Az áramváltók a váltakozó áramú elektromos hálózat kulcsfontosságú elemei közé tartoznak . Ezek a gyakorlatban háromfázisúak. A transzformátorok tekercsei , függetlenül attól, hogy egy háromfázisú transzformátor esetén ugyanabban a tartályban vannak-e, vagy 3 egyfázisú transzformátor között vannak elosztva, különböző módon köthetők egymáshoz és a hálózat három fázisához. Ezeket a különböző kapcsolatokat csatolásnak nevezzük . A három lehetséges összekapcsolás: csillag, háromszög és cikk-cakk. A transzformátor tengelykapcsolója az elsődleges, a másodlagos vagy akár a harmadlagos oldalon lévő tengelykapcsoló kombinációját jelenti. A transzformátor kapcsolását a primer kapcsolásával kezdjük. Ha az elsődleges csillagban van, a másodlagos pedig a delta-ban, akkor ez csillag-delta-kapcsolatot eredményez. A tengelykapcsolók különböznek egymástól a feszültség és az áram tekintetében, amelyet a tekercseknek el kell viselniük, a semleges pont jelenléte vagy sem, valamint a nulla szekvencia impedancia . Ez utóbbi választható magasnak az aszimmetrikus rövidzárlat korlátozása érdekében, vagy alacsonynak az egészséges fázisok túlfeszültségének korlátozása érdekében aszimmetrikus hibák esetén. A nulla szekvencia-impedancia csökkentésére megoldást jelent egy harmadik, delta-ba kapcsolt tekercs hozzáadása, amely ráadásul szimmetrálja a rövidzárlati áramokat.
A csillagkapcsolatban a háromfázisú transzformátor minden fázistekercselése egy közös ponthoz (semleges ponthoz) csatlakozik, amelyet földelhet, vagy nem. A másik vég csatlakozik a megfelelő vonal terminálhoz. A tekercsek közötti feszültség a fázis-fázis feszültség elosztva . A tekercseken átfolyó áram a vonaláram. Y betű képviseli.
Csillag-csillag transzformátor szimbóluma
A csillagcsatlakozás elektromos diagramja
A delta csatlakozásnál a háromfázisú transzformátor fázistekercselésének összekapcsolását zárt áramkör elérése érdekében hajtják végre. A tekercsek közötti feszültség a fázis-fázis feszültség. A tekercseken átfolyó áram a vonaláram osztva . D vagy Δ betű képviseli. Nem lehet megalapozni.
A háromszög-csillag transzformátor szimbóluma
A háromszög kapcsolatának rajza
Két tekercselő szakaszból álló tekercsek összekapcsolása, az első szakasz csillaggal, a második pedig az első szakasz és a vezeték sorkapcsai között sorosan csatlakozik: a két szakasz úgy van elrendezve, hogy a második szakasz minden fázisa különböző transzformátoroszlopra van tekerve attól az első szakasztól, amelyhez kapcsolódik. Z betű képviseli. Egyesíti a csillag és a háromszög összekapcsolásának néhány előnyét. Így ugyanúgy földelhető, mint a csillagkapcsolat.
Csillag-cikkcakk transzformátor szimbóluma
Cikk-cakk kapcsolási rajz
A delta kapcsolathoz hasonlóan a cikk-cakk kapcsolat is kiküszöböli a harmadrendű harmonikusokat, a csillagkapcsolathoz hasonlóan semleges pontot, ezért egy végtelen nulla szekvencia impedanciát kínál. Hiányosságai között viszonylag összetett az építése.
A transzformátor primerje egy kapcsolás szerint van összekötve, csakúgy, mint a szekunder, a kettő kombinációja a transzformátor összekapcsolása. A kapcsolási szimbólum a tekercsek kapcsolási módjait és a relatív fáziseltolódásokat jelöli, betűk és óránkénti index (ek) kombinációjával kifejezve. A nagybetű a transzformátor nagyfeszültségét jelöli. A kisbetű a transzformátor alacsony feszültségét jelöli. Az „n” a semleges kimenetet jelenti a szekundernél (csillag vagy cikk-cakk kapcsolás). A kapcsolási index egészíti ki egy „időindex”, amely megadja, a 30 ° -os lépésekben , az idő fáziseltolás a 12 th viszont (mint egy órát) közötti az elsődleges és a másodlagos a transzformátor (például: 11 = 11 × 30 ° = 330 ° az óramutató járásával megegyező vagy 30 ° az óramutató járásával ellentétes irányban).
Például egy „Dyn11” kapcsolási index ezért meghatároz egy transzformátort, amely a következőket tartalmazza:
A leggyakrabban használt kapcsolók Németországban: YNy0, Yzn5, YNd5, YNd11, Dyn5.
A csillagkapcsolatnak a következő előnyei vannak:
A háromszög csatlakozásnak a következő előnyei vannak:
És a következő hátrányok:
A cikk-cakk kapcsolatnak a következő előnyei vannak:
A különféle tengelykapcsolók előnyei és hátrányai függnek felhasználásuktól.
A Fortescue transzformációt a kiegyensúlyozatlan háromfázisú elektromos rendszerek elemzésének egyszerűsítésére használják . A háromfázisú rendszert a következőkre bontja:
A háromfázisú rendszer (a, b és c) feszültségének és áramerősségének nulla szekvenciakomponensét a Fortescue mátrix segítségével számítják ki:
Amennyiben egy olyan komplex szám a modul 1 és argumentum : . Tehát a kiegyensúlyozott rendszer érdekében:
A Fortescue transzformációt elsősorban a rövidzárlati áramok kiszámítására használják .
RövidzárlatAszimmetrikus rövidzárlat esetén az áram értékének meghatározásához elengedhetetlen a rendszer nulla szekvenciájú impedanciájának ismerete. Egyfázisú hiba esetén tehát az áram egyenlő , ahol U n a hálózat névleges feszültsége, feszültségtényező a feszültség értékére elfogadott tűrések szerint, Z d a feszültség közvetlen impedanciája a rendszer, Z i, amely közvetett, és Z 0 a nulla szekvencia.
A mágneses tér forgásiránya, amely nincs hatással a transzformátor viselkedésére, közvetlen és közvetett impedanciájuk megegyezik: Z d = Z i .
Az elektromos transzformátor nulla szekvenciájú impedanciája csatolásától és mágneses áramkörétől függ. A magas nulla szekvencia impedancia lehetővé teszi a rövidzárlat áramának korlátozását, azonban ez aszimmetrikus hibák során túlfeszültséget okoz az egészséges fázisokban.
A két tekercselésű transzformátor közvetlen impedanciája modellezhető egy T-modell segítségével, az ellentétes ábra szerint. a fő impedancia, más néven mágnesező impedancia. Az elsődlegeshez kapcsolt mennyiségeket I-vel , a másodlagoshoz II-t jelöljük . Egy másik széles körben elterjedt konvenció az 1 vagy a p elsődleges és egy s 2 másodlagos nagyságának jelölése. A két feltüntetett tekercs közötti rövidzárlat vagy szivárgás impedancia két részre oszlik az elsődleges és a másodlagos számára. Csökkentve elsődlegesre, ha a rövidzárlat impedanciáját százalékban jegyezzük kisbetűvel , akkor:
Hol van a primer tekercs névleges feszültsége és a transzformátor látszólagos ereje.
A fő impedancia több nagyságrenddel nagyobb, mint a rövidzárlat impedanciája.
Amint azt egy transzformátor esetében már jeleztük, Z d = Z i . Ez azt jelenti, hogy és . Általában Z d nem egyenlő Z 0-val . A két fő tekercs közötti nulla szekvenciájú rövidzárlat-impedancia azonban általában csak kismértékben tér el az előremenő impedanciától. Ez a különbség 10% és 20% közötti nagyságrendű, a tekercsek helyzetétől függően. Ha azonban további induktorokat csatlakoztatnak egy delta kapcsolatba, akkor annak nulla szekvencia impedanciája sokkal nagyobb lesz.
Feltárt kapcsolatok eseteA nulla szekvenciaáram nem léphet be és nem léphet ki egy delta kapcsolatban, valamint egy olyan csillag- és cikk-cakk kapcsolatban, amelynek semleges nincs földelve. Valójában a rendszerbe belépő áramnak el kell hagynia. A jelen lévő egyetlen három áram azonban a három fázisé. Tehát automatikusan megvan; . A nulla szekvencia impedancia a földeletlen transzformátor oldaláról nézve ebben az esetben végtelen. Az egyik ezt az esetet nyitott áramkörrel modellezi.
A nulla szekvenciaáram nem léphet be egy megalapozatlan, csillaggal összekötött tekercsbe
A nulla szekvenciaáram nem léphet be egy delttel összekötött tekercsbe
A nulla szekvenciaáram indukálható egy delttel összekötött tekercsben, de akkor nem jön ki.
Nulla szekvenciaáramok indukálhatók delta összefüggésben. A delta tekercsen áthaladó fázis-fázis feszültség a zárt delta-kapcsolás miatt automatikusan nullával egyenlő összeget eredményez. A delta tekercs tehát rövidzárlatot jelent a nulla szekvencia komponens számára, ezért csak a rövidzárlat impedanciáit kell figyelembe venni a nulla szekvencia impedancia kiszámításakor. Ezután a tekercsekben forognak anélkül, hogy befolyásolnák a hálózatot. Az a nulla szekvencia fluxus, amelyet a magban indukál, kompenzálja a többi tekercsből származó áramot.
A delta kapcsolat rövidzárlatos nulla szekvenciaáram esetén
A mágnesesen a többi tekercshez nem kapcsolt tekercsek beépíthetők a deltába annak érdekében, hogy korlátozzák a rajta áthaladó nulla szekvenciaáramot
A transzformátor fő impedanciája, más néven mágnesezés, nagy a rövidzárlat impedanciájához képest. Közvetlen és közvetett rendszerekben a legtöbb esetben elhanyagolható az azon áthaladó mágnesezési áram. Nem ez a helyzet a homopoláris rendszerben, ahol például az YNy transzformátoroknál az áramok egyetlen lehetséges útját mutatja be. Két tekercses háromfázisú transzformátor esetén a fő nulla szekvencia impedancia a mágneses mag felépítésétől függ:
A fluxus eloszlása két oszlopos magban a fluxus visszatéréséhez, ha a három fázis kiegyensúlyozott. Az a tény, hogy a különböző fázisok áramlása két részre oszlik, lehetővé teszi a hengerfejek szakaszának felére csökkentését.
A fluxus eloszlása két oszlopos magban a fluxus visszatéréséhez, ha az 1. fázisnak nagyobb a feszültsége és ennélfogva nagyobb a fluxusa
A fluxus eloszlása egy magban letekert oszlop nélkül, ha a három fázis kiegyensúlyozott
A fluxus oszlopa nélküli oszlopban való eloszlása a fluxus visszatérése érdekében, amikor az 1. fázisnak nagyobb a feszültsége és ennélfogva nagyobb a fluxusa. Mivel a nulla szekvencia fluxusa nem keringhet a magban, a transzformátor tartályán keresztül visszatérési utat keres. A mag és a tartály közötti tér légrésként működik.
A két tekercselésű transzformátorok nulla sorrendű impedanciája a tengelykapcsolástól függően az alábbiak szerint modellezhető:
A csillag-csillag transzformátorok nulla szekvenciájú impedanciájának diagramja a földelésük függvényében.
A csillag-delta transzformátor nulla szekvenciájú impedanciájának diagramja a földelésüknek megfelelően.
A csillag-cikk-cakk transzformátorok nulla szekvenciájú impedanciájának diagramja a földelésük szerint (hiányos)
A transzformátorhoz hozzá lehet adni egy harmadik tekercset, amely delttel van összekötve, hogy elérje a nulla szekvenciaáram útját. YNyn transzformátor esetén a csatlakoztatott rendszer nulla szekvencia impedanciájának csökkentésére szolgál (csak aszimmetria esetén, például hiba esetén hasznos) és egyidejűleg a földfeszültség-tényezőt is. Cserébe aszimmetrikus hibák esetén a rövidzárlati áram nő. Ha ez a tekercselés nem kapcsolódik egyetlen fázishoz sem, akkor stabilizációs tekercselésről beszélünk. Használható azonban kisfeszültségű terhelések táplálására. Megjegyezzük , hogy a tengelykapcsoló szimbólumában „+ d” jelű stabilizációs tekercs van .
A stabilizációs tekercseket méretezni kell ahhoz, hogy ellenállhassanak a csatlakoztatott hálózatokban előforduló rövidzárlati áramoknak. A deltába integrált induktivitási tekercsek összekapcsolása (lásd: A nem földelt csatlakozások esete ) lehetővé teszi az indukált hibaáram elfogadható értékre való csökkentését. Hagyományosan a stabilizációs tekercs névleges teljesítményét a főtekercsek egyharmadával választják meg.
T-modellA három tekercses transzformátor közvetlen impedanciája modellezhető egy T-modell segítségével, az ellentétes ábra szerint. Ami a két tekercselésű transzformátort illeti, a fő impedancia, más néven mágnesező impedancia. Már nincs egy, hanem három különálló rövidzárlat-impedancia: az elsődleges és a másodlagos , az elsődleges és a harmadlagos, valamint a másodlagos és a harmadlagos között . Kifejezhetõk a transzformátor impedanciájának százalékában. Levezetni az értékeit , és , tudjuk meg a következő egyenletrendszert:
.Következtethetünk:
.Valójában a harmadik tekercset figyelmen kívül hagyják a közvetlen és közvetett impedanciák kiszámításakor, az átfolyó áram gyenge. Másrészt a nulla szekvencia impedancia kiszámításakor figyelembe veszik.
Nulla szekvencia impedancia modellezése Yyd-kapcsoláshozCsillag-csillag összekapcsolás esetén az elsődleges földeléssel a stabilizációs tekercs nulla szekvenciaimpedanciája párhuzamos a transzformátor fő impedanciájával. Az első sokkal kisebb, mint a második, az egész nulla szekvenciaimpedanciája jelentősen csökken.
A Z 0 nulla szekvenciájú impedancia és a közvetlen Z d impedancia arányát a következő táblázat tartalmazza a különböző konfigurációkhoz:
Mágneses mag típus | Csatolás | |||
---|---|---|---|---|
Yzn5 | YNd vagy Dny | YNy | ÉNy + d | |
3 tekercses oszlop | 0,1-0,15 | 0,7 - 1 | 3 - 10 | 1 - 2.4 |
3 feltekert oszloppal és 2 letekercselt oszloppal | 0,1-0,15 | 1 | 10 - 100 | 1 - 2.4 |
3 egyfázisú transzformátor | 0,1-0,15 | 1 | 10 - 100 | 1 - 2.4 |
Csatlakozások földelt teszi, hogy áram folyjon a 3 th harmonikus (150 Hz ). Valójában a harmadrendű harmonikusok esetében a három fázisból származó áramok összege nem törli egymást: valójában nulla szekvenciaáramok. Az utóbbival kapcsolatos megjegyzések tehát a jelenlegi 3 e harmonikusra vonatkoznak. Például nem léphet háromszög kapcsolatokba.