат на заземление Цель

Подавление третьей гармоники

Изоляция заземления

Без смещения фазы

Ссылка на заземление

Иногда инженеры-электрики используют комбинацию YD и зигзагообразных обмоток для достижения векторного сдвига фазы. Например, электрическая сеть может иметь сеть передачи трансформаторов звезды / звезды напряжением 220 кВ / 66 кВ с дельта / звездой 66 кВ / 11 кВ для распределительной сети высокого напряжения.

Если преобразование требуется непосредственно между сетью 220 кВ / 11 кВ, наиболее очевидным вариантом является использование звезды / дельта 220 кВ / 11 кВ. Проблема в том, что дельта-11 кВ больше не имеет опорную точку заземления.

Установка зигзагообразного трансформатора вблизи вторичной стороны трансформатора 220 кВ / 11 кВ обеспечивает необходимую опорную точку земли.

В качестве заземляющего трансформатора

Возможность предоставления маршрута для токовых импульсов позволяет нам использовать зигзагообразное соединение как банк заземления, который является одним из основных приложений для этого соединения.

Мы редко используем зигзагообразные конфигурации для типичного промышленного или коммерческого использования, потому что они дороже конструкции, чем обычные трансформаторы, подключенные Star. Но зигзагообразные соединения полезны в специальных приложениях, где обычные трансформаторные соединения не эффективны.

D или Y / ZigZag используются в несимметричной низковольтной системе — в основном с однофазными приборами

ПОИСК: Статьи, программное обеспечение и руководства

Источник: https://ru.electronics-council.com/zigzag-transformer-connection-overview-68747