Соединение трансформатора Scott-T

Определение: Соединение Скотта-Т — это метод подключения двух однофазных трансформаторов, который позволяет осуществлять преобразование между трехфазной и двухфазной системами и наоборот. Два трансформатора электрически соединены, но магнитно работают независимо. Один трансформатор называется основным, а другой — вспомогательным или дополнительным.

На следующем рисунке показано соединение трансформаторов Скотта-Т:

• Основной трансформатор имеет центральный вывод в точке D и подключен к линиям B и C на трехфазной стороне. Его первичная обмотка обозначена BC, а вторичная обмотка — a₁a₂.

• Дополнительный трансформатор подключен между линейным выводом A и центральным выводом D. Его первичная обмотка обозначена AD, а вторичная обмотка — b₁b₂.

Для соединения Скотта-Т используются идентичные и взаимозаменяемые трансформаторы, каждый из которых имеет первичную обмотку с числом витков Tp и оборудован отводами на 0.289Tp, 0.5Tp и 0.866Tp.

Векторная диаграмма трансформатора Скотта

Линейные напряжения сбалансированной трехфазной системы — VAB, VBC и VCA — показаны на следующем рисунке, изображенном как замкнутый равносторонний треугольник. На диаграмме также показаны первичные обмотки основного и дополнительного трансформаторов.

Точка D делит первичную обмотку BC основного трансформатора на две равные части. Следовательно, число витков в части BD равно числу витков в части DC, оба равны Tp/2. Напряжения VBD и VDC равны по величине и находятся в фазе с напряжением VBC.

Напряжение между A и D равно

Дополнительный трансформатор имеет номинальное напряжение первичной обмотки, равное √3/2 (т.е. 0.866) от номинального напряжения основного трансформатора. Когда напряжение VAD прикладывается к первичной обмотке дополнительного трансформатора, его вторичное напряжение V2t опережает вторичное напряжение V2m основного трансформатора на 90 градусов, как показано на следующем рисунке.

Чтобы сохранить одинаковое напряжение на виток в первичных обмотках основного и дополнительного трансформаторов, число витков в первичной обмотке дополнительного трансформатора должно быть √3/2 Tp.

Следовательно, вторичные обмотки обоих трансформаторов имеют одинаковые номинальные напряжения. Вторичные напряжения V2t и V2m равны по величине, но смещены по фазе на 90°, что создает сбалансированную двухфазную систему.

Положение нейтральной точки N

Первичные обмотки двух трансформаторов могут образовать четырехпроводное соединение с трехфазным питанием, если на первичной обмотке дополнительного трансформатора сделан отвод N, такой, что:

• Напряжение между AN, обозначенное как VAN, равно фазному напряжению, т.е. VAN = Vl/√3.

Одно и то же напряжение на участках AN, ND и AD показано уравнениями,

Уравнение выше указывает, что нейтральная точка N делит первичную обмотку дополнительного трансформатора в отношении: AN : ND = 2 : 1

Применение соединения Скотта-Т

Соединение Скотта-Т находит практическое применение в следующих ситуациях:

• Установки электропечей: Оно позволяет параллельно работать двум однофазным печам, обеспечивая сбалансированную нагрузку от трехфазного источника питания, что гарантирует эффективное распределение мощности и стабильность системы.

• Управление однофазными нагрузками: Широко применяется в электрифицированных железнодорожных системах (например, в электропоездах), где однофазные нагрузки планируются таким образом, чтобы обеспечивать почти равномерную загрузку всех трех фаз источника питания, минимизируя дисбаланс и оптимизируя работу сети.

• Фазовое преобразование между системами: Обеспечивает двунаправленный поток мощности между трехфазными и двухфазными системами. Хотя оно может преобразовывать в обе стороны, практические применения в основном сосредоточены на преобразовании трехфазной системы в двухфазную, так как двухфазные генераторы редко используются в современных энергосистемах.