Трехобмоточные трансформаторы и автотрансформаторы. Автотрансформаторы и трехобмоточные трансформаторыТрехобмоточные трансформаторы.В трехобмоточном трансформаторе на каждую трансформируемую фазу приходится 3 обмотки. За номинальную мощность такого трансформатора принимают номинальную мощность наиболее нагружаемой его обмотки. Токи, напряжения и сопротивления других обмоток приводят к числу витков этой, наиболее мощной обмотки. Принцип работы- такой же как и у двухобмоточного. Уравнение токов трехобмоточного трансформатора(пренебрегая током холостого хода): I1?-(I2’+I3’). Экономическая целесообразность применения 3-х обмоточного тр-ра в том, что первичный ток равен не арифметической, а геометрической сумме приведенных вторичных токов Еще одно достоинство трехобмоточного тр-ра в том что он фактически заменяет 2 двухобмоточных. Обмотки трансформатора располагают на стержне обычно концентрически(б), при этом целесообразно двустороннее расположение вторичных обмоток относительно первичной, тогда первичной является обмотка 2 , а вторичными- обмотки 1 и 3. В этом случае взаимное влияние вторичных обмоток заметно ослабевает.
Трехфазный трансформатор был получен путем объединения трех однофазных, поэтому рабочие процессы в нем протекают так же, как в трех однофазных, и для фазы трехфазного трансформатора справедливы дифференциальные и комплексные уравнения, векторная диаграмма и схема замещения однофазного трансформатора. В трехфазном трансформаторе рабочие процессы в большинстве случаев исследуют для одной фазы и считают, что в других фазах они протекают аналогично лишь со сдвигом во времени. Для трансформации напряжений в трехфазных системах используются как трансформаторы с общей магнитной системой, так и трехфазная
Рис. 9. Трехфазный трансформатор, полученный путем совмещения трех однофазных трансформаторов группа однофазных трансформаторов. При использовании трансформаторов предельной мощности легче на большую мощность выполнить три однофазных трансформатора. При изготовлении трансформаторов массовых серий выполняются трехфазные трансформаторы с общим магнитопроводом, так как при этом достигается экономия в материалах и уменьшается трудоемкость при изготовлении.
В электромагнитных преобразователях энергии — трансформаторах — передача энергии из одной обмотки в другую осуществляется магнитным полем, энергия которого сосредоточена в магнигопроводе. В автотрансформаторах передача энергии осуществляется как магнитным полем, так и за счет электрической связи между первичной и вторичной обмотками (рис. 66). Схема автотрансформатора (рис. 66) может быть представлена иначе (рис. 67). Эта схема дает возможность лучше представить преимущества автотрансформатора перед трансформатором при коэффициентах трансформации, близких к единице. В трансформаторах токи в первичной и вторичной обмотках направлены встречно, поэтому в автотрансформаторах за счет совмещения обмоток при небольших коэффициентах трансформации Uвых/Uвхобеспечивается экономия меди. ЕслиUвых/Uвх= 1, то вся мощность передается за счет электрической связи между первичной и вторичной сторонами. При больших коэффициентах трансформации снижение массы автотрансформатора по сравнению с трансформатором несущественно и применять автотрансформаторы нецелесообразно.
Везде, где необходимо преобразовывать близкие напряжения (110 и 220,220 и 330,330 и 500, 500 и 750 кВ), используются только автотрансформаторыАвтотрансформатор из-за меньшего расхода активных материалов в заданных габаритах удается выполнить на большую мощность, чем трансформатор Автотрансформаторы применяются также в низковольтных сетях в качестве лабораторных регуляторов напряжения небольшой мощности (ЛАТР).В конструктивном отношении автотрансформаторы, практически, не отличаются от трансформаторов При проектировании автотрансформаторов следует различать проходную и расчетную мощности. Проходная мощность (т.е. та мощность, которую может передать автотрансформатор) по обозначениям рис.67 равняется . (113) Расчетная мощность автотрансформатора — это мощность, которая передается магнитным полем: . (114)Расчетная мощность определяет габариты автотрансформатора и зависит от коэффициента трансформации: , (115) где — отношение чисел витков вторичной и первичной обмоток.Из (115) следует, что автотрансформатор при небольших коэффициентах трансформации требует меньше активных материалов. Поэтому при одинаковой проходной мощности применение автотрансформаторов выгоднее — они имеют меньшую стоимость и несколько лучшие энергетические показатели. Недостатком автотрансформатора является необходимость выполнения изоляции обеих обмоток на большее напряжение, так как обмотки имеют электрическую связь.Автотрансформаторы не могут применяться в качестве силовых в сетях 6 кВ при понижении напряжения до 0,38 кВ, так как напряжение 380 В подводится к оборудованию, на котором работают люди. При авариях из-за наличия электрической связи между обмотками в автотрансформаторе высшее напряжение может оказаться приложенным к обмотке низшего. Большой ток короткого замыкания - недостаток автотрансформатора Применение автотрансформаторов улучшает КПД энергосистем, обеспечивает снижение стоимости передачи энергии, но приводит к увеличению токов короткого замыкания.
Асинхронная машина– это машина переменного тока, у которой в установившемся режиме магнитное поле, участвующее в основном процессе преобразования энергии, и ротор вращаются с разными угловыми скоростями.
Принцип действия:U1»i1»Ф1» е12»i2»Ф2»F2»М. Подается напряжениеU1» по обмотке статора протекает токi1» создает магнитный поток Ф1» сцепляясь с катушкой ротора, наводит ЭДС е12» по обмотке ротора протекает токi2» » создает магнитный поток Ф2» на проводник с током действует силаF2» образуется момент М.
Создание ВМП.В статоре, катушки сдвинуты в пространстве на 120° и запитаны системой токов Ia=Ia*sin(wt),Ib=Ib*sin(wt+120),Ic=Ic*sin(wt-120).Условие создания ВМП:
n1 - частота вращения магнитного поля f – частота напряжения сети, p – число пар полюсов в машине. При промышленной частоте f = 50 Гц частота вращения магнитного поля определяется как n1 = 3000/р. S-cскольжение – это относительная разность частот вращения или угловых скоростей магнитного поля и ротора,n2 – частота вращения ротора,и- угловые скорости вращения магнитного поля и ротора.Допущения: магнитное поле, создаваемое обмоткой статора - чисто синусоидальное.Емкостным эффектом пренебрегаем, то ток - индуктивный, т.е. момент в АД создается только активной составляющей тока.
Уравнениям напряжения и токов соответствует схема замещения АД. Рис. 1. Рис.2. r1– отражает электрические потери в первичной обмотке ω1,r2– отражает электрические потери во вторичной обмотке ω2 rм– отражает потери в стали , х1– отражает потери рассеяния магнитного поля ω1, х2– отражает потери рассеяния магнитного поля ω2 хм– сопротивление взаимной индукции. На рис.1 изображена Т-образная схема замещения. Магнитная связь обмоток статора и ротора в АД заменена электрической связью цепей статора и ротора. Активное сопротивлениеR2’(1-S)/Sможно рассматривать как внешнее сопротивление, включенное в обмотку неподвижного ротора. В этом случае АД аналогичен трансформатору, работающему на активную нагрузку. СопротивлениеR2’(1-S)/S- единственный переменный параметр схемы. Значение этого сопротивления определяется скольжением, а, следовательно, нагрузкой на валу. Более удобна для практического применения Г-образная схема (рис.2), у которой намагничивающий контур(Zm=Rm+jXm) вынесен на входные зажимы. Чтобы не изменился намагничивающий ток, в контур последовательно включают сопротивления обмотки статораR1 и Х1. Полученная схема удобна тем, что состоит из двух параллельно соединенных контуров: намагничивающего с токомIoи рабочего с токомI2’. Расчет параметров рабочего контура схемы замещения требует уточнения, что достигается введением в расчетные формулы коэффициента С1, представляющего собой отношение напряжения сетиU1к ЭДС статора Е1 при идеальном холостом ходе (S=0).
Двуклеточный. С фазным ротором. Серия 4А является массовой серией АД, рассчитанных на применение в различных областях промышленности.4А-основного использования,4АГ-с повышенным пусковым моментом,4АL-с повышенным скольжением (для двигателей с пульсирующей нагрузкой), 4АНК-двигатели с фазным ротором, 4R-специальные.Серия 4АМ-общегоназначения и является модернизацией серии 4А. Серия АИ-общего назначения (совместный проект),АО3, А3., А2., АО2, АВШ-АД вертикальный шахтный, ВАМ- вертикальный, подвесного исполнения.
Могут возникать в следующих случаях:
1 Несимметрия приложенных напряжений. Напряжение, токи и поле обратной последовательности создают вращающий момент обратной последовательности Мд=Мпр-Мобр, т.е. Мобр вращается в обратную сторону. Под влиянием токов обратной последовательности результирующий момент двигателя снижается, скольжения при том же моменте на валу увеличиваются, следовательно, увеличивается и ΔР и нагрев машины и уменьшается КПД. Uобр/Uном=2%----η уменьшается на 1%. Моменты прямой, обратный и результирующий АД в функции скольжения. 2Несимметрия сопротивлений во вторичной цепи (отсутствие контакта в роторе, или обрыв одного или нескольких стержней в к.з. обмотке ротора). Для АД с фазным ротором - применение несимметричных пусковых реостатов.I2обр»Ф2обр»Е1обр»I1обр»Мобр. При 0.5<S<1,n2<0, а М2обр>0 ротор вращается против направления поля. При 0<S<0,5 ,n2=0, М2=0-провал происходит за счет размагничивающего действия токовI12 к полю ротораI21-отсутствует (режим идеального хх) Хσ2-велико дляI22. Кривая моментов М=f(S) АД имеет в областиS=0.5 провал. При значительной несимметрии сопротивлений вторичной цепи этот провал может оказаться настолько большим, что двигатель при пуске «застрянет» на скоростиn≈0.5n1 и не достигнет номинальной скорости вращения. Токи обмоток при этом велики и опасны для двигателя. Если одна из трех фаз имеет обрыв, то величина момента в областиS=0.5 будет даже отрицательной и двигатель не достигнет номинальной скорости вращения даже на ХХ. Эффект Гергеса-эффект одноосного включения. При увеличении сопротивлений активных цепей ротора (с помощью реостата) при обрыве одной из фаз ротора становится более благоприятной.
Статорная обмотка данного двигателя выполнена однофазной и имеет достаточно большой коэффициент распределения Кр=0.9. Ротор аналогичен ротору 3-х фазных двигателей с к.з. обмоткой. В однофазных АД образуются 2 элептических вращающихся магн. поля, которые вращаются в разные стороны. В момент пуска это приводит к тому, что результирующее М.П. будет не вращающимся, а пульсирующим. Вращающий момент такого двигателя также складывается из вращающих моментов прямой и обратной составляющей М.П. при неподвижном роторе прямое, и обратное поля демпфируются (гасятся) токами ротора в одинаковой степени. Поэтому пусковой момент однофазного АД =0. его ротор не может прийти во вращение без специального пускового устройства. Однако, если ротор приведен во вращение в ту или иную сторону, то соответствующее элептическое М.П. будет преобладать над другим и двигатель будет вращаться в ту сторону. При одинаковых размерах однофазный двигатель в 2 и более раза имеет меньшую мощность по сравнению с 3-Х фазным, а также низкий КПД иcosφ. Двигатели с пусковой обмоткой (применяются в стиральных машинах, холодильниках, центрифугах и т.д.). После разгона пусковое сопротивление отключается от сети. Применяется пуск с помощью активного сопротивления -фазосдвигающий элемент, чтобы обеспечить сдвиг фаз между токами пусковой и рабочей обмоток. Асинхронный конденсаторный двигатель. Утаких двигателей помимо пусковой емкости есть постоянно включенная добавочная емкость. (используется при повышенных требованиях к пусковому моменту) Двигатель фактически стал двухфазным. На обмотке статора расположена 2-х фазная обмотка с одинаковым числом витков. Одна из фаз питается через добавочную емкость. Сложность заключается в том, что подобранная добавочная емкость обеспечивала сдвиг фаз 90° только в одном режиме работы (чаще всего - номинальном). Сд=(Iв*cosφв)/(ω*U*tgφв). Двигатель с экранированными полюсами. Применяют в настольных вентиляторах, магнитофонах. Двигатель имеет на статоре явно выраженные полюса с однофазной обмоткой и ротор с обмоткой в виде беличьей клетки. Часть наконечника каждого полюса охвачена (экранирована) КЗ витком. Для улучшения формы поля между наконечниками соседних полюсов устанавливают магнитные шунты (до 20-30 см). studfiles.net Трехобмоточные трансформаторы.В трехобмоточном трансформаторе на каждую трансформируемую фазу приходится 3 обмотки. За номинальную мощность такого трансформатора принимают номинальную мощность наиболее нагружаемой его обмотки. Токи, напряжения и сопротивления других обмоток приводят к числу витков этой, наиболее мощной обмотки. Принцип работы- такой же как и у двухобмоточного. Уравнение токов трехобмоточного трансформатора(пренебрегая током холостого хода): I1?-(I2’+I3’). Экономическая целесообразность применения 3-х обмоточного тр-ра в том, что первичный ток равен не арифметической, а геометрической сумме приведенных вторичных токов Еще одно достоинство трехобмоточного тр-ра в том что он фактически заменяет 2 двухобмоточных. Обмотки трансформатора располагают на стержне обычно концентрически(б), при этом целесообразно двустороннее расположение вторичных обмоток относительно первичной, тогда первичной является обмотка 2 , а вторичными- обмотки 1 и 3. В этом случае взаимное влияние вторичных обмоток заметно ослабевает.
Трехфазный трансформатор был получен путем объединения трех однофазных, поэтому рабочие процессы в нем протекают так же, как в трех однофазных, и для фазы трехфазного трансформатора справедливы дифференциальные и комплексные уравнения, векторная диаграмма и схема замещения однофазного трансформатора. В трехфазном трансформаторе рабочие процессы в большинстве случаев исследуют для одной фазы и считают, что в других фазах они протекают аналогично лишь со сдвигом во времени. Для трансформации напряжений в трехфазных системах используются как трансформаторы с общей магнитной системой, так и трехфазная
Рис. 9. Трехфазный трансформатор, полученный путем совмещения трех однофазных трансформаторов группа однофазных трансформаторов. При использовании трансформаторов предельной мощности легче на большую мощность выполнить три однофазных трансформатора. При изготовлении трансформаторов массовых серий выполняются трехфазные трансформаторы с общим магнитопроводом, так как при этом достигается экономия в материалах и уменьшается трудоемкость при изготовлении.
В электромагнитных преобразователях энергии — трансформаторах — передача энергии из одной обмотки в другую осуществляется магнитным полем, энергия которого сосредоточена в магнигопроводе. В автотрансформаторах передача энергии осуществляется как магнитным полем, так и за счет электрической связи между первичной и вторичной обмотками (рис. 66). Схема автотрансформатора (рис. 66) может быть представлена иначе (рис. 67). Эта схема дает возможность лучше представить преимущества автотрансформатора перед трансформатором при коэффициентах трансформации, близких к единице. В трансформаторах токи в первичной и вторичной обмотках направлены встречно, поэтому в автотрансформаторах за счет совмещения обмоток при небольших коэффициентах трансформации Uвых/Uвхобеспечивается экономия меди. ЕслиUвых/Uвх= 1, то вся мощность передается за счет электрической связи между первичной и вторичной сторонами. При больших коэффициентах трансформации снижение массы автотрансформатора по сравнению с трансформатором несущественно и применять автотрансформаторы нецелесообразно.
Везде, где необходимо преобразовывать близкие напряжения (110 и 220,220 и 330,330 и 500, 500 и 750 кВ), используются только автотрансформаторыАвтотрансформатор из-за меньшего расхода активных материалов в заданных габаритах удается выполнить на большую мощность, чем трансформатор Автотрансформаторы применяются также в низковольтных сетях в качестве лабораторных регуляторов напряжения небольшой мощности (ЛАТР).В конструктивном отношении автотрансформаторы, практически, не отличаются от трансформаторов При проектировании автотрансформаторов следует различать проходную и расчетную мощности. Проходная мощность (т.е. та мощность, которую может передать автотрансформатор) по обозначениям рис.67 равняется . (113) Расчетная мощность автотрансформатора — это мощность, которая передается магнитным полем: . (114)Расчетная мощность определяет габариты автотрансформатора и зависит от коэффициента трансформации: , (115) где — отношение чисел витков вторичной и первичной обмоток.Из (115) следует, что автотрансформатор при небольших коэффициентах трансформации требует меньше активных материалов. Поэтому при одинаковой проходной мощности применение автотрансформаторов выгоднее — они имеют меньшую стоимость и несколько лучшие энергетические показатели. Недостатком автотрансформатора является необходимость выполнения изоляции обеих обмоток на большее напряжение, так как обмотки имеют электрическую связь.Автотрансформаторы не могут применяться в качестве силовых в сетях 6 кВ при понижении напряжения до 0,38 кВ, так как напряжение 380 В подводится к оборудованию, на котором работают люди. При авариях из-за наличия электрической связи между обмотками в автотрансформаторе высшее напряжение может оказаться приложенным к обмотке низшего. Большой ток короткого замыкания - недостаток автотрансформатора Применение автотрансформаторов улучшает КПД энергосистем, обеспечивает снижение стоимости передачи энергии, но приводит к увеличению токов короткого замыкания.
Асинхронная машина– это машина переменного тока, у которой в установившемся режиме магнитное поле, участвующее в основном процессе преобразования энергии, и ротор вращаются с разными угловыми скоростями.
Принцип действия:U1»i1»Ф1» е12»i2»Ф2»F2»М. Подается напряжениеU1» по обмотке статора протекает токi1» создает магнитный поток Ф1» сцепляясь с катушкой ротора, наводит ЭДС е12» по обмотке ротора протекает токi2» » создает магнитный поток Ф2» на проводник с током действует силаF2» образуется момент М.
Создание ВМП.В статоре, катушки сдвинуты в пространстве на 120° и запитаны системой токов Ia=Ia*sin(wt),Ib=Ib*sin(wt+120),Ic=Ic*sin(wt-120).Условие создания ВМП:
n1 - частота вращения магнитного поля f – частота напряжения сети, p – число пар полюсов в машине. При промышленной частоте f = 50 Гц частота вращения магнитного поля определяется как n1 = 3000/р. S-cскольжение – это относительная разность частот вращения или угловых скоростей магнитного поля и ротора,n2 – частота вращения ротора,и- угловые скорости вращения магнитного поля и ротора.Допущения: магнитное поле, создаваемое обмоткой статора - чисто синусоидальное.Емкостным эффектом пренебрегаем, то ток - индуктивный, т.е. момент в АД создается только активной составляющей тока.
Уравнениям напряжения и токов соответствует схема замещения АД. Рис. 1. Рис.2. r1– отражает электрические потери в первичной обмотке ω1,r2– отражает электрические потери во вторичной обмотке ω2 rм– отражает потери в стали , х1– отражает потери рассеяния магнитного поля ω1, х2– отражает потери рассеяния магнитного поля ω2 хм– сопротивление взаимной индукции. На рис.1 изображена Т-образная схема замещения. Магнитная связь обмоток статора и ротора в АД заменена электрической связью цепей статора и ротора. Активное сопротивлениеR2’(1-S)/Sможно рассматривать как внешнее сопротивление, включенное в обмотку неподвижного ротора. В этом случае АД аналогичен трансформатору, работающему на активную нагрузку. СопротивлениеR2’(1-S)/S- единственный переменный параметр схемы. Значение этого сопротивления определяется скольжением, а, следовательно, нагрузкой на валу. Более удобна для практического применения Г-образная схема (рис.2), у которой намагничивающий контур(Zm=Rm+jXm) вынесен на входные зажимы. Чтобы не изменился намагничивающий ток, в контур последовательно включают сопротивления обмотки статораR1 и Х1. Полученная схема удобна тем, что состоит из двух параллельно соединенных контуров: намагничивающего с токомIoи рабочего с токомI2’. Расчет параметров рабочего контура схемы замещения требует уточнения, что достигается введением в расчетные формулы коэффициента С1, представляющего собой отношение напряжения сетиU1к ЭДС статора Е1 при идеальном холостом ходе (S=0).
Двуклеточный. С фазным ротором. Серия 4А является массовой серией АД, рассчитанных на применение в различных областях промышленности.4А-основного использования,4АГ-с повышенным пусковым моментом,4АL-с повышенным скольжением (для двигателей с пульсирующей нагрузкой), 4АНК-двигатели с фазным ротором, 4R-специальные.Серия 4АМ-общегоназначения и является модернизацией серии 4А. Серия АИ-общего назначения (совместный проект),АО3, А3., А2., АО2, АВШ-АД вертикальный шахтный, ВАМ- вертикальный, подвесного исполнения.
Могут возникать в следующих случаях:
1 Несимметрия приложенных напряжений. Напряжение, токи и поле обратной последовательности создают вращающий момент обратной последовательности Мд=Мпр-Мобр, т.е. Мобр вращается в обратную сторону. Под влиянием токов обратной последовательности результирующий момент двигателя снижается, скольжения при том же моменте на валу увеличиваются, следовательно, увеличивается и ΔР и нагрев машины и уменьшается КПД. Uобр/Uном=2%----η уменьшается на 1%. Моменты прямой, обратный и результирующий АД в функции скольжения. 2Несимметрия сопротивлений во вторичной цепи (отсутствие контакта в роторе, или обрыв одного или нескольких стержней в к.з. обмотке ротора). Для АД с фазным ротором - применение несимметричных пусковых реостатов.I2обр»Ф2обр»Е1обр»I1обр»Мобр. При 0.5<S<1,n2<0, а М2обр>0 ротор вращается против направления поля. При 0<S<0,5 ,n2=0, М2=0-провал происходит за счет размагничивающего действия токовI12 к полю ротораI21-отсутствует (режим идеального хх) Хσ2-велико дляI22. Кривая моментов М=f(S) АД имеет в областиS=0.5 провал. При значительной несимметрии сопротивлений вторичной цепи этот провал может оказаться настолько большим, что двигатель при пуске «застрянет» на скоростиn≈0.5n1 и не достигнет номинальной скорости вращения. Токи обмоток при этом велики и опасны для двигателя. Если одна из трех фаз имеет обрыв, то величина момента в областиS=0.5 будет даже отрицательной и двигатель не достигнет номинальной скорости вращения даже на ХХ. Эффект Гергеса-эффект одноосного включения. При увеличении сопротивлений активных цепей ротора (с помощью реостата) при обрыве одной из фаз ротора становится более благоприятной.
Статорная обмотка данного двигателя выполнена однофазной и имеет достаточно большой коэффициент распределения Кр=0.9. Ротор аналогичен ротору 3-х фазных двигателей с к.з. обмоткой. В однофазных АД образуются 2 элептических вращающихся магн. поля, которые вращаются в разные стороны. В момент пуска это приводит к тому, что результирующее М.П. будет не вращающимся, а пульсирующим. Вращающий момент такого двигателя также складывается из вращающих моментов прямой и обратной составляющей М.П. при неподвижном роторе прямое, и обратное поля демпфируются (гасятся) токами ротора в одинаковой степени. Поэтому пусковой момент однофазного АД =0. его ротор не может прийти во вращение без специального пускового устройства. Однако, если ротор приведен во вращение в ту или иную сторону, то соответствующее элептическое М.П. будет преобладать над другим и двигатель будет вращаться в ту сторону. При одинаковых размерах однофазный двигатель в 2 и более раза имеет меньшую мощность по сравнению с 3-Х фазным, а также низкий КПД иcosφ. Двигатели с пусковой обмоткой (применяются в стиральных машинах, холодильниках, центрифугах и т.д.). После разгона пусковое сопротивление отключается от сети. Применяется пуск с помощью активного сопротивления -фазосдвигающий элемент, чтобы обеспечить сдвиг фаз между токами пусковой и рабочей обмоток. Асинхронный конденсаторный двигатель. Утаких двигателей помимо пусковой емкости есть постоянно включенная добавочная емкость. (используется при повышенных требованиях к пусковому моменту) Двигатель фактически стал двухфазным. На обмотке статора расположена 2-х фазная обмотка с одинаковым числом витков. Одна из фаз питается через добавочную емкость. Сложность заключается в том, что подобранная добавочная емкость обеспечивала сдвиг фаз 90° только в одном режиме работы (чаще всего - номинальном). Сд=(Iв*cosφв)/(ω*U*tgφв). Двигатель с экранированными полюсами. Применяют в настольных вентиляторах, магнитофонах. Двигатель имеет на статоре явно выраженные полюса с однофазной обмоткой и ротор с обмоткой в виде беличьей клетки. Часть наконечника каждого полюса охвачена (экранирована) КЗ витком. Для улучшения формы поля между наконечниками соседних полюсов устанавливают магнитные шунты (до 20-30 см). studfiles.net Трехобмоточные трансформаторыВ трехобмоточном трансформаторе на каждую трансформируемую фазу приходится три обмотки. За номинальную мощность такого трансформатора принимают номинальную мощность наиболее нагружаемой его обмотки. Токи, напряжения и сопротивления других обмоток приводят к числу витков этой, наиболее мощной обмотки. Принцип работы трехобмоточного трансформатора по существу не отличается от принципа работы обычного двухобмоточного трансформатора. Существуют трехобмоточные трансформаторы с одной первичной и двумя вторичными обмотками и трансформаторы с двумя первичными и одной вторичной обмотками. Рассмотрим основные уравнения, особенности работы и область применения трехобмоточного трансформатора с одной первичной обмоткой, имеющего наибольшее распространение (рис. 3.1, а). Первичная (наиболее мощная) обмотка этого трансформатора является намагничивающей и создает в магнитопроводе магнитный поток, который сцепляется с двумя вторичными обмотками и наводит в них ЭДС
Разделив (3.1) на w1, получим уравнения токов:
Здесь k12=w1/w2— коэффициент трансформации между обмотками w1 и w2; k13 = w1/w3 — коэффициент трансформации между обмотками w1и w3. Пренебрегая током х.х. I0, получим упрощенное уравнение токов трехобмоточного трансформатора:
Экономическую целесообразность применения трехобмоточных трансформаторов можно объяснить тем, что, как это следует из (3.4), первичный ток трехобмоточного трансформатора равен не арифметической, а геометрической сумме приведенных вторичных токов. Учитывая это равенство, а также и то, что нагрузка на вторичные обмотки достигает номинального значения не одновременно, первичную обмотку трехобмоточного трансформатора рассчитывают на мощность, меньшую арифметической суммы номинальных мощностей обеих вторичных обмоток. Еще одно достоинство трехобмоточного трансформатора состоит в том, что он фактически заменяет два двухобмоточных.
Рис. 3.1. Трехобмоточный траисформатор с одной первичной и двумя вторичными обмотками Обмотки трехобмоточиого трансформатора располагают на стержне обычно концентрически (рис. 3.1, б), при этом целесообразнее двустороннее расположение вторичных обмоток относительно первичной, тогда первичной является обмотка 2, а вторичными — обмотки 1 и 3. В этом случае взаимное влияние вторичных обмоток заметно ослабевает. На крупных электростанциях иногда применяют трехобмоточные трансформаторы с двумя первичными обмотками (к каждой из них подключается генератор) и одной вторичной (от нее отходит линия электропередачи). Обычно это установки большой мощности, а поэтому в них применяют однофазные трехобмоточные трансформаторы, соединенные в трансформаторную группу (см. рис. 1.20, а).
Автотрансформаторы Автотрансформатор — это такой вид трансформатора, в котором помимо магнитной связи между обмотками имеется еще и электрическая связь. Обмотки обычного трансформатора можно включить по схеме автотрансформатора, для чего выход X обмотки waxсоединяют с выводом а обмотки wax(рис. 3.2). Если выводы Ах подключить к сети, а к выводам ах подключить нагрузку ZH, то получим понижающий автотрансформатор. Если же выводы ах подключить к сети, а к выводам Ах подключить нагрузку ZH, то получим повышающий автотрансформатор.
Рис. 3.2. Электромагнитная (а) и принципиальная (б) схемы однофазного понижающего автотрансформатора Рассмотрим подробнее работу понижающего автотрансформатора. Обмотка waxодновременно является частью первичной обмотки и вторичной обмоткой. В этой обмотке проходит ток I12. Для точки а запишем уравнение токов:
или
т. е. по виткам wax проходит ток I12, равный разности вторичного I2 и первичного I1токов. Если коэффициент трансформации автотрансформатора kA= wAx/wax,. немногим больше единицы, то токи I1 и I2 мало отличаются друг от друга, а их разность составляет небольшую величину. Это позволяет выполнить витки waxпроводом уменьшенного сечения. Введем понятие проходной мощности автотрансформатора, представляющей собой всю передаваемую мощность Sпр=U2I2из первичной цепи во вторичную. Кроме того, различают еще расчетную мощность Spасч, представляющую собой мощность, передаваемую из первичной во вторичную цепь магнитным полем. Расчетной эту мощность называют потому, что размеры и вес трансформатора зависят от величины этой мощности. В трансформаторе вся проходная мощность является расчетной, так как между обмотками трансформатора существует лишь магнитная связь. В автотрансформаторе между первичной и вторичной цепями помимо магнитнойсвязи существует еще и электрическая.Поэтому расчетная мощность составляет лишь часть проходной мощности, другая ее часть передается между цепями без участия магнитного поля. В подтверждение этого разложим проходную мощность автотрансформатора Sпр = U2I2 на составляющие. Воспользуемся для этого выражением (3.5). Подставив это выражение в формулу проходной мощности, получим Sпр =U2I2=U2(I1+I12)=U2I1+U2I12=Sэ+Sрасч. (3.7) Здесь Sэ= U2I1, — мощность, передаваемая из первичной цепи автотрансформатора во вторичную благодаря электрической связи между этими цепями. Таким образом, расчетная мощность в автотрансформаторе Sрасч= = U2I12 составляет лишь часть проходной. Это дает возможность для изготовления автотрансформатора использовать магнитопровод меньшего сечения, чем в трансформаторе равной мощности. Средняя длина витка обмотки также становится меньше; следовательно, уменьшается расход меди на выполнение обмотки автотрансформатора. Одновременно уменьшаются магнитные и электрические потери, а КПД автотрансформатора повышается. Таким образом автотрансформатор по сравнению с трансформатором равной мощности обладает следующими преимуществами: меньшим расходом активных материалов (медь и электротехническая сталь), более высоким КПД, меньшими размерами и стоимостью. У автотрансформаторов большой мощности КПД достигает 99,7%. Указанные преимущества автотрансформатора тем значительнее, чем больше мощность S3, а следовательно, чем меньше расчетная часть проходной мощности. Мощность SЭ передаваемая из первичной во вторичную цепь благодаря электрической связи между этими цепями, определяется выражением Sэ = U2I1=U2I2/kA=Sпр/kA, (3.8) т.е. значение мощности SЭобратно пропорционально коэффициенту трансформации автотрансформатора kA.
Рис. 3.3. Зависимость SЭ/SПРот коэффициента трансформации автотрансформатора Из графика (рис. 3.3) видно, что применение автотрансформатора дает заметные преимущества по сравнению с двухобмоточным трансформатором лишь при небольших значениях коэффициента трансформации. Например, при kA = 1 вся мощность автотрансформатора передается во вторичную цепь за счет электрической связи между цепями (SЭ/SПР= 1). Наиболее целесообразно применение автотрансформаторов с коэффициентом трансформации kA< 2. При большом значении коэффициента трансформации преобладающее значение имеют недостатки автотрансформатора, состоящие в следующем: 1. Большие токи к.з. в случаях понижающего автотрансформатора: при замыкании точек а и х(см. рис. 3.2, а) напряжение U1подводится лишь к небольшой части витков Аа, которые обладают очень малым сопротивлением к.з. В этом случае автотрансформаторы не могут защитить сами себя от разрушающего действия токов к.з. (см. § 4.1), поэтому токи к.з. ограничиваться сопротивлением других элементов электрической установки, включаемых в цепь автотрансформатора. 2. Электрическая связь стороны ВН со стороной НН; это требуетусиленной электрической изоляции всей обмотки. 3.При использовании автотрансформаторов в схемах понижения напряжения между проводами сети НН и землей возникает напряжение, приблизительно равное напряжению между проводом и землей на стороне ВН. 4. В целях обеспечения электробезопасности обслуживающего персонала нельзя применять автотрансформаторы для понижения напряжения сетей ВН до значений НН, подводимого непосредственно к потребителям.
Рис. 3.4. Трехфазный автотрансформатор Силовые автотрансформаторы широко применяют в линиях передачи и распределения электроэнергии для связи сетей смежных напряжений, например ПО и 220, 220/и 500-кВ и др. Такие автотрансформаторы обычно выполняют на большие мощности (до 500 МВ-А и выше). Обмотки трехфазных автотрансформаторов обычно соединяют в звезду (рис. 3.4). Автотрансформаторы применяют в электроприводе переменного тока для уменьшения пусковых токов двигателей значительной мощности (см. § 15.2), а также для регулировки режимов работы злектрометаллургических печей. Автотрансформаторы малой мощности применяют в устройствах радио, связи и автоматики.
Рис. 3.5. Регулировочный однофазный автотрансформатор: 1 — ручка для перемещения контактной щетки; 2 — щеткодержатель; 3 — обмотка Широко распространены автотрансформаторы с переменным коэффициентом трансформации. В этом случае автотрансформатор снабжают устройством, позволяющим регулировать величину вторичного напряжения путем изменения числа витков wах (См. рис. 3.2). Осуществляется это либо переключателем, либо с помощью скользящего контакта (щетки), перемещаемого непосредственно по зачищенным от изоляции витками обмотки. Такие автотрансформаторы, называемые регуляторами напряжения, могут быть однофазными (рис. 3.5) и трехфазными. Контрольные вопросы 1. Каковы достоинства трехобмоточных трансформаторов? 2. Перечислите достоинства и недостатки автотрансформаторов. 3. Зависят ли достоинства автотрансформатора от коэффициента трансформации? Объясните, почему. 4. Объясните устройство автотрансформатора с переменным коэффициентом трансформации. infopedia.su Трехобмоточный автотрансформатор - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1Трехобмоточный автотрансформаторCтраница 1 Трехобмоточные автотрансформаторы ( рис. 5 - 7) имеют три обмотки: последовательную, общую и низшего напряжения. Последовательная и общая обмотки имеют между собой как магнитную, так и электрическую связь. Обмотка низшего напряжения с двумя другими обмотками имеет только магнитную связь. В трехфазном трехобмоточном автотрансформаторе или в трехфазной группе из однофазных трехобмоточны автотрансформаторов последовательная и общая обмотки соединяются по схеме звезды с глухозаземленной нейтралью, а обмотка низшего напряжения соединяется в треугольник. [1] Трехобмоточный автотрансформатор может работать в автотрансформаторном режиме, как рассмотрено выше, а также в трансформаторном и смешанном режимах. Рассмотрим чисто трансформаторный режим работы автотрансформатора. [2] Трехобмоточные автотрансформаторы применяются на распре-шлительных подстанциях с подключением к трем линиям электропередачи с разными напряжениями. [4] Трехобмоточные автотрансформаторы ( рис. 5.7) имеют три обмотки: последовательную - П, общую О и низшего напряжения - НН. [5] Трехобмоточные автотрансформаторы и трансформаторы, предназначенные для работы в блоке с генераторами, допускают длительную перегрузку по напряжению до 10 % при нагрузке, не превышающей номинальную. [6] Трехобмоточные автотрансформаторы ( рис. 5.7) имеют три обмотки: последовательную - П, общую О и низшего напряжения - НН. [7] Обмотки трехобмоточного автотрансформатора размещают на стержнях так же, как обмотки трехобмоточного трансформатора. [9] В трехобмоточных автотрансформаторах обмотки ВН и СН связаны электрически и соединены в звезду. [10] В трехобмоточных автотрансформаторах обмотки ВН и СН связаны электрически и соединены в звезду с заземленной нейтралью, а обмотка НН соединяется в треугольник для улучшения формы кривой напряжения ( см. гл. [11] Конструктивная схема трехобмоточного автотрансформатора представлена на рис. 11 - 1, а. Обмотки обозначены буквами ВН, СН, НН, а также цифрами 1, 2, 3 соответственно. Изображенное на рис. 11 - 1, а расположение обмоток ( первая от магнитопровода - НН, затем - СН, снаружи - ВН) в настоящее время является типовым. В эксплуатации имеются автотрансформаторы прежних выпусков, у которых обмотка НН расположена между СН и ВН. [12] Схема замещения трехобмоточного автотрансформатора представлена трехлучевой звездой, изображенной на рис. 11 - 5, б, аналогично схеме замещения трехобмоточного трансформатора. Как и выше, активным сопротивлением обмоток и активной проводимостью автотрансформатора пренебрегаем. [13] При расчете потерь для трехобмоточного автотрансформатора с автотрансформаторной связью двух обмоток и трансформаторной связью между этими обмотками и третьей обмоткой следует учитывать замечания, изложенные в § 7 - 1, относительно расчета потерь для трехобмоточных трансформаторов и указания § 3 - 2 относительно расчета автотрансформаторов. [14] Отечественной промышленностью выпускаются в основном трехобмоточные автотрансформаторы с обмотками ВН, СН, НН, причем автотрансформаторная связь вводится между обмотками ВН и СН, а третья обмотка связана только электромагнитно. Обмотка НН, электрически не связанная с обмотками ВН и СН, предназначается прежде всего для компенсации токов тройной частоты, свободная циркуляция которых обеспечивается при соединении в треугольник. Кроме того, эта обмотка используется для подсоединения генератора или синхронного компенсатора, а также для питания потребителей собственных нужд электростанции. [15] Страницы: 1 2 3 4 5 www.ngpedia.ru Трехобмоточные трансформаторы и автотрансформаторы⇐ ПредыдущаяСтр 27 из 111Следующая ⇒В тех случаях, когда на подстанции нужны три номинальных напряжения, экономнее применить трехобмоточный трансформатор вместо двухобмоточного или еще экономнее автотрансформатор. а) б) Рисунок 3.6 - Схемы подстанций с тремя напряжениями а) схема с двумя двухобмоточными трансформаторами, б) схема с трехобмоточным трансформатором
Рисунок 3.7 - Схема подстанции трех напряжений с автотрансформатором
На рисунках 3.6 и 3.7 обмотки высшей стороны обозначены UB, средней UC, низкой UH, присоединенная нагрузка - S. Последовательная и общая обмотки автотрансформатора электрически и электромагнитно связаны между собой. На рисунке 3.8 показаны схемы соединения трехобмоточного трансформатора и автотрансформатора. В схемах замещения трехобмоточного трансформатора и автотрансформатора с UНОМ>220кВ сопротивления обмоток низшего и среднего напряжений приводят к высшему напряжению. Такое приведение соответствует умножению на квадрат коэффициента трансформации. Рисунок 3.8 - Схемы соединения обмоток а) трехобмоточного трансформатора, б) автотрансформатором На рисунке 3.8 обозначены последовательная обмотка высшей стороны П, общая средняя - О. Рисунок 3.9–Г-образная схема замещения трехобмоточного трансформатора
В паспортных данных для трехобмоточных трансформаторов и автотрансформаторов задаются три значения потерь короткого замыкания по парам обмоток DРКВ-Н, DРКВ-С,DРКС-Н и три напряжения короткого замыкания по парам обмоток UКВ-Н%, UКВ-С%,UКС-Н%. Значения DРКВ-Н и UКВ-Н%, определяются при замыкании накоротко обмотки низшего напряжения при разомкнутой обмотке среднего напряжения и подведении к обмотке высшего напряжения такого напряжения UКВ-Н%, чтобы ток в обмотке низшего напряжения трансформатора был равен номинальному току. На рисунке 3.9 приведена схема замещения трехобмоточного трансформатора без приведения сопротивлений обмоток низшего и среднего напряжений к обмотке высшего напряжения. Рисунок 3.10 – Упрощенная схема замещения трехобмоточного трансформатора активных сопротивлений по обмоткам:
Величины DРКВ, DРКС, DРКН, соответствуют лучам схемы замещения и определяются по каталожным значениям потерь КЗ для пар обмоток: Также по каталожным значениям напряженийКЗ для пар обмоток UКВ-Н%, UКВ-С%, UКС-Н% определяются напряжения КЗ для лучей схемы замещения UКВ%, UКС%, UКН%. По найденным значениям аналогично (3.16) определяются реактивные сопротивления обмоток ХТВ, ХТС, ХТН по выражениям, для двухобмоточного трансформатора. Реактивное сопротивление одного из лучей схемы замещения трехобмоточного трансформатора, обычно среднего напряжения, близко к нулю. Все современные трехобмоточные трансформаторы выпускают с одинаковыми номинальными мощностями обмоток. Если определение параметров выполняется для автотрансформаторов с разными мощностями обмоток, то необходимо все заданные параметры привести к номинальной мощности: где - коэффициент выгодности, показывающий, во сколько раз типовая мощность SТИП меньше номинальной SHОM, a=0,25; 0,4; 0,5.
mykonspekts.ru Глава 3. Трехобмоточные трансформаторы и автотрансформаторыТрехобмоточные трансформаторы В трехобмоточном трансформаторе на каждую трансформируемую фазу приходится три обмотки. За номинальную мощность такого трансформатора принимают номинальную мощность наиболее нагружаемой его обмотки. Токи, напряжения и сопротивления других обмоток приводят к числу витков этой, наиболее мощной обмотки. Принцип работы трехобмоточного трансформатора по существу не отличается от принципа работы обычного двухобмоточного трансформатора. Существуют трехобмоточные трансформаторы с одной первичной и двумя вторичными обмотками и трансформаторы с двумя первичными и одной вторичной обмотками. Рассмотрим основные уравнения, особенности работы и область применения трехобмоточного трансформатора с одной первичной обмоткой, имеющего наибольшее распространение (рис. 3.1, а). Первичная (наиболее мощная) обмотка этого трансформатора является намагничивающей и создает в магнитопроводе магнитный поток, который сцепляется с двумя вторичными обмотками и наводит в них ЭДС и . Аналогично двухобмоточному трансформатору запишем для трехобмоточного трансформатора уравнение МДС: Разделив (3.1) на w1, получим уравнения токов: Здесь k12=w1/w2— коэффициент трансформации между обмотками w1 и w2; k13 = w1/w3 — коэффициент трансформации между обмотками w1и w3. Пренебрегая током х.х. I0, получим упрощенное уравнение токов трехобмоточного трансформатора: (3.4) Экономическую целесообразность применения трехобмоточных трансформаторов можно объяснить тем, что, как это следует из (3.4), первичный ток трехобмоточного трансформатора равен не арифметической, а геометрической сумме приведенных вторичных токов. Учитывая это равенство, а также и то, что нагрузка на вторичные обмотки достигает номинального значения не одновременно, первичную обмотку трехобмоточного трансформатора рассчитывают на мощность, меньшую арифметической суммы номинальных мощностей обеих вторичных обмоток. Еще одно достоинство трехобмоточного трансформатора состоит в том, что он фактически заменяет два двухобмоточных. Рис. 3.1. Трехобмоточный траисформатор с одной первичной и двумя вторичными обмотками Обмотки трехобмоточиого трансформатора располагают на стержне обычно концентрически (рис. 3.1, б), при этом целесообразнее двустороннее расположение вторичных обмоток относительно первичной, тогда первичной является обмотка 2, а вторичными — обмотки 1 и 3. В этом случае взаимное влияние вторичных обмоток заметно ослабевает. На крупных электростанциях иногда применяют трехобмоточные трансформаторы с двумя первичными обмотками (к каждой из них подключается генератор) и одной вторичной (от нее отходит линия электропередачи). Обычно это установки большой мощности, а поэтому в них применяют однофазные трехобмоточные трансформаторы, соединенные в трансформаторную группу (см. рис. 1.20, а).
Автотрансформаторы Автотрансформатор — это такой вид трансформатора, в котором помимо магнитной связи между обмотками имеется еще и электрическая связь. Обмотки обычного трансформатора можно включить по схеме автотрансформатора, для чего выход X обмотки waxсоединяют с выводом а обмотки wax(рис. 3.2). Если выводы Ах подключить к сети, а к выводам ах подключить нагрузку ZH, то получим понижающий автотрансформатор. Если же выводы ах подключить к сети, а к выводам Ах подключить нагрузку ZH, то получим повышающий автотрансформатор. Рис. 3.2. Электромагнитная (а) и принципиальная (б) схемы однофазного понижающего автотрансформатора Рассмотрим подробнее работу понижающего автотрансформатора. Обмотка waxодновременно является частью первичной обмотки и вторичной обмоткой. В этой обмотке проходит ток I12. Для точки а запишем уравнение токов: ,(3.5) или , (3.6)
т. е. по виткам wax проходит ток I12, равный разности вторичного I2 и первичного I1токов. Если коэффициент трансформации автотрансформатора kA= wAx/wax,. немногим больше единицы, то токи I1 и I2 мало отличаются друг от друга, а их разность составляет небольшую величину. Это позволяет выполнить витки waxпроводом уменьшенного сечения. Введем понятие проходной мощности автотрансформатора, представляющей собой всю передаваемую мощность Sпр=U2I2из первичной цепи во вторичную. Кроме того, различают еще расчетную мощность Spасч, представляющую собой мощность, передаваемую из первичной во вторичную цепь магнитным полем. Расчетной эту мощность называют потому, что размеры и вес трансформатора зависят от величины этой мощности. В трансформаторе вся проходная мощность является расчетной, так как между обмотками трансформатора существует лишь магнитная связь. В автотрансформаторе между первичной и вторичной цепями помимо магнитнойсвязи существует еще и электрическая.Поэтому расчетная мощность составляет лишь часть проходной мощности, другая ее часть передается между цепями без участия магнитного поля. В подтверждение этого разложим проходную мощность автотрансформатора Sпр = U2I2 на составляющие. Воспользуемся для этого выражением (3.5). Подставив это выражение в формулу проходной мощности, получим Sпр =U2I2=U2(I1+I12)=U2I1+U2I12=Sэ+Sрасч. (3.7) Здесь Sэ= U2I1, — мощность, передаваемая из первичной цепи автотрансформатора во вторичную благодаря электрической связи между этими цепями. Таким образом, расчетная мощность в автотрансформаторе Sрасч= = U2I12 составляет лишь часть проходной. Это дает возможность для изготовления автотрансформатора использовать магнитопровод меньшего сечения, чем в трансформаторе равной мощности. Средняя длина витка обмотки также становится меньше; следовательно, уменьшается расход меди на выполнение обмотки автотрансформатора. Одновременно уменьшаются магнитные и электрические потери, а КПД автотрансформатора повышается. Таким образом автотрансформатор по сравнению с трансформатором равной мощности обладает следующими преимуществами: меньшим расходом активных материалов (медь и электротехническая сталь), более высоким КПД, меньшими размерами и стоимостью. У автотрансформаторов большой мощности КПД достигает 99,7%. Указанные преимущества автотрансформатора тем значительнее, чем больше мощность S3, а следовательно, чем меньше расчетная часть проходной мощности. Мощность SЭ передаваемая из первичной во вторичную цепь благодаря электрической связи между этими цепями, определяется выражением Sэ = U2I1=U2I2/kA=Sпр/kA, (3.8) т.е. значение мощности SЭобратно пропорционально коэффициенту трансформации автотрансформатора kA. Рис. 3.3. Зависимость SЭ/SПРот коэффициента трансформации автотрансформатора Из графика (рис. 3.3) видно, что применение автотрансформатора дает заметные преимущества по сравнению с двухобмоточным трансформатором лишь при небольших значениях коэффициента трансформации. Например, при kA = 1 вся мощность автотрансформатора передается во вторичную цепь за счет электрической связи между цепями (SЭ/SПР= 1). Наиболее целесообразно применение автотрансформаторов с коэффициентом трансформации kA< 2. При большом значении коэффициента трансформации преобладающее значение имеют недостатки автотрансформатора, состоящие в следующем: 1. Большие токи к.з. в случаях понижающего автотрансформатора: при замыкании точек а и х(см. рис. 3.2, а) напряжение U1подводится лишь к небольшой части витков Аа, которые обладают очень малым сопротивлением к.з. В этом случае автотрансформаторы не могут защитить сами себя от разрушающего действия токов к.з. (см. § 4.1), поэтому токи к.з. ограничиваться сопротивлением других элементов электрической установки, включаемых в цепь автотрансформатора. 2. Электрическая связь стороны ВН со стороной НН; это требуетусиленной электрической изоляции всей обмотки. 3.При использовании автотрансформаторов в схемах понижения напряжения между проводами сети НН и землей возникает напряжение, приблизительно равное напряжению между проводом и землей на стороне ВН. 4. В целях обеспечения электробезопасности обслуживающего персонала нельзя применять автотрансформаторы для понижения напряжения сетей ВН до значений НН, подводимого непосредственно к потребителям. Рис. 3.4. Трехфазный автотрансформатор Силовые автотрансформаторы широко применяют в линиях передачи и распределения электроэнергии для связи сетей смежных напряжений, например ПО и 220, 220/и 500-кВ и др. Такие автотрансформаторы обычно выполняют на большие мощности (до 500 МВ-А и выше). Обмотки трехфазных автотрансформаторов обычно соединяют в звезду (рис. 3.4). Автотрансформаторы применяют в электроприводе переменного тока для уменьшения пусковых токов двигателей значительной мощности (см. § 15.2), а также для регулировки режимов работы злектрометаллургических печей. Автотрансформаторы малой мощности применяют в устройствах радио, связи и автоматики. Рис. 3.5. Регулировочный однофазный автотрансформатор: 1 — ручка для перемещения контактной щетки; 2 — щеткодержатель; 3 — обмотка Широко распространены автотрансформаторы с переменным коэффициентом трансформации. В этом случае автотрансформатор снабжают устройством, позволяющим регулировать величину вторичного напряжения путем изменения числа витков wах (См. рис. 3.2). Осуществляется это либо переключателем, либо с помощью скользящего контакта (щетки), перемещаемого непосредственно по зачищенным от изоляции витками обмотки. Такие автотрансформаторы, называемые регуляторами напряжения, могут быть однофазными (рис. 3.5) и трехфазными. Контрольные вопросы 1. Каковы достоинства трехобмоточных трансформаторов? 2. Перечислите достоинства и недостатки автотрансформаторов. 3. Зависят ли достоинства автотрансформатора от коэффициента трансформации? Объясните, почему. 4. Объясните устройство автотрансформатора с переменным коэффициентом трансформации.
Читайте также: lektsia.info Трехобмоточные трансформаторыВ трехобмоточном трансформаторе на каждую трансформируемую фазу приходится три обмотки. За номинальную мощность такого трансформатора принимают номинальную мощность наиболее нагружаемой его обмотки. Токи, напряжения и сопротивления других обмоток приводят к числу витков этой, наиболее мощной обмотки. Принцип работы трехобмоточного трансформатора по существу не отличается от принципа работы обычного двухобмоточного трансформатора. Существуют трехобмоточные трансформаторы с одной первичной и двумя вторичными обмотками и трансформаторы с двумя первичными и одной вторичной обмотками. Рассмотрим основные уравнения, особенности работы и область применения трехобмоточного трансформатора с одной первичной обмоткой, имеющего наибольшее распространение (рис. 3.1, а). Первичная (наиболее мощная) обмотка этого трансформатора является намагничивающей и создает в магнитопроводе магнитный поток, который сцепляется с двумя вторичными обмотками и наводит в них ЭДС
Разделив (3.1) на w1, получим уравнения токов:
Здесь k12=w1/w2— коэффициент трансформации между обмотками w1 и w2; k13 = w1/w3 — коэффициент трансформации между обмотками w1и w3. Пренебрегая током х.х. I0, получим упрощенное уравнение токов трехобмоточного трансформатора: Экономическую целесообразность применения трехобмоточных трансформаторов можно объяснить тем, что, как это следует из (3.4), первичный ток трехобмоточного трансформатора равен не арифметической, а геометрической сумме приведенных вторичных токов. Учитывая это равенство, а также и то, что нагрузка на вторичные обмотки достигает номинального значения не одновременно, первичную обмотку трехобмоточного трансформатора рассчитывают на мощность, меньшую арифметической суммы номинальных мощностей обеих вторичных обмоток. Еще одно достоинство трехобмоточного трансформатора состоит в том, что он фактически заменяет два двухобмоточных.
Рис. 3.1. Трехобмоточный траисформатор с одной первичной и двумя вторичными обмотками Обмотки трехобмоточиого трансформатора располагают на стержне обычно концентрически (рис. 3.1, б), при этом целесообразнее двустороннее расположение вторичных обмоток относительно первичной, тогда первичной является обмотка 2, а вторичными — обмотки 1 и 3. В этом случае взаимное влияние вторичных обмоток заметно ослабевает. На крупных электростанциях иногда применяют трехобмоточные трансформаторы с двумя первичными обмотками (к каждой из них подключается генератор) и одной вторичной (от нее отходит линия электропередачи). Обычно это установки большой мощности, а поэтому в них применяют однофазные трехобмоточные трансформаторы, соединенные в трансформаторную группу (см. рис. 1.20, а).
Автотрансформаторы Автотрансформатор — это такой вид трансформатора, в котором помимо магнитной связи между обмотками имеется еще и электрическая связь. Обмотки обычного трансформатора можно включить по схеме автотрансформатора, для чего выход X обмотки waxсоединяют с выводом а обмотки wax(рис. 3.2). Если выводы Ах подключить к сети, а к выводам ах подключить нагрузку ZH, то получим понижающий автотрансформатор. Если же выводы ах подключить к сети, а к выводам Ах подключить нагрузку ZH, то получим повышающий автотрансформатор.
Рис. 3.2. Электромагнитная (а) и принципиальная (б) схемы однофазного понижающего автотрансформатора Рассмотрим подробнее работу понижающего автотрансформатора. Обмотка waxодновременно является частью первичной обмотки и вторичной обмоткой. В этой обмотке проходит ток I12. Для точки а запишем уравнение токов: или
т. е. по виткам wax проходит ток I12, равный разности вторичного I2 и первичного I1токов. Если коэффициент трансформации автотрансформатора kA= wAx/wax,. немногим больше единицы, то токи I1 и I2 мало отличаются друг от друга, а их разность составляет небольшую величину. Это позволяет выполнить витки waxпроводом уменьшенного сечения. Введем понятие проходной мощности автотрансформатора, представляющей собой всю передаваемую мощность Sпр=U2I2из первичной цепи во вторичную. Кроме того, различают еще расчетную мощность Spасч, представляющую собой мощность, передаваемую из первичной во вторичную цепь магнитным полем. Расчетной эту мощность называют потому, что размеры и вес трансформатора зависят от величины этой мощности. В трансформаторе вся проходная мощность является расчетной, так как между обмотками трансформатора существует лишь магнитная связь. В автотрансформаторе между первичной и вторичной цепями помимо магнитнойсвязи существует еще и электрическая.Поэтому расчетная мощность составляет лишь часть проходной мощности, другая ее часть передается между цепями без участия магнитного поля. В подтверждение этого разложим проходную мощность автотрансформатора Sпр = U2I2 на составляющие. Воспользуемся для этого выражением (3.5). Подставив это выражение в формулу проходной мощности, получим Sпр =U2I2=U2(I1+I12)=U2I1+U2I12=Sэ+Sрасч. (3.7) Здесь Sэ= U2I1, — мощность, передаваемая из первичной цепи автотрансформатора во вторичную благодаря электрической связи между этими цепями. Таким образом, расчетная мощность в автотрансформаторе Sрасч= = U2I12 составляет лишь часть проходной. Это дает возможность для изготовления автотрансформатора использовать магнитопровод меньшего сечения, чем в трансформаторе равной мощности. Средняя длина витка обмотки также становится меньше; следовательно, уменьшается расход меди на выполнение обмотки автотрансформатора. Одновременно уменьшаются магнитные и электрические потери, а КПД автотрансформатора повышается. Таким образом автотрансформатор по сравнению с трансформатором равной мощности обладает следующими преимуществами: меньшим расходом активных материалов (медь и электротехническая сталь), более высоким КПД, меньшими размерами и стоимостью. У автотрансформаторов большой мощности КПД достигает 99,7%. Указанные преимущества автотрансформатора тем значительнее, чем больше мощность S3, а следовательно, чем меньше расчетная часть проходной мощности. Мощность SЭ передаваемая из первичной во вторичную цепь благодаря электрической связи между этими цепями, определяется выражением Sэ = U2I1=U2I2/kA=Sпр/kA, (3.8) т.е. значение мощности SЭобратно пропорционально коэффициенту трансформации автотрансформатора kA.
Рис. 3.3. Зависимость SЭ/SПРот коэффициента трансформации автотрансформатора Из графика (рис. 3.3) видно, что применение автотрансформатора дает заметные преимущества по сравнению с двухобмоточным трансформатором лишь при небольших значениях коэффициента трансформации. Например, при kA = 1 вся мощность автотрансформатора передается во вторичную цепь за счет электрической связи между цепями (SЭ/SПР= 1). Наиболее целесообразно применение автотрансформаторов с коэффициентом трансформации kA< 2. При большом значении коэффициента трансформации преобладающее значение имеют недостатки автотрансформатора, состоящие в следующем: 1. Большие токи к.з. в случаях понижающего автотрансформатора: при замыкании точек а и х(см. рис. 3.2, а) напряжение U1подводится лишь к небольшой части витков Аа, которые обладают очень малым сопротивлением к.з. В этом случае автотрансформаторы не могут защитить сами себя от разрушающего действия токов к.з. (см. § 4.1), поэтому токи к.з. ограничиваться сопротивлением других элементов электрической установки, включаемых в цепь автотрансформатора. 2. Электрическая связь стороны ВН со стороной НН; это требуетусиленной электрической изоляции всей обмотки. 3.При использовании автотрансформаторов в схемах понижения напряжения между проводами сети НН и землей возникает напряжение, приблизительно равное напряжению между проводом и землей на стороне ВН. 4. В целях обеспечения электробезопасности обслуживающего персонала нельзя применять автотрансформаторы для понижения напряжения сетей ВН до значений НН, подводимого непосредственно к потребителям.
Рис. 3.4. Трехфазный автотрансформатор Силовые автотрансформаторы широко применяют в линиях передачи и распределения электроэнергии для связи сетей смежных напряжений, например ПО и 220, 220/и 500-кВ и др. Такие автотрансформаторы обычно выполняют на большие мощности (до 500 МВ-А и выше). Обмотки трехфазных автотрансформаторов обычно соединяют в звезду (рис. 3.4). Автотрансформаторы применяют в электроприводе переменного тока для уменьшения пусковых токов двигателей значительной мощности (см. § 15.2), а также для регулировки режимов работы злектрометаллургических печей. Автотрансформаторы малой мощности применяют в устройствах радио, связи и автоматики.
Рис. 3.5. Регулировочный однофазный автотрансформатор: 1 — ручка для перемещения контактной щетки; 2 — щеткодержатель; 3 — обмотка Широко распространены автотрансформаторы с переменным коэффициентом трансформации. В этом случае автотрансформатор снабжают устройством, позволяющим регулировать величину вторичного напряжения путем изменения числа витков wах (См. рис. 3.2). Осуществляется это либо переключателем, либо с помощью скользящего контакта (щетки), перемещаемого непосредственно по зачищенным от изоляции витками обмотки. Такие автотрансформаторы, называемые регуляторами напряжения, могут быть однофазными (рис. 3.5) и трехфазными. Контрольные вопросы 1. Каковы достоинства трехобмоточных трансформаторов? 2. Перечислите достоинства и недостатки автотрансформаторов. 3. Зависят ли достоинства автотрансформатора от коэффициента трансформации? Объясните, почему. 4. Объясните устройство автотрансформатора с переменным коэффициентом трансформации. stydopedya.ru |
|
|||||||||||||||||
|
|
|||||||||||||||||
|
и 
. Аналогично двухобмоточному трансформатору запишем для трехобмоточного трансформатора уравнение МДС:
(3.4)
,(3.5)
, (3.6)
и 
. Аналогично двухобмоточному трансформатору запишем для трехобмоточного трансформатора уравнение МДС:
(3.4)
, (3.5)
, (3.6)
