Принцип работы трансформаторов в схемах «звезда» и «треугольник»
В силовых устройствах, включая трансформаторы ТМГ, обмотки группируют различными способами: «звездочкой» и «треугольником». Эти методы отличаются по принципу работы, и каждый из них обладает своими преимуществами в зависимости от конечной цели.
Краткое описание типов соединений представлено в таблице ниже.
|
Соединение «звездочка» (Y) |
Соединение «треугольник» (Δ) |
|
Каждая обмотка подключается одним концом к общей точке, называемой нейтралью, а другие концы подключаются к фазам. |
Обмотки соединяются последовательно, образуя замкнутый контур, где конец одной обмотки подключается к началу следующей. |
|
Это соединение позволяет использовать как фазное, так и линейное напряжение. |
В этом соединении нет нейтрали, и все напряжения между выводами являются линейными. |
|
Часто используется в системах, где требуется наличие нейтрали для подключения однофазных нагрузок или для балансировки фаз. |
Такое соединение обычно используется для передачи больших мощностей и при необходимости уменьшения тока в обмотках. |
Соединение обмотки в виде звёздочки
Звездочка — это способ соединения, который делает нагрузку в трёхфазной сети симметричной для конечного потребителя. Это главное преимущество данного метода.
Рассмотрим пример трёхфазного трансформатора, который имеет три магнитопровода (A, B, C), изготовленные из шихтованного железа, известного также как электротехническая сталь или трансформаторная сталь.
В трансформаторе есть две обмотки: первичная и вторичная. Первичная обмотка получает высокое напряжение, а вторичная преобразует его в низкое и передаёт непосредственно к потребителю.
Каждая обмотка имеет начало и конец. При использовании схемы «звездочка» концы вторичной обмотки объединяются в одну линию, образуя ноль — нулевую фазу (N). К конечному потребителю от начальных точек выходят три фазы (L1, L2, L3).
Таким образом, получается четырёхпроводная трехфазная система. Наглядным примером такой системы могут служить воздушные линии электропередач, проходящие в населенных пунктах. Обычно они имеют четыре провода: три фазы и ноль.
Эта схема хороша тем, что из нее возможно извлечь 2 вида напряжения – линейное (ЛН) и фазное (ФН). Фазный вольтаж измеряется посреди выводов обмотки L1 (L2, L3) и нулевой фазы и равняется значению 220V. Линейный вольтаж меряется уже в линии и равен 380V. Схема соединения звездой, характеризуется тем, что ЛН больше ФН в 1,73 раза, что соответствует корню (√) из трех.
Сам электрический ток тоже может быть фазным (ФТ) и линейным (ЛТ). При способе соединения звездочка, ФТ равен ЛТ, они одинаковы. При использовании такой схемы, и ФТ и ЛТ выходят из обмотки и не имеют другого выхода, в любом случае ток проходит по линейному проводу.
Поскольку большинство бытовых приборов рассчитаны на 220V, способ соединения звездочка обеспечивает именно такой показатель, путем уравнивания током нулевой фазы меняющегося в значении тока фаз L1-L3. Ноль есть только в методе звездочка, в методе треугольника его нет. То есть именно такая схема целесообразна, когда конечная цель – потребление электроэнергии в бытовых целях.
Если изображать этот способ схематически, получается трехлучевая звезда, собственно, поэтому этот вид объединения обмоток получил название звезда или звездочка.
Выигрышные моменты при использовании соединения в виде звездочки таковы:
- Повышается надежность оборудования за счет понижения его мощности;
- Устойчивость режима работы;
- Плавность запуска электрического привода.
Соединение обмотки треугольник
Для удобства сравнения возьмем в пример тот же трехфазный трансформатор с фазами A B С.
Если при способе соединения звездочка концы вторичной обмотки соединялись в один, в треугольнике картина совсем другая. Здесь конец фазы А соединяется с началом фазы В, конец фазы В соединяется с началом фазы С, а конец фазы С соединяется, в свою очередь, с началом фазы А. То есть обмотки соединены последовательно. В такой схеме отсутствует нулевая фаза, поскольку ее попросту неоткуда вывести. Если изобразить эту схему в виде изображения, она будет иметь форму треугольника, благодаря чему и получила свое название.
Преимущественно, эта схема используется при симметричной нагрузке, поскольку, где по фазам нагрузка не меняет свое значение и не прыгает, как в методе треугольник, и всегда строго одинаковая.
Применяя соединение треугольником, ФН равно ЛН, и имеет значение 380V. Но в то же время электрический ток здесь разный, в отличие от схемы звездочка. ЛТ больше ФТ в корень (√) из трех раз, поскольку при этой схеме идет геометрическое сложение векторов.
Главные преимущества соединения обмотки при схеме треугольник это:
- Увеличение мощности оборудования;
- Пусковые токи меньше;
- Больший крутящий момент;
- Лучшие тяговые свойства.
У каждого из этих двух способов есть как преимущества, так и недостатки, поэтому важно определить с какой целью будет использоваться первый или второй способ соединения обмотки в трансформаторах.
Сравнение способа соединения звездочка, треугольник
Оба типа соединений имеют свои преимущества и применяются в зависимости от требований конкретной системы или устройства.
Метод подключения «звёздочкой» обеспечивает более плавную и мягкую работу электродвигателя, но не позволяет ему достичь максимальной мощности, заявленной в технической документации. Кроме того, корпус двигателя не нагревается.
При соединении «треугольником» двигатель может быстро достичь заявленной мощности и обеспечить максимальный КПД, но при этом возникают избыточные пусковые токи, что приводит к нагреву корпуса. Для более плавного запуска необходимо использовать реостат.