Grupy połączeń uzwojeń transformatorów wielofazowych (trójfazowych)

Transformator jest to elektromagnetyczne urządzenie statyczne posiadające co najmniej dwa uzwojenia (normalnie nawinięte na rdzeniu ferromagnetycznym, przez które przenika strumień magnetyczny. Transformator służy do przetwarzania energii elektrycznej lub sygnału elektrycznego prądu przemiennego z obwodu pierwotnego do wtórnego. Transformacja energii między obwodami odbywa się bez podwyższania mocy i zmiany częstotliwości przenoszonego sygnału. Do ważniejszych parametrów transformatora zalicza się przekładnię, moc znamionową, napięcie znamionowe pierwotne i wtórne, sprawność, liczbę zwojów uzwojenia pierwotnego i wtórnego, prąd stanu jałowego, indukcyjność, pasmo przenoszenia. Prąd trójfazowy jest stosowany do przesyłania na duże odległości energii elektrycznej. Energię elektryczną przesyła się liniami wysokiego napięcia ze względu na koszty. Napięcie jest obniżane w miejscu zużycia energii, gdyż w miejscu jej wytwarzania jest podwyższane za pomocą transformatorów trójfazowych, które można traktować jako połączenie trzech transformatorów jednofazowych, złączonych zazwyczaj wspólnym rdzeniem.

Budowa rdzenia transformatora trójfazowego polega na tym, iż na każdą z trzech kolumn, które połączone są dwoma jarzmami, nawinięte jest uzwojenie pierwotne (uzwojenie, którego zaciski przyłączone są do źródła napięcia) i wtórne (uzwojenie z którego odbiera się energię elektryczną).

Zaciski uzwojenia górnego napięcia oznaczone są dużymi literami-początki uzwojeń A, B, C końce X, Y, Z. Zaciski uzwojenia dolnego napięcia są oznaczone małymi literami- początki uzwojeń a, b, c końce x, y, z. Indukowane siły elektromotoryczne mają kierunek zgodny, gdyż uzwojenia górnego i dolnego napięcia nawinięte są w tym samym kierunku.

W transformatorach trójfazowych uzwojenia górne i dolne łączy się w gwiazdę lub w trójkąt. Uzwojenie dolnego napięcia łączy się w zygzak wtedy, gdy transformator obciążony jest niesymetrycznie, gdyż zygzak wyrównuje przepływy poszczególnych faz, ponieważ uzwojenie każdej fazy jest umieszczone po połowie na dwóch kolumnach rdzenia transformatora. Połączenia te zestawione są w grupy w zależności od kąta godzinowego, który otrzymuje się przyjmując, że wektor górnego napięcia jest wskazówką minutową, odpowiedni zaś wektor dolnego napięcia jest wskazówką godzinową. Jeśli wskazówkę minutową ustawi się na godzinę 12, to wskazówka godzinowa określi szukany kąt godzinowy. Kąt ten umieszcza się w symbolu literowym układu połączeń.

Układ Yy0, jako najprostszy, ma duże zastosowanie, jednak może być używany tylko tam, gdzie przewód zerowy nie jest obciążony więcej niż 10% prądu znamionowego. Uzwojenia połączone są w gwiazdę, a kąt przesunięcia fazowego wynosi zero.

Natomiast transformatory zasilające sieci rozdzielcze z przewodem zerowym, gdzie obciążenia tego przewodu przekraczają 10% prądu znamionowego, powinny mieć przy mocy do 250kV∙A układ Yz5, a przy mocach większych-układ Dy5. Oba te układy są prawie równoważne i ich przewody zerowe mogą być obciążone pełnym prądem znamionowym.

Dla transformatorów przesyłowych o dużych mocach najczęściej stosowanym układem jest Yd11.

W transformatorach trójfazowych przekładnią nazywa się stosunek napięć międzyfazowych, natomiast liczby zwojów zgodnie z równaniem U₁/U₂=E₁/E₂=z₁/z₂=υ są proporcjonalne do napięć fazowych. Wynika z tego, że w transformatorach trójfazowych przekładnia zależy nie tylko od stosunku zwojów, lecz również od układu połączeń uzwojeń strony dolnej i górnej.

Wzory na przekładnię w zależności od układu połączeń

Układ połączeń	Yy	Dd	Dy	Yd	Yz	Dz
Przekładnia transformatorowa	z1/z2	z1/z2	z1/√3z2	√3z1/z2	2z1/√3z2	2z1/3z2

---