Тема 7. Трансформатори
Урок 7.1. Трифазні трансформатори. Групи з’єднання обмоток. Автотрансформатори та їх застосування.
Промислові електричні мережі, як правило, є мережами трифазного змінного струму. В них пересилання енергії від місця її генерування до приймачів супроводжується багатократним перетворенням напруги за допомогою трифазних трансформаторів.
На рис. 1 наведено схематичне зображення трифазних трансформаторів, первинні та вторинні обмотки яких з’єднані за схемою зірка-зірка ( а) та зірка-трикутник (б).
Виводи обмоток трансформаторів прийнято позначати так: початки обмотки вищої напруги - А, В, С,відповідні кінці – Х, Y, Z; початки обмотки нижчої напруги - а, в, с, а відповідні кінці - x, y, z .
Рис.1. Схематичне зображення трифазних трансформаторів
Принцип роботи та електромагнітні процеси трифазного та однофазного трансформаторів однакові.
Призначення, будова і принцип дії автотрансформаторів
В деяких випадках буває необхідно змінювати напругу в невеликих межах. Це найпростіше зробити не двообмотковими трансформаторами а однообмотковими, званими автотрансформаторами. Якщо кеэфіцієнт трансформації мало відрізняється від одиниці, то різниця між величиною струмів в первинній і у вторинній обмотках буде невелика. Що ж відбудеться, якщо об'єднати обидві обмотки? Вийде схема автотрансформатора (мал. 2).
Автотрансформатори відносять до трансформаторів спеціального призначення.
Автотрансформатори відрізняються від трансформаторів тим, що у них обмотка нижчої напруги є частиною обмотки вищої напруги, тобто кола цих обмоток мають не тільки магнітний, але і гальванічний зв'язок. Залежно від включення обмоток автотрансформатора можна отримати підвищення або пониження напруги.
. Рис.2 Схеми однофазних автотрансформаторів: а - понижаючого, - підвищувального.
Якщо приєднати джерело змінної напруги до точок А і Х, то в сердечнику виникне змінний магнітний потік. У кожному з витків обмотки індукуватиметься ЕРС однієї і тієї ж величини. Очевидно, між точками а і Х виникне ЕРС, рівна ЕРС одного витка, помноженої на число витків, замкнутих між точками а і Х.
Якщо приєднати до обмотки в точках а і Х яке-небудь навантаження, то вторинний струм I2 проходитиме по частині обмотки і саме між точками а і Х. Але оскільки по цих же витках проходить і первинний струм I1, то обидва струми геометрично складуться, і по ділянці aХ протікатиме дуже невеликий по величині струм, який визначається різницею цих струмів. Це дозволяє частину обмотки зробити з дроту малого перетину, щоб заощадити мідь. Якщо взяти до уваги, що ця ділянка складає велику частину всіх витків, то і економія міді виходить вельми відчутною.
Таким чином, автотрансформатори доцільно використовувати для незначного пониження або підвищення напруги, коли в частині обмотки, яка є загальної для обох кіл автотрансформатора, встановлюється зменшений струм що дозволяє виконати її тоншим дротом і заощадити кольоровий метал. Одночасно з цим зменшується розхід сталі на виготовлення магнітопровода, перетин якого виходить менше, ніж у трансформатора.
У електромагнітних перетворювачах енергії - трансформаторах - передача енергії з однієї обмотки в іншу здійснюється магнітним полем, енергія якого зосереджена в магнітопроводі. У автотрансформаторах передача енергії здійснюється як магнітним полем, так і за рахунок електричного зв'язку між первинною і вторинною обмотками.
Трансформатор і автотрансформатор
Автотрансформатори успішно конкурують з двообмотковими трансформаторами, коли їх коефіцієнт трансформації - мало відрізняється від одиниці але більше 1,5 - 2. При коефіцієнті трансформації понад 3 автотрансформатори себе не виправдовують.
У конструктивному відношенні автотрансформатори практично не відрізняються від трансформаторів. На стрижнях магнітопровода розташовуються дві обмотки. Виводи беруться від двох обмоток і загальної точки. Більшість деталей автотрансформатора в конструктивному відношенні не відрізняються від деталей трансформатора.
Трифазні автотрансформатори
Разом з однофазними двообмотковими автотрансформаторами часто застосовуються трифазні двообмотокові і трифазні триобмоткові автотрансформатори.
У трифазних автотрансформаторах фази зазвичай сполучають зіркою з виведеною нейтральною точкою (мал. 3). При необхідності пониження напруги електричну енергію підводять до затискачів А, В,С і відводять від затискачів а, b, с, а при підвищенні напруги - навпаки. Їх застосовують як пристрої для зниження напруги при пуску потужних двигунів, а також для ступінчастого регулювання напруги на затискачах нагрівальних елементів електричних печей.
Рис. 3. Схема трифазного автотрансформатора із з'єднанням фаз обмотки зіркою з виведеною нейтральною точкою
Трифазні високовольтні триобмоткові трансформатори використовуються також у високовольтних електричних мережах.
Трифазні автотрансформатори, як правило, на стороні вищої напруги з'єднуються в зірку з нульовим проводом. З'єднання в зірку забезпечує зниження напруги, на яку розраховується ізоляція автотрансформатора.
Застосування автотрансформаторів покращує ККД енергосистем, забезпечує зниження вартості передачі енергії, але приводить до збільшення струмів короткого замикання.
Недоліки автотрансформаторів
Недоліком автотрансформатора є необхідність виконання ізоляції обох обмоток на більшу напругу, оскільки обмотки мають електричний зв'язок.
Істотний недолік автотрансформаторів - гальванічний зв'язок між первинним і вторинним колами, що не дозволяє використовувати їх як силових в мережах 6 - 10 кВ при пониженні напруги до 0,38 кВ, оскільки напруга 380 В підводиться до устаткування, на якому працюють люди.
Високовольтний автотрансформатор
При аваріях через наявність електричного зв'язку між обмотками в автотрансформаторі вища напруга може виявитися прикладеною до обмотки нижчої. При цьому всі частини експлуатованої установки виявляться сполученими з високовольтною частиною, що не допускається за умовами безпеки обслуговування і через можливость пробою ізоляції струмопровідних частин приєднаного електроустаткування.
