Глава 3. Трехобмоточные трансформаторы и автотрансформаторы § 3.1. Трехобмоточные трансформаторы. Трехобмоточные трансформаторы и автотрансформаторыГлава 3. Трехобмоточные трансформаторы и автотрансформаторы § 3.1. 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 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 w1 и 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). § 3.2. АвтотрансформаторыАвтотрансформатор — 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 wax соединяют 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 wax одновременно 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 I1 токов. 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 wax проводом уменьшенного сечения. Введем понятие проходной мощности автотрансформатора, представляющей собой всю передаваемую мощность Sпр=U2I2 из 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 магнитной связи 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) 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 SЭ обратно пропорционально коэффициенту трансформации автотрансформатора kA.
Рис. 3.3. Зависимость SЭ/SПР от 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 U1 подводится 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 требует усиленной 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. studfiles.net Глава 3. Трехобмоточные трансформаторы и автотрансформаторы § 3.1. 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 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 w1 и 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). § 3.2. АвтотрансформаторыАвтотрансформатор — 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 wax соединяют 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 wax одновременно 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 I1 токов. 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 wax проводом уменьшенного сечения. Введем понятие проходной мощности автотрансформатора, представляющей собой всю передаваемую мощность Sпр=U2I2 из 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 магнитной связи 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 SЭ обратно пропорционально коэффициенту трансформации автотрансформатора kA.
Рис. 3.3. Зависимость SЭ/SПР от 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 U1 подводится 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 требует усиленной 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. studfiles.net Трехобмоточные трансформаторы и автотрансформаторы⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 8Следующая ⇒Трехобмоточные трансформаторы и автотрансформаторы. Во многих случаях на подстанции нужны три номинальных напряжения – высшее
а - два двухобмоточных трансформатора; б –трехобмоточный трансформатор; в – автотрансформатор Рисунок 3 – Схемы подстанций с тремя номинальными напряжениями
а, б – схемы соединения обмоток; в, г – Г-образная и упрощенная схемы замещения; д – схема опыта КЗ (ВН) Рисунок 4 – Трехобмоточный трансформатор и автотрансформатор Схема соединения обмоток автотрансформатора показана на рисунок 4, б. Обмотка низшего напряжения магнитно связана с двумя другими. Обмотки же последовательная и общая (П и О на рисунке 4, б) непосредственно электрически соединены друг с другом и, кроме того, имеют магнитную связь. По последовательной обмотке течет ток
Эта мощность также называется проходной. Она равна предельной мощности, которую автотрансформатор может передать из сети высшего напряжения в сеть среднего напряжения и наоборот при отсутствии нагрузки на обмотке низшего напряжения. Последовательная обмотка П рассчитывается на типовую мощность
где Напряжение общей обмотки меньше Обмотка низшего напряжения также рассчитывается на
где для В трехобмоточном трансформаторе все три обмотки имеют мощность Схема замещения трехобмоточного трансформатора и автотрансформатора с
Соответственно для опытов КЗ по другим обмоткам справедливы аналогичные выражения:
В уравнениях (2.12) – (2.16) три неизвестных – активные сопротивления обмоток трансформатора
В (2.17) – (2.19) величины
Аналогично этому по каталожным значениям напряжении КЗ для пар обмоток
По найденным значениям Все современные трехобмоточные трансформаторы выпускаются с одинаковыми номинальными мощностями обмоток. Для ранее выпускавшихся трансформаторов, имеющих различные мощности отдельных обмоток, каталожные значения Для автотрансформаторов дополнительно указывается номинальная мощность обмотки низшего напряжения в долях номинальной мощности автотрансформатора, т.е. Приведенные к разным мощностям паспортные значения
Аппаратура и материалы Перечень аппаратуры представлен в таблице 1, схема электрических соединений – на рисунке 5.
Читайте также: lektsia.com 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 Глава 3. Трехобмоточные трансформаторы и автотрансформаторы § 3.1. 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 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 w1 и 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). § 3.2. АвтотрансформаторыАвтотрансформатор — 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 wax соединяют 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 wax одновременно 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 I1 токов. 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 wax проводом уменьшенного сечения. Введем понятие проходной мощности автотрансформатора, представляющей собой всю передаваемую мощность Sпр=U2I2 из 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 магнитной связи 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 SЭ обратно пропорционально коэффициенту трансформации автотрансформатора kA.
Рис. 3.3. Зависимость SЭ/SПР от 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 U1 подводится 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 требует усиленной 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. studfiles.net Трехобмоточные трансформаторы
При передаче и распределении электрической энергии иногда возникает необходимость в объединении трех сетей, работающих с различными напряжениями. Так, например, передачу энергии двум потребителям, находящимся на различных расстояниях от электрической станции, целесообразно осуществлять на различных напряжениях. Для этого можно применить два двухобмоточных трансформатора. Однако более экономично задача решается с помощью одного трехобмоточного трансформатора, имеющего одну первичную и две вторичных обмотки (рис. 2.33). Конструктивно трехобмоточные трансформаторы выполняются аналогично двухобмоточным (рис. 2.34). Первичная обмотка обычно располагается в середине между двумя вторичными. Вторичная обмотка с более низким напряжением располагается ближе к стержню. Если выполнить приведение вторичных обмоток трехобмоточного трансформатора к первичной, то можно получить электрическую схему замещения (рис. 2.35), с помощью которой можно выполнить расчет рабочих режимов. Из схемы замещения видно, что при изменении нагрузки в одной из вторичных обмоток изменяется напряжение на обеих обмотках, так как при этом растет ток первичной обмотки
Токи вторичной обмотки
Следовательно, мощность первичной обмотки меньше суммы мощностей двух других обмоток,
В настоящее время выпускаются трехобмоточные трансформаторы с равными значениями номинальных мощностей всех трех обмоток: 100%:100%:100%. При таком выполнении обмоток трансформатор может отдавать 100% мощности в одну из вторичных обмоток или суммарную мощность 100% - в обе вторичные обмотки. Обмотки трехобмоточных трансформаторов обычно соединяют по схемам Y/Yн/D-0-11 или Yн/D/D-11-11.
Автотрансформаторы В сетях высокого напряжения часто возникает необходимость сравнительно небольшого изменения напряжения, на
Решим эту задачу другим путем. Первичную обмотку оставим без изменения, а вторичную выполним с числом витков
где Следовательно, Трансформаторы, у которых помимо электромагнитной связи имеется еще и электрическая связь, называются автотрансформаторами. В автотрансформаторах различают два коэффициента трансформации:
Для схемы рис. 2.37 они связаны соотношением
Коэффициент
Коэффициент
Проходная мощность передается через автотрансформатор электромагнитным и электрическим путем. В трансформаторе электромагнитная и проходная мощность практически не различаются. В автотрансформаторе электромагнитная мощность значительно меньше проходной,
Отсюда следует, что при Потери и напряжение короткого замыкания автотрансформатора, отнесенные к электромагнитной мощности, примерно такие же, как и у трансформатора:
Однако если эти величины отнести к проходной мощности, то они примерно в
Последнее обстоятельство приводит к увеличению токов короткого замыкания. К недостаткам автотрансформатора следует отнести практически полное отсутствие демпфирования грозовых перенапряжений. Тем не менее автотрансформаторы получили широкое распространение в схемах для пуска мощных двигателей переменного тока и для соединения высоковольтных сетей разных напряжений (110, 220, 330, 500, 750) кВ. В последнем случае используются автотрансформаторы предельных мощностей, которые значительно превышают предельные мощности трансформаторов.
Похожие статьи:poznayka.org Глава 3. Трехобмоточные трансформаторы и автотрансформаторы⇐ ПредыдущаяСтр 12 из 85Следующая ⇒Трехобмоточные 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
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.
Читайте также: lektsia.com |
|
|||||||||||||||||
|
|
|||||||||||||||||
|
, среднее 
и низшее 
. Для этого можно было бы использовать два двухобмоточных трансформатора (рисунок 3, а). Более экономично, чем два двухобмоточных, применять один трехобмоточный трансформатор (рис. 2.6, б), все три обмотки которого имеют магнитную связь (рис. 2.7, а). Еще более экономично применение трехобмоточных автотрансформаторов, условное обозначение которых в схемах электрических сетей приведено на рис. 2.6, в.
, а по общей – ( 
). Номинальной мощностью автотрансформатора называют мощность, которую автотрансформатор может принять из сети высшего напряжения или передать в эту сеть при номинальных условиях работы:
(2.12)
(2.13)
– коэффициент выгодности, показывающий, во сколько раз 
меньше 
.
, ток в ней равен 
, поэтому ее мощность меньше 
или на мощность меньше 
(2.13а)
кВ 
0,4; 0,5.
< 
. Таким образом, через понижающий автотрансформатор можно передать мощность, большую той, на которую выполняются его обмотки. Чем меньше коэффициент выгодности 
, тем более экономичен автотрансформатор по сравнению с трехобмоточным трансформатором. Чем ближе номинальные напряжения на средней и высшей сторонах автотрансформатора, тем меньше 
и тем выгоднее использовать автотрансформатор. При 
.
>220кВ приведена на рисунке 4, в, а с 
кВ – на рисунке 4, г. Как и для двухобмоточкого трансформатора, в такой схеме замещения отсутствуют трансформации, т.е. идеальные трансформаторы, но сопротивления обмоток низшего и среднего напряжений приводят к высшему напряжению. Такое приведение соответствует умножению на квадрат коэффициента трансформации. Потери холостого хода 
и 
определяются так же, как и для двухобмоточного трансформатора. Потери 
%. Для трехобмоточных трансформаторов и автотрансформаторов задаются три значения потерь короткого замыкания по парам обмоток 
и три напряжения короткого замыкания по парам обмоток 
. Каждое из каталожных значений 
и 
относится к одному из трех возможных опытов короткого замыкания. Значения 
и 
, чтобы ток в обмотке низшего напряжения трансформатора был равен номинальному. Схема этого опыта КЗ приведена на рисунке 4, д. Ненагруженная обмотка среднего напряжения изображена штрихами, чтобы подчеркнуть, что ток в ней равен нулю. Аналогично опыту КЗ для двухобмоточного трансформатора из данного опыта КЗ можно определить сумму сопротивлений обмоток высшего и низшего напряжений:
. (2.14)
, (2.15)
. (2.16)
. Решив эти три уравнения с тремя неизвестными, получим выражения, аналогичные (2.12):
, (2.17)
, (2.18)
. (2.19)
, соответствующие лучам схемы замещения, определяются по каталожным значениям потерь КЗ для пар обмоток:
, (2.20)
, (2.21)
(2.22)
определяются напряжения КЗ для лучей схемы замещения 
:
(2.23)
(2.24)
(2.25)
по выражениям, аналогичным (2.13) для двухобмоточного трансформатора. Реактивное сопротивление одного из лучей схемы замещения трехобмоточного трансформатора (обычно среднего напряжения) близко к нулю.
, 
для пар обмоток должны быть приведены к одной мощности (обычно к мощности обмотки высшего напряжения). Приведение 
(2.13а). Значения 
отнесены к номинальной мощности автотрансформатора 
и 
– к номинальной мощности обмотки низшего напряжения, т.е. к 
, ток будет соответствовать не 
(2.26)
(2.27)
и увеличивается падение напряжения на сопротивлении 
. С целью уменьшения влияния одной вторичной обмотки на другую стремятся уменьшить сопротивление 
. Для этого первичную обмотку помещают между двумя вторичными обмотками.
и 
не совпадают по фазе, так как коэффициенты мощностей 
и 
обычно различны (рис. 2.36). Поэтому модуль первичного тока 
меньше суммы модулей токов вторичных обмоток 
и 
,
.
.
. Установка обычных трансформаторов в этих случаях оказывается экономически невыгодной. Действительно, пусть требуется связать сети с напряжениями 
и 
При связи этих сетей с помощью трансформатора число витков вторичной обмотки будет связано с числом витков первичной обмотки соотношением
.
и соединим как показано на рис. 2.37. Тогда
,
.
. Таким образом мы получили тот же результат, что и с помощью трансформатора, но с меньшими затратами.
и 
.
.
характеризует мощность, поступающую во вторичную сеть электромагнитным путем,
.
связан с проходной мощностью
.
.
электромагнитная мощность будет мала, поэтому преобразование напряжения будет происходить наиболее экономично.
; 
.
раз меньше, чем в обычных трансформаторах, поэтому
; 
.
и 
. Аналогично двухобмоточному трансформатору запишем для трехобмоточного трансформатора уравнение МДС:
(3.4)
,(3.5)
, (3.6)
