หลักการทำงานและอุปกรณ์ของหม้อแปลงสามเฟส

กระแสสามเฟสสามารถแปลงได้โดยหม้อแปลงเฟสเดียวสามตัวที่แยกจากกันโดยสิ้นเชิง ในกรณีนี้ ขดลวดของทั้งสามเฟสไม่ได้เชื่อมต่อกันด้วยสนามแม่เหล็ก: แต่ละเฟสมีวงจรแม่เหล็กของตัวเอง แต่กระแสสามเฟสเดียวกันสามารถเปลี่ยนได้ด้วยหม้อแปลงสามเฟสหนึ่งตัวซึ่งขดลวดของทั้งสามเฟสเชื่อมต่อกันทางแม่เหล็กเนื่องจากมีวงจรแม่เหล็กร่วมกัน

เพื่อชี้แจงหลักการทำงานและอุปกรณ์ของหม้อแปลงสามเฟส ลองนึกภาพสาม หม้อแปลงเฟสเดียว, ติดเข้าด้วยกันเพื่อให้แท่งทั้งสามประกอบกันเป็นแท่งกลางเดียวกัน (รูปที่ 1) ในแต่ละแท่งที่เหลืออีกสามแท่ง ขดลวดปฐมภูมิและทุติยภูมิจะถูกซ้อนทับ (ในรูปที่ 1 จะไม่แสดงขดลวดทุติยภูมิ)

สมมติว่าขดลวดปฐมภูมิที่ขาทั้งหมดของหม้อแปลงเหมือนกันทุกประการและพันในทิศทางเดียวกัน (ในรูปที่ 1 ขดลวดปฐมภูมิจะพันตามเข็มนาฬิกาเมื่อมองจากด้านบน)เราเชื่อมต่อปลายด้านบนทั้งหมดของขดลวดเข้ากับ O ที่เป็นกลางและนำปลายด้านล่างของขดลวดไปที่ขั้วสามขั้วของเครือข่ายสามเฟส

รูปภาพที่ 1

กระแสในขดลวดของหม้อแปลงจะสร้างฟลักซ์แม่เหล็กที่แปรผันตามเวลา ซึ่งแต่ละกระแสจะปิดในวงจรแม่เหล็กของมันเอง ในแท่งคอมโพสิตกลาง ฟลักซ์แม่เหล็กจะรวมกันเป็นศูนย์เนื่องจากฟลักซ์เหล่านี้ถูกสร้างขึ้นโดยกระแสสามเฟสแบบสมมาตร ซึ่งสัมพันธ์กับที่เรารู้ว่าผลรวมของค่าทันทีของพวกมันเป็นศูนย์ตลอดเวลา

ตัวอย่างเช่น ถ้ากระแสในขดลวด AX I นั้นใหญ่ที่สุดและเกิดขึ้นในรูปที่ระบุ 1 ทิศทาง จากนั้นฟลักซ์แม่เหล็กจะเท่ากับค่าที่ใหญ่ที่สุด Ф และถูกส่งไปยังแกนประกอบส่วนกลางจากบนลงล่าง ในอีกสองขดลวด BY และ CZ กระแส I2 และ Az3 ในเวลาเดียวกันจะเท่ากับครึ่งหนึ่งของกระแสสูงสุดและมีทิศทางตรงกันข้ามกับกระแสในขดลวด AX (นี่คือคุณสมบัติของสาม- กระแสเฟส) ด้วยเหตุผลนี้ ในแท่งของขดลวด BY และ CZ ฟลักซ์แม่เหล็กจะเท่ากับครึ่งหนึ่งของฟลักซ์สูงสุด และในแกนประกอบส่วนกลาง พวกมันจะมีทิศทางตรงกันข้ามกับฟลักซ์ของขดลวด AX ผลรวมของโฟลว์ในขณะนี้เป็นศูนย์ เช่นเดียวกับช่วงเวลาอื่นๆ

การไม่ไหลในแถบตรงกลางไม่ได้หมายความว่าแถบอื่นๆ จะไม่มีการไหล ถ้าเราทำลายแกนกลางและเชื่อมต่อแอกบนและล่างเข้ากับแอกทั่วไป (ดูรูปที่ 2) จากนั้นฟลักซ์ของขดลวด AX จะหาทางผ่านแกนของขดลวด BY และ CZ และแรงแม่เหล็กของสิ่งเหล่านี้ ขดลวดจะบวกกันด้วยแรงแม่เหล็กของขดลวด AX ในกรณีนี้ เราจะได้หม้อแปลงสามเฟสที่มีวงจรแม่เหล็กทั่วไปสำหรับทั้งสามเฟส

รูปที่ 2

เนื่องจากกระแสในขดลวดมีการเลื่อนเฟส 1/3 ของคาบเวลา ฟลักซ์แม่เหล็กที่ผลิตโดยพวกมันจะเลื่อนเวลาไป 1/3 ของคาบด้วย เช่น ค่าสูงสุดของฟลักซ์แม่เหล็กในแท่งและขดลวดตามกันหลังจาก 1/3 ของช่วงเวลา...

ผลที่ตามมาของการเปลี่ยนเฟสของฟลักซ์แม่เหล็กในแกนภายใน 1/3 ของช่วงเวลาคือการเปลี่ยนเฟสเดียวกันและแรงเคลื่อนไฟฟ้าที่เกิดขึ้นทั้งในขดลวดปฐมภูมิและขดลวดทุติยภูมิที่กำหนดบนแท่ง แรงเคลื่อนไฟฟ้าของขดลวดปฐมภูมิเกือบจะสมดุลกับแรงดันไฟฟ้า 3 เฟสที่ใช้ แรงเคลื่อนไฟฟ้าของขดลวดทุติยภูมิที่มีการเชื่อมต่อที่ถูกต้องของปลายขดลวดจะให้แรงดันไฟฟ้าทุติยภูมิสามเฟสซึ่งป้อนเข้าสู่วงจรทุติยภูมิ

สำหรับการสร้างวงจรแม่เหล็กนั้น หม้อแปลงสามเฟส เช่น เฟสเดียว จะถูกแบ่งออกเป็นร็อดมะเดื่อ 2. และหุ้มเกราะ

หม้อแปลงสามเฟสแบ่งออกเป็น:

ก) หม้อแปลงที่มีวงจรแม่เหล็กสมมาตรและ

b) หม้อแปลงที่มีวงจรแม่เหล็กแบบอสมมาตร

ในรูป 3 แผนผังแสดงสไลด์ทรานสฟอร์เมอร์ที่มีวงจรแม่เหล็กสมมาตร และในรูปที่ 4 แสดงหม้อแปลงไฟฟ้าที่มีวงจรแม่เหล็กไม่สมดุล ตามที่เห็นคือเหล็กเส้นสามอัน 1, 2 และ 3 ซึ่งยึดด้านบนและด้านล่างด้วยแผ่นแอกเหล็ก มีขดลวดปฐมภูมิ I และทุติยภูมิ II ของหนึ่งเฟสของหม้อแปลงที่ขาแต่ละข้าง

รูปที่ 3

ในหม้อแปลงตัวแรกแท่งจะอยู่ที่จุดยอดของมุมของสามเหลี่ยมด้านเท่า หม้อแปลงตัวที่สองมีแถบอยู่ในระนาบเดียวกัน

การจัดเรียงของแท่งที่จุดยอดของมุมของสามเหลี่ยมด้านเท่าให้ความต้านทานแม่เหล็กเท่ากันสำหรับฟลักซ์แม่เหล็กของทั้งสามเฟส เนื่องจากเส้นทางของฟลักซ์เหล่านี้เหมือนกัน ในความเป็นจริง ฟลักซ์แม่เหล็กของทั้งสามเฟสจะแยกผ่านแท่งแนวตั้งแท่งหนึ่งโดยสมบูรณ์และผ่านแท่งอีกสองแท่งไปครึ่งทาง

ในรูป 3 เส้นประแสดงวิธีการปิดฟลักซ์แม่เหล็กของแท่งเฟส 2 สังเกตได้ง่ายว่าสำหรับฟลักซ์ของเฟสของแท่ง 1 และ 3 วิธีการปิดฟลักซ์แม่เหล็กจะเหมือนกันทุกประการ ซึ่งหมายความว่าหม้อแปลงที่พิจารณามีความต้านทานแม่เหล็กเท่ากันสำหรับฟลักซ์

การจัดเรียงของแท่งในระนาบเดียวนำไปสู่ความจริงที่ว่าความต้านทานแม่เหล็กสำหรับฟลักซ์ของเฟสกลาง (ในรูปที่ 4 สำหรับเฟสของแท่ง 2) น้อยกว่าสำหรับฟลักซ์ของเฟสสุดท้าย (ในรูปที่ 4 — สำหรับระยะของแท่ง 1 และ 3)

รูปที่ 4

ในความเป็นจริง ฟลักซ์แม่เหล็กของเฟสสุดท้ายเคลื่อนที่ไปตามเส้นทางที่ยาวกว่าฟลักซ์ของเฟสกลางเล็กน้อย ยิ่งกว่านั้น กระแสของระยะปลายที่ออกจากไม้เท้านั้นผ่านไปครึ่งหนึ่งของแอกทั้งหมดและอีกครึ่งหนึ่งเท่านั้น (หลังจากแตกแขนงที่แกนกลาง) ผ่านไปครึ่งหนึ่ง การไหลช่วงกลางที่ทางออกของแท่งแนวตั้งจะแยกออกเป็นสองซีกในทันที และด้วยเหตุนี้การไหลช่วงกลางเฟสเพียงครึ่งเดียวจึงผ่านเข้าสู่สองส่วนของแอก

ดังนั้นฟลักซ์ของเฟสสุดท้ายจึงอิ่มตัวแอกในระดับที่มากกว่าฟลักซ์ของเฟสกลาง ดังนั้นความต้านทานแม่เหล็กสำหรับฟลักซ์ของเฟสสุดท้ายจึงมากกว่าฟลักซ์ของเฟสกลาง

ผลที่ตามมาของความไม่เท่าเทียมกันของความต้านทานแม่เหล็กสำหรับฟลักซ์ของเฟสต่าง ๆ ของหม้อแปลงสามเฟสคือความไม่เท่าเทียมกันของกระแสที่ไม่มีโหลดในแต่ละเฟสที่แรงดันเฟสเดียวกัน

อย่างไรก็ตาม ด้วยความอิ่มตัวของแอกเหล็กต่ำและการประกอบเหล็กร็อดที่ดี ความไม่เท่าเทียมในปัจจุบันนี้จึงแทบไม่มีนัยสำคัญ เพราะ เนื่องจากการสร้างหม้อแปลงที่มีวงจรแม่เหล็กแบบอสมมาตรนั้นง่ายกว่าการสร้างหม้อแปลงที่มีวงจรแม่เหล็กแบบสมมาตรมาก ดังนั้น หม้อแปลงตัวแรกจึงถูกนำมาใช้เป็นส่วนใหญ่ หม้อแปลง วงจรแม่เหล็กแบบสมมาตรนั้นหายาก

พิจารณามะเดื่อ 3 และ 4 และสมมติว่ากระแสไหลผ่านทั้งสามเฟส มันง่ายที่จะเห็นว่าทุกเฟสนั้นเชื่อมต่อกันด้วยแม่เหล็ก ซึ่งหมายความว่าแรงแม่เหล็กของแต่ละเฟสมีอิทธิพลต่อกันและกัน ซึ่งเราไม่มีเมื่อกระแสสามเฟสถูกแปลงโดยหม้อแปลงเฟสเดียวสามตัว

กลุ่มที่สองของหม้อแปลงสามเฟสคือหม้อแปลงหุ้มเกราะ หม้อแปลงหุ้มเกราะสามารถพิจารณาได้ราวกับว่ามันประกอบด้วยหม้อแปลงหุ้มเกราะเฟสเดียวสามตัวที่ยึดเข้าด้วยกันด้วยแอก

ในรูป 5 แผนผังแสดงหม้อแปลงสามเฟสหุ้มเกราะที่มีแกนในแนวตั้ง จากรูป มันง่ายที่จะเห็นว่าผ่านระนาบ AB และ CD มันสามารถแบ่งออกเป็นสามเฟสเดียว หม้อแปลงหุ้มเกราะ, ฟลักซ์แม่เหล็กซึ่งสามารถ ปิดแต่ละอันในวงจรแม่เหล็กของตัวเอง เส้นทางฟลักซ์แม่เหล็กในรูป 5 ระบุด้วยเส้นประ

รูปที่ 5

ดังที่เห็นได้จากรูป ในแท่งแนวตั้งตรงกลาง a ซึ่งขดลวดปฐมภูมิ I และขดลวดทุติยภูมิ II ของเฟสเดียวกันซ้อนทับ ฟลักซ์ทั้งหมดจะผ่านไป ในขณะที่แอก b-b และผนังด้านข้างครึ่งหนึ่งของฟลักซ์ผ่าน . ในการเหนี่ยวนำเดียวกัน ส่วนตัดขวางของแอกและผนังด้านข้างควรเป็นครึ่งหนึ่งของส่วนตัดขวางของแกนกลาง ก.

สำหรับฟลักซ์แม่เหล็กในส่วนตรงกลาง c - c ค่าของมันดังที่เราจะเห็นด้านล่างขึ้นอยู่กับวิธีการรวมเฟสกลาง

ข้อได้เปรียบหลักของหม้อแปลงกระดองเหนือหม้อแปลงไฟฟ้าแบบแท่งคือเส้นทางปิดที่สั้นของฟลักซ์แม่เหล็กและกระแสที่ไม่มีโหลดต่ำ

ข้อเสียของหม้อแปลงหุ้มเกราะ ได้แก่ ประการแรกความพร้อมใช้งานของขดลวดสำหรับการซ่อมแซมต่ำเนื่องจากถูกล้อมรอบด้วยเหล็กและประการที่สองเงื่อนไขที่เลวร้ายที่สุดสำหรับการระบายความร้อนของขดลวด - ด้วยเหตุผลเดียวกัน

ในหม้อแปลงแบบแท่ง ขดลวดจะเปิดเกือบหมด ดังนั้นจึงสามารถเข้าถึงได้มากขึ้นสำหรับการตรวจสอบและซ่อมแซม เช่นเดียวกับตัวกลางในการทำความเย็น

หม้อแปลงไฟฟ้าสามเฟสพร้อมถังท่อ: 1 - รอก, 2 - วาล์วระบายน้ำมัน, 3 - กระบอกฉนวน, 4 - ขดลวดไฟฟ้าแรงสูง, 5 - ขดลวดแรงดันต่ำ, 6 - แกน, 7 - เทอร์โมมิเตอร์, 8 - ขั้วสำหรับ แรงดันไฟฟ้าต่ำ, 9 — ขั้วต่อไฟฟ้าแรงสูง, 10 — ภาชนะบรรจุน้ำมัน, 11 — รีเลย์แก๊ส, 12 — ไฟแสดงระดับน้ำมัน, 13 — หม้อน้ำ

รายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับอุปกรณ์ของหม้อแปลงสามเฟส: หม้อแปลงไฟฟ้า - อุปกรณ์และหลักการทำงาน