Назначение и принцип действия измерительных трансформаторов

Что делает трансформатор

У трансформатора много полезных и важных функций:

• Передает электричество на расстояние. Он способен повышать переменное напряжение. Это помогает передавать переменный ток на большие расстояния. Так как у проводов тоже есть сопротивление, от источника тока требуется высокое напряжение, чтобы преодолеть сопротивление проводов. Поэтому, трансформаторы незаменимы в электросетях, где они повышают напряжение до десятки тысяч вольт. Еще возле электростанций, которые вырабатывают электрический ток, стоят распределительные трансформаторы. Они повышают напряжение для передачи их потребителям. А возле потребителей стоит понижающий трансформатор, который уменьшает напряжение до 220 В 50 Гц.
• Питает электронику. Трансформатор — это часть блока питания. Он понижает входное сетевое напряжение, которое затем выпрямляется диодным мостом, фильтруется и подается на плату. По сути, он используется практически в любом блоке питания и преобразователе.
• Питает радиолампы и электронно-лучевые трубки. Для радиоламп нужен большой спектр напряжений. Это и 12 В и 300 В и др. Для этих целей и делают трансформаторы, которые понижают и повышают сетевое напряжение. Это делается за счет разных обмоток на одном сердечнике. Разновидностью ламп являются электронно-лучевые трубки (ЭЛТ). Они используются в электронных микроскопах, где с помощью пучка электронов можно получить детальные изображения микроскопических поверхностей. Для них нужны высокие напряжения, порядка нескольких десятков тысяч киловольт. Это нужно для того, чтобы в вакуумной трубке можно было разогнать пучок электронов до больших скоростей. Электрон в вакууме может повышать скорость своего передвижения за счет повышения напряжения. И снова используется импульсный трансформатор. Он повышает напряжение за счет работы ШИМ (широтно импульсной модуляции). Такие трансформаторы называются строчными (или развертки). Такое название не спроста. По сути кинескоп — это и есть электронно-лучевая трубка. Поэтому, для работы телевизоров, где используется кинескоп, нужен строчный трансформатор.
• Согласует сопротивления. В усилителях звука согласование источника и потребителя играет важную роль. Поэтому, есть согласующие трансформаторы, которые позволяют передать максимум мощности в нагрузку. Если бы не было такого трансформатора, то лаповые усилители, которые были рассчитаны на 100 Вт, выдавали бы менее 50 Вт в нагрузку. Например, выход усилителя 2 кОм, а трансформатор согласует и понижает напряжение. А на его катушке сопротивление всего несколько десятков Ом.
• Для безопасности. Трансформатор создает гальваническую развязку между сетью и блоком питания. Это последний рубеж безопасности в блоке питания, если что=то пойдет не так. Будет время для срабатывания предохранителя. Или же катушки и магнитопровод расплавятся, но потребителю не дадут сетевую нагрузку. Он физически не связан с сетью 222 В. Связь есть только с помощью магнитного поля (взаимоиндукции). И если трансформатор рассчитан на 100 Вт, то он сможет выдать только 100 Вт. Поэтому, потребитель будет защищен от опасных высоких токов. Именно из-за этого бестрансформаторные блоки питания считаются опасными.
• Деталь оружия. В электрошокерах используются высокие напряжения. И их помогает форматировать высоковольтный трансформатор. А еще он используется в некоторых схемах Гаусс пушки.

Специальные виды трансформаторов

К этой группе относят:

Разделительные трансформаторы

Размещение двух обмоток совершенно одинаковой конструкции на общем магнитопроводе позволяет из 220 вольт 50 герц на входе получать такое же напряжение на выходе.

Напрашивается вопрос: зачем делать такое преобразование? Ответ прост: в целях обеспечения электрической безопасности.

При пробое изоляционного слоя провода первичной схемы, на корпусе прибора появляется опасный потенциал, который по случайно сформированной цепи через землю способен поразить человека электрическим током, нанести ему электротравму.

Гальваническое разделение схемы позволяет оптимально использовать питание электрооборудования и в то же время исключает получение травм при пробоях изоляции вторичной схемы на корпус.

Поэтому разделительные трансформаторы широко используются там, где проведение работ с электроинструментом требует принятия дополнительных мер безопасности. Также они широко используются в медицинском оборудовании, допускающем непосредственный контакт с телом человека.

Высокочастотные трансформаторы

Отличаются от обычных материалом магнитопровода, который способен, в отличие от обычного трансформаторного железа, хорошо, без искажений передавать высокочастотные сигналы.

Используется в электротермии, в частности при индукционном нагреве в электротермических установках для высокочастотной сварки металлов, плавки, пайки, закалки и т.д.

Согласующие трансформаторы

Основное назначение — согласование сопротивлений разных частей в электронных схемах. Согласующие трансформаторы нашли широкое применение в антенных устройствах и конструкциях усилителей на электронных лампах звуковых частот.

Сварочные трансформаторы

Первичная обмотка создается с большим число витков, позволяющих нормально обрабатывать электрическую энергию с входным напряжением 220 или 380 вольт. Во вторичной обмотке число витков значительно меньше, а ток протекающий по ним высокий. Он может достигать тысяч ампер.

Поэтому толщина провода этой цепи выбирается повышенного поперечного сечения. Для управления сварочным током существует много различных способов.

Сварочные трансформаторы массово работают в промышленных установках и пользуются популярностью у любителей изготавливать различные самоделки своими руками.

Рассмотренные виды трансформаторов являются наиболее распространёнными. В электрических схемах работают и другие подобные устройства, выполняющие специальные задачи технологических процессов.

Назначение и применение

Трансформатор — это статический электромагнитный преобразователь с двумя или больше неподвижными обмотками, который предназначен для преобразования с помощью электромагнитной индукции параметров электрических величин. Трансформаторы применяются в энергетических системах при передаче электроэнергии от электрической станции к потребителю и в разнообразных электроустановках для получения напряжений нужной величины.

В данной статье приведен пример простого трансформатора небольшой мощности, который часто применяется в устройствах автоматики, измерительно—вычислительной технике, различных приборах.

Классификация трансформаторов тока

Принцип работы трансформатора тока, а также способы подключения и назначения позволяют провести их разделение по следующим различиям:

• назначению;
• типу установки;
• способу размещения;
• выполнению первичной обмотки;
• типу изоляции;
• рабочему напряжению;
• количеству ступеней трансформации.

Кроме того, есть другие качества, позволяющие произвести классификацию ТТ. Одна из отличительных черт – специфика конструкции.

По конструктивным особенностям ТТ различаются на:

• одновитковые;
• многовитковые;
• оптико-электронные.

У каждого из этих видов есть типы моделей, которые желательно рассмотреть отдельно.

ТТ катушечного типа

Это одни из несложных трансформаторов тока. Они относятся к ранним ТТ, построенным и продвигавшимся на структуре, где за основу взят силовой трансформатор. Обе обмотки (первая и вторая) набраны на каркас с изоляционными свойствами. Каждая из них представляет собой катушку. Отсюда происходит название. Кроме того, что они компактны и дёшевы в изготовлении, можно выделить недостаток: низкое разрядное напряжение из-за слабой изоляции катушек.

Такая конструкция позволяет использовать их только на напряжение до 3 кВ. Чтобы повысить величину Uразр., приходится увеличивать окно сердечника и отделять первичную обмотку от внутренней поверхности пластин. В образовавшийся в результате этого зазор вставляется изоляционная прокладка, имеющая п-образный вид.

Катушечный трансформатор

Проходной трансформатор

Устройства распределения (РУ), напряжением от 6 до 35 кВ, подразумевают установку подобных трансформаторов тока. Это многовитковый ТТ, где за базу взята пара проходных изоляторов, соединённых между собой посередине. Такая сборка позволяет проходить через стены и использовать их в закрытых РУ. При этом отпадает необходимость специально задействовать проходной изолятор.

Обмотка, служащая первичной, прокладывается через пустоту, расположенную внутри. Количество витков берётся из расчёта нужных «ампер-витков» для соответствующего класса точности. Под фланцем, который заземлён, помещены втулки. В их средине закреплены магнитопроводы вторичных обмоток, закрытых кожухом.

Внимание! Расположение обмоточного вывода для первичной обмотки приходится на верхнюю плоскость, относительно заземлённого фланца. Проходной высоковольтный ТТ

Проходной высоковольтный ТТ

Стержневое устройство

Данный тип устройства предназначен для работы с U = 10-20 кВ и Iн = 600 и 1500 А. Такой ТТ относится к проходным одновитковым трансформаторам, имеющим фарфоровую изоляцию. У него токоведущий стержень, пронзающий фарфоровый изолятор, служит первичной обмоткой.

Стержневой трансформатор тока

Шинный прибор

Следующая конструкция предназначена для установки в комплектные трансформаторные подстанции (КТП). Они реализовывают передачу информации об измерениях на контрольно-измерительные приборы (КИП). Сигналы от аналогичных ТТ передаются также на схемы защиты и управления.

Шинный ТТ типа ТШЛ-0,66-1

Преимущества и недостатки

У каждого из перечисленных устройств есть свои плюсы и минусы. Рассматривать их предпочтительнее на разделении: одновитковые и многовитковые модели.

К плюсам одновитковых ТТ можно отнести:

• простоту устройства;
• низкую стоимость;
• малые габариты;
• устойчивость к токам КЗ (короткого замыкания).

Сюда же можно добавить то, что, изменяя сечение токовода (стержня), добиваются изменения термической устойчивости.

Минусом у таких моделей является невысокая точность при маленьких измеряемых токах.

Что касается многовитковых моделей, то явным положительным моментом является наличие некоторого количества витков в первичной обмотке. Это позволило значительно повысить класс точности измерений. К отрицательным характеристикам относятся:

• сложность конструкции;
• удорожание;
• подверженность первичной обмотки межвитковым перенапряжениям.

При этом сюда же можно отнести низкую устойчивость к токам КЗ.

Параметры трансформаторов тока

Важными параметрами трансформаторов тока являются коэффициент трансформации и класс точности.

Коэффициент трансформации

Коэффициент трансформации ТТ определяет номинал измерения тока и означает, при каком первичном токе во вторичной цепи будет протекать определённый стандартный ток (чаще всего это 5 А, редко 1 А). Первичные токи трансформаторов тока определяются из ряда стандартизированных номинальных токов. Коэффициент трансформации трансформатора тока обычно записывается в виде отношения номинального первичного тока к номинальному вторичному в виде дроби, например: 75/5 (при протекании в первичной обмотке тока 75 А — 5А во вторичной обмотке, замкнутой на измерительные элементы) или 1000/1 (при протекании в первичной цепи 1000 А, во вторичных цепях будет протекать ток 1 А. Иногда ТТ могут иметь переменный коэффициент трансформации, что возможно пересоединением первичных обмоток из параллельного в последовательное соединение (например, такое решение применяется в трансформаторах тока ТФЗМ-110) либо наличием отводов на первичной или вторичной обмотках (последнее применяется в лабораторных трансформаторах тока типа УТТ) или же изменением количества витков первичного провода, пропускаемого в окно трансформаторов тока без собственной первичной обмотки (трансформаторы тока УТТ).

Класс точности

Для определения класса точности ТТ вводятся понятия:

• погрешности по току ΔI=I2−I1′{\displaystyle \Delta I=I_{2}-I_{1}^{‘}}, где I2{\displaystyle I_{2}} — действительный вторичный ток, I1′=I1n{\displaystyle I_{1}^{‘}=I_{1}/n} — приведённый первичный ток, I1{\displaystyle I_{1}} — первичный ток, n{\displaystyle n} — коэффициент трансформатора тока;
• погрешности по углу δ=α1−α2{\displaystyle \delta =\alpha _{1}-\alpha _{2}}, где α1{\displaystyle \alpha _{1}} — теоретический угол сдвига фаз между первичным и вторичным токами α1{\displaystyle \alpha _{1}} = 180°, α2{\displaystyle \alpha _{2}} — действительный угол между первичным и вторичным током;
• относительной полной погрешности ε%=(|I1′−I2|)|I1′|{\displaystyle \varepsilon \%=(|I_{1}^{‘}-I_{2}|)/|I_{1}^{‘}|}, где |I1′|{\displaystyle |I_{1}^{‘}|} — модуль комплексного приведённого тока.

Погрешности по току и углу объясняются действием тока намагничивания.
Для промышленных трансформаторов тока устанавливаются следующие классы точности: 0,1; 0,5; 1; 3, 10Р.
Согласно ГОСТ 7746-2001 класс точности соответствует погрешности по току ΔI, погрешность по углу равна: ±40′ (класс 0,5); ±80′ (класс 1), для классов 3 и 10Р угол не нормируется.
При этом трансформатор тока может быть в классе точности только при сопротивлении во вторичной цепи не более установленного и тока в первичной цепи от 0,05 до 1,2 номинального тока трансформатора. Добавление после обозначения класса точности трансформаторов тока литеры S (например 0,5 S) означает, что трансформатор будет находиться в классе точности от 0,01 до 1,2 номинального тока.
Класс 10Р (по старому ГОСТ Д) предназначен для питания цепей защиты и нормируется по относительной полной погрешности, которая не должна превышать 10 % при максимальном токе КЗ и заданном сопротивлении вторичной цепи.
Согласно международному стандарту МЭК (IEС 60044-01) трансформаторы тока должны находится в классе точности при протекании по первичной обмотке тока 0,2—200 % номинального, что обычно достигается изготовлением сердечника из нанокристаллических сплавов.

Обслуживание измерительных трансформаторов

Перед началом работы с поверхности трансформаторов удаляется смазка, пыль и прочие загрязнения. Протирка производится с использованием уайт-спирита. Ветошь не должна оставлять ворс. 

Трансформатор исследуется на наличие сколов, трещин и наличие следов коррозии. 

После визуального осмотра трансформатор подвергают испытанию или проверяют прибором/мегомметром (2500 В) на достаточность сопротивления изоляции.  Вторичная обмотка проверяется мегомметром со шкалой деления на 1000 В.

Ток холостого хода проверяется со стороны вторичной обмотки под напряжением равным 1,2 от номинального. Отличие полученного результата не должно быть отличным от паспортного больше чем на ±10%.

Основное требование к трансформаторам – номинальная мощность не должна быть больше указанных в паспорте изделия.

Качество электроэнергии в сети должно быть соответствующим требованиям ГОСТ 32144. 

Установка трансформатора должна производиться на место с обеспеченным доступом к клеммным контактам.

При обслуживании трансформатора измерения проверяют надежность контактного соединения.

Разомкнутые треугольные обмотки однофазных индукционных ТН обеспечивают безаварийность кабельных систем распределения энергии.

Для повышения надежности разомкнутых треугольных обмоток трансформатора напряжения в цепь добавляют стабилизаторы напряжения, ограничители, стабилитроны. Эти устройства поддерживают работоспособность систем распределения электроэнергии после аварий и сбоев.

Работы по обслуживанию измерительных трансформаторов производятся по наряду в соответствии с технологическими картами. Капитальный ремонт, например, у трансформаторов тока не делают. Если испытания и замеры сопротивления основной изоляции показали неудовлетворительные результаты трансформатор меняют на другой. Основная изоляция должна иметь сопротивление не менее 300 МОм.

Вторичная обмотка в отключенном и отсоединенном состоянии должна показать сопротивление не менее 50 МОм, с подключенными вторичными цепями не менее 1 МОм.

При обслуживании трансформаторов тока проверяют переходное сопротивление болтового контактного соединения. Оно не должно превышать 33 мкОм для контактов на 2000 А и не выше 60 мкОм для контактных соединений на 630 А. 

Технология ремонта измерительных трансформаторов: разборка магнитопровода, демонтаж и ремонт катушек, перемотка обмоток, замена пластин магнитопровода и прочее схожи с ремонтом силовых трансформаторов. На время ремонта трансформатора обмотки закорачивают между собой, чтобы исключить возможный контакт и обратную трансформацию и напряжение при выполнении ремонтных работ. 

Зачем нужны измерительные трансформаторы напряжения

Измерительные ТН относятся к преобразователям электрической энергии, которые:

• трансформируют напряжение участка сети или установки в напряжение приемлемой величины для осуществления измерений с помощью стандартных измерительных устройств, питания релейной защиты, устройств сигнализации, автоматики, телемеханики;
• изолируя вторичные приборы и цепи, защищают оборудование от высокого напряжения и персонал, имеющего доступ к обслуживанию электроустановок, от поражения током.

Подключение ТН к высоковольтной части электроустановки осуществляется соединением его первичной обмотки «в параллель» к цепи высокого напряжения. Номинал вторичных обмоток трансформатора напряжения составляет обычно 100 В. Так как сопротивление измерительных приборов, подключаемых к вторичной обмотке, велико, током можно пренебречь. Поэтому основной режим работы ТН подобен режиму холостого хода типового силового трансформатора.

Описание и принцип работы

Трансформатор тока представляет собой тип «измерительного трансформатора», который предназначен для производства переменного тока в его вторичной обмотки, которое пропорционально току измеряется в его первичном. Трансформаторы тока уменьшают токи высокого напряжения до гораздо более низкого значения и обеспечивают удобный способ безопасного контроля фактического электрического тока, протекающего в линии электропередачи переменного тока, с использованием стандартного амперметра. Принцип работы основного трансформатора тока немного отличается от обычного трансформатора напряжения.

В отличие от трансформатора напряжения или мощности, рассматриваемого ранее, трансформатор тока состоит из одного или нескольких витков в качестве своей первичной обмотки. Эта первичная обмотка может иметь либо один плоский виток, либо катушку из сверхпрочного провода, намотанного на сердечник, либо просто проводник или шину, расположенную через центральное отверстие, как показано на рисунке. Купить трансформатор тока вы можете в популярном интернет магазине Алиэкспресс:

Из-за такого типа расположения трансформатор тока часто называют также «последовательным трансформатором», поскольку первичная обмотка, которая никогда не имеет более нескольких витков, соединена последовательно с проводником с током, питающим нагрузку.

Однако вторичная обмотка может иметь большое количество витков катушки, намотанных на многослойный сердечник из магнитного материала с малыми потерями. Этот сердечник имеет большую площадь поперечного сечения, так что создаваемая плотность магнитного потока является низкой при использовании провода с меньшей площадью поперечного сечения, в зависимости от того, какой ток должен быть понижен, когда он пытается выдать постоянный ток, независимо от подключенной нагрузки.

Вторичная обмотка будет подавать ток либо на короткое замыкание, в виде амперметра, либо на резистивную нагрузку, пока напряжение, наведенное во вторичной обмотке, не станет достаточно большим, чтобы насытить сердечник или вызвать отказ из-за чрезмерного пробоя напряжения.

В отличие от трансформатора напряжения, первичный ток трансформатора тока не зависит от тока вторичной нагрузки, а контролируется внешней нагрузкой. Вторичный ток обычно оценивается в стандартный 1 Ампер или 5 Ампер для больших значений первичного тока.

Существует три основных типа трансформаторов тока: обмоточный, тороидальный и стержневой.

• Обмоточный трансформатор тока — первичная обмотка трансформатора физически соединена последовательно с проводником, который несет измеренный ток, протекающий в цепи. Величина вторичного тока зависит от коэффициента оборотов трансформатора.
• Тороидальный трансформатор тока — они не содержат первичной обмотки. Вместо этого линия, по которой проходит ток, протекающий в сети, проходит через окно или отверстие в тороидальном трансформаторе. Некоторые трансформаторы тока имеют «разделенный сердечник», который позволяет открывать, устанавливать и закрывать его, не отключая цепь, к которой они подключены.
• Трансформатор тока стержневого типа — в этом типе трансформатора тока используется фактический кабель или шина главной цепи в качестве первичной обмотки, что эквивалентно одному витку. Они полностью изолированы от высокого рабочего напряжения системы и обычно крепятся болтами к токонесущему устройству.

Трансформаторы тока могут снизить или «понизить» уровни тока с тысяч ампер до стандартного выходного сигнала с известным отношением либо к 5 А, либо к 1 А для нормальной работы. Таким образом, небольшие и точные приборы и устройства управления могут использоваться с трансформаторами тока, потому что они изолированы от любых высоковольтных линий электропередач. Существует множество применений для измерения и использования для трансформаторов тока, таких как ваттметры, измерители коэффициента мощности, защитные реле или в качестве катушек отключения в магнитных выключателях или MCB.

Трансформатор напряжения принцип работы

Для непосредственного включения на высокое напряжение потребовались бы очень громоздкие приборы и реле вследствие необходимости их выполнения с высоковольтной изоляцией. Изготовление и применение такой аппаратуры практически неосуществимо, особенно при напряжении 35 кВ и выше.

Применение трансформаторов напряжения позволяет использовать для измерения на высоком напряжении стандартные измерительные приборы, расширяя их пределы измерения; обмотки реле, включаемых через трансформаторы напряжения, также могут иметь стандартные исполнения.

Кроме того, трансформатор напряжения изолирует (отделяет) измерительные приборы и реле от высокого напряжения, благодаря чего он обеспечивает безопасность их обслуживания на подстанции.

В то же время, если силовые трансформаторы предназначены для передачи транспортируемой мощности с минимальными потерями, то измерительные трансформаторы напряжения конструируются с целью высокоточного повторения в масштабе векторов первичного напряжения.

измерительный трансформатор напряжения

Принципы работы трансформатора напряжения

Конструкцию трансформатора напряжения, как и трансформатора тока, можно представить магнитопроводом с намотанными вокруг него двумя обмотками:

• первичной;
• вторичной.

Специальные сорта стали для магнитопровода, а также металл их обмоток и слой изоляции подбираются для максимально точного преобразования напряжения с наименьшими потерями. Число витков первичной и вторичной катушек рассчитывается таким образом, чтобы номинальное значение высоковольтного линейного напряжения сети, подаваемое на первичную обмотку, всегда воспроизводилось вторичной величиной 100 вольт с тем же направлением вектора для систем, собранных с заземленной нейтралью.

Если же первичная схема передачи энергии создана с изолированной нейтралью, то на выходе измерительной обмотки будет присутствовать 100/√3 вольт.

Для создания разных способов моделирования первичных напряжений на магнитопроводе может располагаться не одна, а несколько вторичных обмоток.

Устройство однофазного трансформатора напряжения

устройство однофазного трансформатора напряжения

Устройство однофазного трансформатора напряжения:

• а — общий вид трансформатора напряжения;
• б — выемная часть;
• 1,5 — проходные изоляторы;
• 2 — болт для заземления;
• 3 — сливная пробка;
• 4 — бак;
• 6 — обмотка;
• 7 — сердечник;
• 8 — винтовая пробка;
• 9 — контакт высоковольтного ввода

Однофазные трансформаторы напряжения получили наибольшее распространение. Они выпускаются на рабочие напряжения от 380 В до 500 кВ.

Конструктивные размеры и масса ТН определяются не мощностью, как у силовых трансформаторов, а в основном объемом изоляции первичной обмотки и размерами её выводов высокого напряжения.

Трансформаторы напряжения с номинальным напряжением от 380 В до 6 кВ имеют исполнение с сухой изоляцией (обмотки выполняются проводом марки ПЭЛ и пропитываются асфальтовым лаком).

Свердловский завод трансформаторов тока выпускает трансформаторы напряжения на 6, 10, 35 кВ с литой изоляцией.

У трансформаторов напряжением 10 — 500 кВ изоляция масляная (магнитопровод погружен в трансформаторное масло).

Пример назначение и область применение трансформаторов напряжения ЗНОЛ-НТЗ

Трансформаторы предназначены для наружной установки в открытых распределительных устройствах (ОРУ). Трансформаторы обеспечивают передачу сигнала измерительной информации измерительным приборам и устройствам защиты и управления, предназначены для использования в цепях коммерческого учета электроэнергии в электрических установках переменного тока на класс напряжения 35 кВ. Трансформаторы выполнены в виде опорной конструкции.

Корпус трансформаторов выполнен из компаунда на основе гидрофобной циклоалифатической смолы «Huntsman», который одновременно является основной изоляцией и обеспечивает защиту обмоток от механических и климатических воздействий. Рабочее положение трансформаторов в пространстве — вертикальное, высоковольтными выводами вверх.

схема включения обмоток трансформатора напряжения ЗНОЛ-НТЗ

См.  трансформаторы ЗНОЛ, схемы характеристики в таблице

Группы соединений обмоток

Для включения трансформатора на параллельную работу с другими трансформаторами имеет значение сдвиг фаз между э. д. с. первичной и вторичной обмоток. Для характеристики этого сдвига вводится понятие о группе соединений обмоток.

Рисунок 2. Группы соединений однофазного трансформатора

На рисунке 2, а показаны обмотки однофазного трансформатора, намотанные по левой винтовой линии и называемые поэтому «левыми», причем у обеих обмоток начала A, a находятся сверху, а концы X, x – снизу. Будем считать э. д. с. положительной, если она действует от конца обмотки к ее началу. Обмотки на рисунке 2, а сцепляются с одним и тем же потоком. Вследствие этого э. д. с. этих обмоток в каждый момент времени действуют в одинаковых направлениях – от концов к началам или наоборот, то есть они одновременно положительны или отрицательны. Поэтому э. д. с. EA и Ea совпадают по фазе, как показано на рисунке 2, а. Если же у одной из обмоток переменить начало и конец (рисунок 2, б), то направление ее э. д. с., действующей от конца к началу, изменится на обратное и э. д. с. EA и Ea будут иметь сдвиг 180°. Такой же результат получится, если на рисунке 2, а одну из обмоток выполнит «правой».

Для обозначения сдвига фаз обмоток трансформатора векторы их линейных э. д. с. уподобляют стрелкам часового циферблата, причем вектор обмотки ВН принимают за минутную стрелку и считают, что на циферблате часов она направлена на цифру 12, а вектор обмотки НН принимают за часовую стрелку. Тогда на рисунке 2, а часы будут показывать 0 или 12 часов, и такое соединение обмоток поэтому называется группой 0 (ранее в этом случае применялось название «группа 12»). На рисунке 2, б часы будут показывать 6 часов, и такое соединение называется группой 6. Соответственно соединение обмоток однофазных трансформаторов согласно рисунку 2, а обозначается I/I-0, а согласно рисунку 2, б – I/I-6. В России стандартизированы и изготовляются однофазные трансформаторы только соединением I/I-0.

Рисунок 3. Трехфазный трансформатор со схемой и группой соединений Y/Y-0

Рассмотрим теперь трехфазный трансформатор с соединением обмоток ВН и НН в звезду, причем предположим, что 1) обмотки ВН и НН имеют одинаковую намотку (например, «правую»); 2) начала и концы обмоток расположены одинаково (например, концы снизу, а начала сверху); и 3) одноименные обмотки (например, A и a, а также B и b, C и c) находятся на общих стержнях (рисунок 3, а). Тогда звезды фазных э. д. с. и треугольники линейных э. д. с. будут иметь вид, показанный на рисунке 3, б. При этом одноименные векторы линейных э. д. с. (например, E_AB и E_ab) направлены одинаково, то есть совпадают по фазе, и при расположении их на циферблате часов, согласно изложенному правилу, часы будут показывать 0 часов (рисунок 3, в). Поэтому схема и группа соединений такого трансформатора обозначается Y/Y-0.

Если на рисунке 3, а произвести круговую перемаркировку (или перестановку) фаз обмотки НН и разместить фазу a на среднем стержне, фазу b – на правом и c – на левом, то на векторной диаграмме НН (рисунок 3, б) произойдет круговая перестановка букв a, b, c по часовой стрелке. При этом получится группа соединений 4, а при обратной круговой перестановке будет группа соединений 8. Если переменить местами начала и концы обмоток, то получатся еще группы соединений 6, 10 и 2. Значит, при соединении по схеме Y/Y возможно шесть групп соединений, причем все они четные. Такие же группы соединений можно получить при схеме соединений Δ/Δ.

Рисунок 4. Трехфазный трансформатор со схемой и группой соединений Y/Δ-11

Допустим теперь, что обмотки соединены по схеме Y/Δ, как показано на рисунке 4, а, и соблюдены те же условия, которые были оговорены для рисунка 3, а. Тогда векторные диаграммы э. д. с. обмоток ВН и НН будут иметь вид, показанный на рисунке 4, б. При этом одноименные линейные э. д. с. (напрмер, E_AB и E_ab) будут сдвинуты на 30° и расположатся на циферблате часов, как показано на рисунке 4, в. Соединение обмоток такого трансформатора обозначаются Y/Δ-11. При круговых перестановках фаз и при перемаркировке начал и концов одной из обмоток (или при установке вместо перемычек ay, bz, cx  в треугольнике на рисунке 4, а перемычек az, bx, cy) можно получить также другие нечетные группы: 1, 3, 5, 7 и 9.

Большой разнобой в схемах и группах соединений изготовляемых трансформаторов нежелателен. Поэтому ГОСТ 11677-85,»Трансформаторы силовые. Общие технические условия», предусматривает изготовление трехфазных силовых трансформаторов со следующими группами соединений обмоток: Y/Y0-0, Y0/Y-0, Y/Δ-11, Y0/Δ-11, Y/Z0-11,  Δ/Y0-11, и Δ /Δ-0. При этом первым обозначено соединение обмотки ВН, вторым – соединение обмотки НН, а индекс «0» указывает на то, что наружу выводится нулевая точка обмотки.

Принцип работы

На обмотку возбуждения подаём переменное напряжение U1, так как обмотка возбуждения обладает сопротивлением, создаётся электрический ток. Ток, проходя по виткам, наводит магнитодвижущую силу, а магнитодвижущая сила наводит магнитный поток. Магнитный поток идет по сердечнику, проходя все витки первичной и вторичной обмоток. В этом случае магнитный поток (Фт) является основным, т. е. рабочим. Вторая (меньшая) часть потока замыкается при помощи воздуха, проходя только через витки первичной обмотки, и является потоком рассеивания Фs1.

Если вторичная цепь (питаемая от вторичной (II) обмотки) разомкнута, то, естественно, ток отсутствует, нет возможности образования магнитного поля. Но вот мы замкнули (II) цепь, по ней пошёл ток. Значит, образуется магнитное поле, которое, в свою очередь, создаёт два магнитных потока:

• 1 поток — в сердечник;
• 2 поток — замыкается по воздуху.

Это означает, что вокруг (II) обмотки тоже наводится поток рассеивания. Потоки рассеивания подобны магнитному потоку самоиндукции, создающему ток в той или иной катушке индуктивности и различном проводе. Потоки являются вредными. В применении правила электромагнитной индукции при изменении главного магнитного потока наводится ЭДСв (I) Е1 и во (II) Е2 обмотках.

Так как по (I) спирали с числом витков w1 и по (II) спирали с числом витков w2 проходит один и тот же основной поток, то, следовательно, в каждом витке обеих спиралей наводится равная по значению ЭДСе. Таким образом, Es1 = ew1 и Еs2 = ew2, из этого следует, что К — коэффициент изменения трансформатора.

Поток рассеивания наводит электродвижущая сила рассеивания в первичной обмотке Es 1. Значит, напряжение, подведённое к (I) обмотке трансформатора U1, должно соответствовать падению напряжения в действующем сопротивлении I1 r1 (I) обмотки,электродвижущая сила Esl рассеивания и ЭДС E1 главного потока.

При разъединенной (II) цепи, Es 1 и I1 r1 ничтожно малы, значит, электродвижущая сила Е1, наведённая в (I) обмотке, в полном объёме оправдывает приложенное напряжение U1. При размыкании (II) цепи ЭДС Е2 электрический ток перестаёт поступать, но если замкнуть (II) обмотку,подключив электроприемники, то под воздействием (II) ЭДС по (II) цепи пойдёт ток, подходящая к трансформатору (I) мощность изменяется во (II) и применяется для приёмников электроэнергии.

Если не брать во внимание потери, можно принять, что подходящая мощность E1 I1 почти равна (II) мощности Е2 I2 (I1 и I2 — (I) и (II) токи трансформатора). То есть при изменении (I) и (II) токи примерно обратно пропорциональны числам соответствующих обмоток

(II) ток I2, протекая по спирали, создаёт ампер-спираль I2 w2 , проходящие в той же цепи трансформатора, что и ампер-витки (I) спирали. Значит, при нагрузке главный электромагнитный поток будет ориентироваться на совместное действие ампер-витков l1 w1 (I) и ампер-витков I2 w2 (II) обмоток.

По закону Джоуля-Ленца электроиндукционный во второстепенной обмотке ток сосредоточен так, что тормозит изменение электромагнитного потокосцепления. Перемена электромагнитного потока провоцируется первичными ампер-витками l1 w1. Необходимо протекание II тока в таком направлении, чтобы образовавшиеся ампер — спирали работали в противоположную сторону от I обмотки. Падение главного магнитного потока из-за потери магнитного действия II ампер — спиралей спровоцирует упадок индукционной и электродвижущей силы в I обмотке.

В случае когда напряжение, поступающее к клемам I обмотки, постоянное, при падении оно не выравнивает напряжение, из-за этого ток возрастает до параметров, при которых возобновляется равенство напряжений. При этом главный магнитный поток обязан сохранять параметры, равные величине главного потока при свободном ходе. При любых нагрузках преобразователя напряжение U1 должно соответствовать электродвижущей силе Е1 (понижение напряжения в I обмотке игнорируем).

Необходимо, чтобы главный электромагнитный поток Фт оставался постоянным при различной нагрузке трансформатора. Ток I1 в (I) обмотке должен компенсировать воздействие ампер-витков, возникающих при токе I2 во (II) обмотке. Напряжение на клеммах (I) обмотки всегда менее ЭДС Е2 в результате уменьшения напряжения в активном и реактивном противодействиях вторичной обмотки.