Конспект лекцій з навчальної дисципліни "спеціальні електричні машини" для студентів денної форми навчання зі спеціальності



Сторінка5/8
Дата конвертації03.12.2016
Розмір2.43 Mb.
1   2   3   4   5   6   7   8

Трьохобмотувальні трансформатори із двома первинними обмотками і однією вторинною (рис. 3.5) виготовляються для установки на потужних електростанціях. При цьому первинні обмотки мають однакові номінальні напруги і до них приєднується по одному потужному генераторі, а вторинна обмотка, що має дві паралельні вітки, з'єднуються через підстанцію з лініями передачі. Трансформатори виконуються однофазними і з'єднуються в трифазну групу.

При такому пристрої трансформатора полегшується виготовлення первинних обмоток, що мають більші струми, і у випадку короткого замикання на затискачах одного генератора між двома генераторами діють активні і індуктивні опори двох первинних обмоток трансформатора, що приводить до зменшення струму короткого замикання.



3.2 Автотрансформатори і трансформатори послідовного включення

Автотрансформатори. У звичайних трансформаторах первинні і вторинні обмотки мають між собою тільки магнітний зв'язок. У ряді випадків замість таких трансформаторів, економічно доцільно застосовувати трансформатори, у яких первинні і вторинні обмотки мають також електричний зв'язок. Такі трансформатори називаються автотрансформаторами.

В автотрансформаторі (рис. 3.6) первинна обмотка включається в мережу паралельно, а вторинна - послідовно. Пристрій обмоток та їхнє розташування на стрижнях такі ж, як і у звичайної трансформаторі, однак через електричний зв'язок обмоток ізоляція кожної з них щодо корпуса повинна бути розрахована так напруга мережі вищої напруги .



Рис. 3.6. Схеми однофазним автотрансформаторів

На рис. 3.6 показані дві можливі схеми з'єднання обмоток трансформатора, причому кожна схема представлена у двох різних зображеннях. На рис. 3.6, а первинна обмотка включається в мережу нижчої напруги , а на рис. 3.6, б — у мережу вищої напруги . В обох випадках напруга вторинної обмотки складається з напругою , і при зневазі спаданнями напруги .

Автотрансформатор може служити як для підвищення, так і для зниження напруги. У першому випадку мережа з напругою на рис. 3.6 є первинною і енергія передається із цієї мережі в мережу з напругою . У другому випадку первинної є мережа з напругою і напрямок передачі енергії змінюється на зворотне.

Розглянемо енергетичні співвідношення в автотрансформаторі, зневажаючи втратами, спаданнями напруги і струмом, що намагнічує.

Е.р.с. і струми обмоток автотрансформатора зв'язані такими ж співвідношеннями, як у звичайному трансформаторі:



. (3.10)

З іншого боку, коефіцієнт трансформації напруг і струмів первинної і вторинної мережі в автотрансформаторі



(3.11)

відрізняється від відношення чисел витків і .

Внутрішня, або розрахункова, потужність автотрансформатора, передана за допомогою магнітного поля з первинної обмотки у вторинну, як і у звичайному трансформаторі, дорівнює

(3.12)

Зовнішня, або прохідна, потужність автотрансформатора, передана з однієї мережі в іншу і рівна



, (3.13)

більше , тому що частина потужності передається з однієї мережі в іншу безпосередньо електричним шляхом. Витрата матеріалів, габарити і вартість автотрансформаторів визначаються потужністю , і тому що в автотрансформатора , то в принципі застосування автотрансформаторів вигідніше застосування звичайних трансформаторів, у яких .

Для схеми рис. 3.6, а

(3.14)

а для схеми рис. 3.6, б



(3.15)

З отриманих співвідношень видно, що для схеми рис. 3.6, а за інших рівних умов у раз менше, ніж для схеми рис. 3.6, б. Це обумовлено тим, що напруга вторинної обмотки , в обох схемах однаково, але в схемі рис. 3.6, б ця обмотка навантажена в раз більшим струмом. Тому на практиці воліють застосовувати схему рис. 3.6, а.


Таблиця 1. Відношення розрахункових і прохідних потужностей автотрансформаторів

Схема

рис. 18-6, аСхема

рис. 18-6, б1,00001,250,200,251,500,330,501,750,430,752,000,501,002,500,601,503,000,672,004,000,753,005,000,804,00У табл. 1 наведені значення відносин при різних значеннях для обох схем рис. 3.6.

З даних цієї таблиці видно, що застосування автотрансформаторів тим вигідніше, ніж ближче до одиниці. Звичайно автотрансформатори використаються при . Останнім часом вони знаходять усе більше широке застосування для з'єднання високовольтних мереж різних напруг (110, 154, 220, 330, 500 кв) енергетичних систем. Вони застосовуються також у різних радіотехнічних пристроях і у ряді інших випадків.

Втрати і напруга короткого замикання, віднесені до розрахункової номінальної потужності і до номінальної напруги вторинної обмотки автотрансформатора, приблизно такі ж, як і у звичайних трансформаторах. Однак якщо ці величини віднести до прохідної потужності і до номінальної напруги мережі, то вони приблизно в раз менше, ніж у звичайних трансформаторах. Це підрозумівається тим, що обмотка із числом витків розрахована тільки на частину, напруги і тому її опір менше, ніж у звичайному трансформаторі, а в обмотці із числом витків протікає тільки частина струму . Тому к.к.д.. передачі енергії при застосуванні автотрансформаторів збільшується, а спадання напруги зменшуються. Разом з тим збільшуються також струми короткого замикання.

Рис. 3.7. Схеми трифазних автотрансформаторів

У трифазних установках обмотки автотрансформаторів звичайно з'єднуються в зірку (рис. 3.7, а). При цьому для усунення третіх гармонік у потоках і е.р.с. фаз застосовується третинна обмотка малої потужності із з'єднанням у трикутник. При з'єднанні обмотки в трикутник (рис. 3.7, б) коефіцієнт трансформації може змінюватися в межах =1-2. Ця схема використається в рідких випадках. В енергетичних системах знаходять застосування трьохобмотувальні трансформатори, у яких обмотки вищої і середньої напруги мають автотрансформаторний зв'язок і з'єднуються в зірку, а обмотка нижчої напруги має з іншими обмотками трансформаторний зв'язок і з'єднується в трикутник.

Трансформатори послідовного включення. У деяких випадках (наприклад, трансформатори граничної потужності і напруги) здійснення такого способу регулювання напруги важко. Іноді потрібне додаткове регулювання напруги окремих галузей замкнутих високовольтних мереж з метою перерозподілу потоків потужності між окремими галузями мережі. У цих випадках знаходять застосування трансформатори послідовного включення ТПВ (рис. 3.8), у яких вторинна обмотка включається в мережу послідовно, а первинна живиться від спеціального трансформатора СТ, регульованого під навантаженням. В останнього в загальному випадку є дві вторинні обмотки d і q.

Рис. 3.8. Трансформатор трифазного включення

Одна з них (обмотка d) створює поздовжню складову напруги співпадаючу по фазі з напругою розглянутої фази мережі або зрушену щодо його на 180°, а інша (обмотка q) - поперечну складову напруги , зрушену щодо напруги розглянутої фази мережі на 90°. Напруги і можна регулювати незалежно друг від друга, і в результаті первинна напруга трансформатора ТПВ

, (3.16)

а також його вторинна напруга , що складається з напругою мережі , можна змінювати за значенням і по фазі. Напруга мережі за ТПВ . Регулювання напруг всіх фаз виробляється одночасно.

Трансформатори із двома обмотками d і q внаслідок їхньої складності і дорожнечі застосовуються відносно рідко. Частіше використовуються трансформатори тільки з обмоткою d, що дозволяють здійснювати поздовжнє регулювання напруги.


3.3 Трансформатори із плавним регулюванням напруги.

Виникає необхідність більше плавного регулювання напруги, притім у широких межах. Розроблено ряд способів такого регулювання напруги, які знайшли практичне застосування.



Рис. 3.9. Трансформатор з ковзними контактами

Одним з таких способів є застосування контактних щіток, що сковзають по неізольованій зовнішній поверхні обмотки (рис. 3.9, а), завдяки чому досягається плавна зміна числа включених у роботу витків обмотки. Такий метод широко використовується в малопотужних лабораторних автотрансформаторах. У могутніших трансформаторах і автотрансформаторах необхідно застосовувати подвійні комплекти щіток і опору з метою обмеження струму короткого замикання при замиканні щітками сусідніх витків (рис. 3.9, б). Розглянуті трансформатори будуються потужністю до 250 кВ А и використаються для освітлення театральних сцен і у деяких інших випадках.

Рис. 3.10. Трансформатор з рухливою вторинною обмоткою

Деяке застосування знаходять також трансформатори з рухливими обмотками і магнітопровідом. На рис. 3.10 зображений трансформатор із двома первинними обмотками 1, включеними паралельно, і вторинною обмоткою 2, розташованої на рухливому магнітопроводі. При русі магнітопровода вниз із положення, показаного на рис. 3.10, а, потокозцеплення з обмоткою 2 плавно міняється і напруга обмотки також плавно міняється від значення + U2 (рис. 3.10, б) до — U2 (рис. 3.10, г) при нижнім крайнім положенні магнітопровода, коли обмотка 2 буде перебувати напроти нижньої обмотки 1.

Останнім часом розширюється застосування трансформаторів з елементами, подмагничуваними постійним струмом. Запропоновано значне число різновидів трансформаторів. Розглянемо як приклад один з подібних трансформаторів (рис. 3.11).

На рис. 3.11 представлений однофазний двухобмоточний трансформатор, первинна і вторинна обмотки якого розташовані на різних стрижнях, а між стрижнями є магнітний шунт, набраний, як і магнітопроводи, з листової електротехнічної сталі. Завдяки такому пристрою обмотки трансформатора мають ослаблений електромагнітний зв'язок і велике розсіювання.

Рис. 3.11. Однофазний трансформатор з подмагничуваним шунтом

Корисний потік Фс замикається через крайні магнітопроводи. Якщо зневажити невеликим струмом, що намагнічує, то струми I1 і I2 перебувають в протифазі та створюють потоки розсіювання і які замикаються в основному через шунт і складаються в ньому. Внаслідок великого розсіювання спадання напруги в опорах розсіювання jx1l1 і jx2t2 великі, що приводить до значного зменшення вторинної напруги.

Магнітний шунт підрозділений на дві частини, на кожній з яких розташована половина підмагнічуванної обмотки, що живиться постійним струмом i-. Ці половини обмотки включені так, що створюваний ними постійний магнітний потік Ф-замикається в межах шунта. Чим більше i-, тим більше Ф- і тем сильніше насичується шунт, у результаті чого і зменшуються. Це приводить до підвищення вторинної напруги U2. Таким чином, шляхом регулювання i- можна регулювати значення U2.

Частина вторинної обмотки можна розташувати на загальному стрижні з первинною обмоткою. Це приведе до посилення електромагнітного зв'язку, зменшенню розсіювання і зменшенню діапазону регулювання U2. Тому діапазон регулювання U2 визначається розподілом витків вторинної обмотки між двома стрижнями.
3.4 Інші різновиди трансформаторів.

Зварювальні і грубні трансформатори. Для електричного дугового зварювання застосовуються трансформатори із вторинною напругою, що забезпечує надійне запалювання і стійке горіння дуги. Для ручного зварювання використаються трансформатори з напругою при холостому ході 60—75 В и при номінальному навантаженні 30 В. Для обмеження зварювального струму при короткому замиканні і стійкому горінні дуги трансформатор повинен мати круто падаючу зовнішню характеристику U2 = f(I), а зварювальний ланцюг значну індуктивність ( = 0,4-0,5). Для регулювання зварювального струму значення цієї індуктивності повинне бути регульованим.

Рис. 3.12. Зварювальний трансформатор з реактивною котушкою

Широко використаються зварювальні трансформатори з додатковою регульованою реактивною котушкою (рис. 3.12). При зменшенні за допомогою відповідного механізму зазору в магнітному ланцюзі котушки її індуктивність зростає.

Однопостові трансформатори для ручного дугового зварювання виготовляються потужністю до 30 кВ А, а для автоматичного зварювання - до 100 кВ А і більше. Для контактного електрозварювання випускаються трансформатори потужністю до 1000 кВ А при напрузі холостого ходу до 36 В.

Для дугових сталеплавильних печей застосовуються трифазні трансформатори, потужністю до 25-MВ-А, зі східчастим регулюванням вторинної напруги в межах 110-420 В. Регулювання напруги здійснюється комбінуванням наступних прийомів: 1) перемикання первинної обмотки із зірки на трикутник; 2) пристрою відводів у первинній обмотці; 3) перемикання окремих груп вторинних витків з паралельного з'єднання на послідовне..

Випрямні трансформатори. Умови роботи трансформаторів, що живяться іонні та напівпровідникові випрямлячі, мають ряд істотних особливостей, які повинні бути прийняті до уваги при проектуванні і експлуатації цих трансформаторів.

У випрямних установках окремі вентилі і фази вторинної обмотки трансформатора працюють по черзі, тому в кожен момент часу трансформатор навантажений несиметрично і необхідно вибрати таку схему з'єднання обмоток, що забезпечує нормальні умови намагнічування магнітопровіда трансформатора і рівновага н.с. на кожному стрижні.



Рис. 3.13. Схема шестифазного випрямного трансформатора зі зрівняльною котушкою

Внаслідок почергової роботи окремих фаз вторинні і первинні струми трансформатора несинусоїдальні та містять ряд вищих гармонік. У загальному випадку гармонійний состав первинних і вторинних струмів різні і тому повні потужності mUI обмоток також різні. За номінальну потужність трансформатора при цьому приймається напівсума повних потужностей первинної і вторинної обмоток.

Для зменшення пульсацій випрямленої напруги і струми, а також для зменшення гармонік струму в первинній обмотці доцільно збільшувати число фаз вторинної обмотки трансформатора.

В іонних багатоанодних вентилях можливі так називані зворотні запалювання, коли виникають дуги між окремими анодами, що еквівалентно короткому замиканню. При цьому можливо порушення рівноваги н.с. первинних і вторинних обмоток, що приводить до виникнення досить значних електромагнітних сил, що діють на обмотки. Тому кріплення обмоток випрямних трансформаторів повинне бути особливо надійним.

Для потужних промислових установок найчастіше застосовуються трансформатори із шестифазною вторинною обмоткою (рис. 3.13), зі зрівняльною реактивною котушкою між нейтралями «прямій» і «зворотної» трифазних груп вторинної обмотки. Призначення цієї котушки полягає в тому, що вона забезпечує в кожен момент часу паралельну роботу двох вентилів і двох сусідніх фаз вторинної обмотки, що мають зрушення е.р.с. 60°. Цим досягається краще використання трансформатора. Такий режим роботи забезпечується тим, що е.р.с., індуктуемі у двох половинках котушки, вирівнюють напруги в ланцюгах одночасно працюючих двох фаз.

Вимірювальні трансформатори струму і напруги застосовуються: 1) для відділення ланцюга вимірювальних приладів і захисних реле від мережі високої напруги з метою безпеки обслуговування і полегшення ізоляції їхніх струмоведучих частин і 2) для перетворення струму і напруги у величини, зручні для виміру стандартними приладами (амперметри на 1 і 5 А, вольтметри до 100 В). Трансформатори струму виготовляються на номінальні потужності вторинних обмоток 5-100 В А, а трансформатори напруги - на 25-1000 В А.

Первинна обмотка трансформатора струму Л1-Л2 включається послідовно у вимірювальний ланцюг, а вторинна обмотка И1-И2 замикається на вимірювальні або захисні прилади, що мають малі внутрішні опори і вмикаемі послідовно один з одним (рис. 57). Тому трансформатор струму працює в режимі, близькому до короткого замикання.

Відповідно до схеми заміщення трансформатора,

, (3.17)

де — наведене значення опору навантаження (приладів) у вторинному ланцюзі.

В ідеальному випадку, коли або , погрішність трансформатора за значенням струму і куту зрушення (рис. 3.14) дорівнює нулю. Тому необхідно прагнути до того, щоб сума була значно менше ZM.

Трансформатори струму виготовляються із класами точності 0,2; 0,5; 1; 3 і 10. Ці цифри вказують припустиму струмову погрішність у відсотках при номінальному струмі. Кутова погрішність для перших трьох класів не повинна перевищувати відповідно 10, 40 і 80', а для класів 3 і 10 ця погрішність не нормується.



Рис. 3.14. Схема включення і векторна діаграма трансформатора струму



Рис. 3.15. Схема включення і криві зміни напруги піктрансформатора

У робочому режимі трансформатора струму його магнітний потік досить малий і стан його магнітопровода далеко від насичення, що сприяє зменшенню погрішностей через зменшення струму, що намагнічує. Не можна допускати розмикання вторинного ланцюга трансформатора струму, тому що при цьому дія, що розмагнічує, вторинного струму зникає і потік трансформатора зростає в десятки і сотні разів. На вторинній стороні виникає небезпечна для життя напруга, а сам трансформатор може вийти з ладу внаслідок пробою ізоляції або надмірного нагрівання магнітопровода в результаті збільшення магнітних втрат.

Залежно від значення первинної напруги і струму, а також умов роботи (зовнішні і внутрішні установки, лабораторні трансформатори і т.п.) конструктивне виконання трансформаторів струму буває досить різним. Часто вони мають кілька вторинних обмоток, намотаних на різних магнітопроводах і різні класи, що мають, точності.

Вимірювальні і захисні прилади, що живляться від трансформатора напруги, підключаються до його вторинних обмоток паралельно. Трансформатори напруги працюють в умовах, близьких до холостого ходу, тобто опір їхнього навантаження великий в порівнянні з опорами обмоток і . При цьому спадання напруги в обмотках трансформатора відносно малі і погрішність трансформатора також мала.

При конструюванні трансформатора прагнуть до можливого зменшення опорів обмоток і . Трансформатори напруги виготовляються із класами точності 0,2; 0,5; 1 і 3. Конструктивне виконання цих трансформаторів також досить різноманітно.


1   2   3   4   5   6   7   8


База даних захищена авторським правом ©lecture.in.ua 2016
звернутися до адміністрації

    Головна сторінка