У двухобмоточного трансформатора, на каждом стержне две обмотки — первичная и вторичная. Такой трансформатор может преобразовывать одно напряжение U1 в другое U2. Однако во многих случаях это оказывается недостаточным. Очень часто возникает необходимость иметь помимо напряжения U2 еще одно, третье, напряжение U3. Например, трансформатор мощностью 40 MBА с первичным напряжением 110 кВ должен часть мощности отдать рядом расположенному заводу, а часть передать в более отдаленный промышленный район.
Для питания близлежащего завода удобно иметь напряжение 6,3 кВ, поэтому вторичную обмотку трансформатора выполняют на это напряжение. Однако передача мощности напряжением 6,3 кВ на значительное расстояние невыгодна, так как связана с большой потерей энергии. Чтобы успешно решить обе задачи, на каждый стержень трансформатора добавляют еще одну — третью обмотку с каким-то напряжением, средним между 110 и 6,3 кВ. Таким напряжением может быть 35 кВ, а третью обмотку с таким напряжением так и называют — обмоткой среднего напряжения (СН).
Магнитный поток, созданный током первичной обмотки (у нас — обмотки ВН на 110 кВ), замыкается по магнитопроводу, пересекая витки вторичной обмотки (обмотки НН). На зажимах вторичной обмотки возникает напряжение 6,3 кВ. Если на каждый стержень добавить еще по одной обмотке, расположенной концентрически относительно первых двух (рисунок 1), магнитный поток будет пересекать витки этой обмотки так же, как и двух других. Напряжение, которое возникает на зажимах обмотки СН, будет пропорционально числу ее витков ω3 (в нашем случае оно равно 35 кВ). Таким образом, напряжение сети U1 трансформируется одновременно в два напряжения: U2 и U3. Такой трансформатор в отличие от обычного двухобмоточного называют трехобмоточным.
1 — обмотка ВН; 2 — обмотка СН; 3 - обмотка НН; 4 — магнитопровод
Рисунок 1 - Расположение обмоток трехобмоточного трансформатора
По существу трехобмоточный трансформатор представляет собой два трансформатора, которые могут работать как раздельно, т. е. в разное время, так и одновременно. Но, конечно, мощность 40 MBА, получаемая первичной обмоткой, должна быть всегда равна суммарной нагрузке вторичной и третьей обмоток. Поясним это на примере.
Допустим, что как близлежащий завод, так и отдаленный промышленный район могут потреблять по 40 MBА каждый. Это значит, что и обмотка НН (6,3 кВ) и обмотка СН (35 кВ) рассчитаны, как и первичная обмотка, на передачу мощности по 40 MBА. Но трансформатор может одновременно отдать лишь 40 MBА, т.е. он может или снабжать только одного своего потребителя, или делить между ними свою мощность так, чтобы сумма ее не превышала 40 MBА.
Процессы работы каждой в отдельности пары (состоящей из первичной и одной из двух других) обмоток трехобмоточного трансформатора при различных режимах нагрузки можно представить такими же векторными диаграммами, как и двухобмоточного. При одновременной работе всех трех обмоток диаграмма строится аналогично с учетом того, что первичный ток является теперь геометрической суммой трех токов: холостого хода и токов вторичной и третьей обмоток.
Трехобмоточные трансформаторы имеют довольно широкое распространение. Их применение во многих случаях весьма целесообразно: первоначальная стоимость и потери энергии одного трехобмоточного трансформатора меньше стоимости и потерь в двух обычных двухобмоточных трансформаторах, рассчитанных на мощности вторичной и третьей обмоток.