Тема: "Трансформаторы" Работа однофазного трансформатора вхолостую (стр. 7 )

В Советском Союзе выпускаются трансформаторы трех групп со­единения Y/Y-12, Y/YN-12, Y/Д-11.

Для того чтобы нагрузка между параллельно работающими трансформаторами распределялась пропорционально их номинальным мощностям, трансформаторы должны иметь одинаковое значение напряжения короткого замыкания.

Из упрощенной схемы замещений двух параллельно включенных трансформаторов (рис. 8.20) следует, что

Uк = I'2(1)zк(1) = I'2(2)zк(2) ,

откуда

I'2(1)	=	zк(2)	=	I2(1)	.
I'2(2)	zк(1)	I2(2)

Если трансформаторы имеют одинаковые значения Uк

Uк(1) = I2н(1)zк(1) = Uк(2) = I'2н(2)zк(2) = Uк,

то

I'2(1)	=	I2(1)	=	I2н(1)	.
I'2(2)	I2(2)	I2н(2)

Параллельно включенные трансформаторы имеют одинаковые значения первичных и вторичных напряжений, поэтому

I2(1)	=	I2н(1)U2н √3	=	Sн(1)	.
I2(2)	I2н(2)U2н √3	Sн(2)

Условия нормальной параллельной работы однофазных трансформаторов те же, что и трехфазных. Линейное напряжение однофазного трансформатора есть напряжение между началом и концом соответствующей обмотки.

. АВТОТРАНСФОРМАТОРЫ

Автотрансформатор — однообмоточный трансформатор. От двухобмоточного отличается тем, что вторичная обмотка является частью первичной и, естественно, обмотки имеют не только магнитную, но и гальваническую связь. Автотрансформаторы бывают однофазные и трехфазные. На рис. 8.21 изображена схема однофазного автотрансформатора. В автотрансформаторе электрическая энергия из первичной цепи во вторичную передается и через гальваническую связь, и посредством переменного магнитного потока. Автотрансформатор целесообразно применять при малых коэффициентах трансформации (n ≤ 2). При малых коэффициентах трансформации на изготовление обмотки требуется значительно меньше (по массе) провода, чем на изготовление двухобмоточного трансформатора (при n = 2 примерно в 2 раза). При этом несколько снижается масса магнитопровода. По этой причине автотрансформатор значительно дешевле, меньше весит и имеет больший КПД, чем двухобмоточный. Однако автотрансформатор нельзя применять там, где по условиям техники безопасности или другим причинам недопустима гальваническая связь между первичной и вторичной обмотками.

Рис. 8.21. Схема автотрансформатора

Автотрансформатор часто используется в лабораторной практике, при проведении всякого рода экспериментальных исследований, в качестве регулятора напряжения. Такой автотрансформатор имеет подвижный скользящий контакт а (рис. 8.21), который касается обмотки, для чего последняя лишена изоляции по ходу подвижного скользящего контакта.

Напряжение U2 определяется, как и для обычного двухобмоточного трансформатора, из соотношения

w1	=	E1	≈	U1	.
w2	E2	U2

откуда

U2 = U1 w2/w1.

Ток нагрузкиI3 = U2/zн.

Ток I1 определяется из уравнения МДС. Если пренебречь током холостого хода, а это не вносит существенных погрешностей, то

(8.17)

I1(w1 - w2) + I2w2 = 0.

Подставив значение тока I2, равного

I2 = I1 + I3,

получим

I1 = - I3 w2/w1, или I1 = I3 w2/w1.

Значение тока I1 можно определить также из закона сохранения энергии. Если пренебречь потерями мощности в трансформаторе, то

U1I1 = U2I3 = U1	w2	I3, откуда
w1

I1 = I3w2/w1.

Рис. 8.22. Схема включения потребителя с реостатом (а) и с автотрансформатором (б) к примеру 8.3

Ток I2 определяется из уравнения (8.17):

I2 = - I1	w1 - w2	= - I3	w2	(	w1 - w2	),
w2	w1	w2

или I2 = I3	w1 - w2	,
w1

Определим значения токов I1,I2 и I3 для автотрансформатора при n = 2:

w2 = w1/2; U2 = U1w2/w1; I3 = U2/zн = U1/2zн ;

I1 = I3	w2	=	U1		w1/2	=	U1	;
w1	2zн	w1	4zн

I2 = I3	w1 - w2	=	U1		w1 - w1/2	=	U1	.
w1	2zн	w1	4zн

Расчеты показали, что численно I2 = I1. Следовательно, автотрансформатор при n = 2 имеет обмотку с w1 витками, провод которой должен быть рассчитан на ток I1. Если использовать вместо автотрансформатора двухобмоточный трансформатор, то его первичная обмотка с тем же числом витков w1, что и обмотка автотрансформатора, должна быть рассчитана на ток I1, а вторичная с числом витков w2 = w1/2 должна быть рассчитана на ток I2 = I1w1/w2 = 2I1.

Из этого следует, что для изготовления автотрансформатора потребуется примерно в 2 раза (по массе) меньше провода, чем для изготовления двухобмоточного трансформатора.

Пример 8.3. Для регулирования напряжения приемника переменного тока можно использовать реостат или автотрансформатор (рис. 8.22, а, б). Определить потери мощности в реостате и автотрансформаторе при условии, что U1 = 220 В, Uп = U2 = 100 В, ток потребителя I = 5 А, если принять, что КПД автотрансформатора з = 0,9.

Решение 1. Потери мощности в реостате

ДPр = U1I - U2I = 220 • 5-100 5 = 600 Вт

2. Потери мощности в автотрансформаторе

ДРтр = U2I2/з - U2I2 =	100 5	- 100 5 = 55 Вт
0,9

ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ ТРАНСФОРМАТОРОВ

В каталогах и в паспорте трансформатора сообщаются тех­нические данные, необходимые для нормальной эксплуатации трансформатора. В них даны: тип трансформатора; номиналь­ная мощность Sном, кВ•А; линейное номинальное напряжение первичной U1ном, кВ, и вторичной U2ном, кВ, обмоток; потери мощности при холостом ходе ДР0 = ДРст, кВт; потери мощности при коротком замыкании ДРк, кВт; напряжение короткого замыкания, % номинального соответствующей обмотки uк ; КПД при полной и половине номинальной нагрузке при cos ц2 = l и группа соединения. Например, ТМ-100/6 означает: ТМ — трансформатор с трансформаторным маслом, естественным воздушным охлаждением, 100 — номинальная мощность, кВ • А, 6 — номинальное напряжение обмотки высшего напряжения, кВ. Номинальная мощность
Sном = √3U2номI2ном — мощность, которую может отдавать трансформатор длительно (весь срок работы) при любом cos ц2, нагреваясь при этом до допустимой температуры. Активная же мощность, которую может длительно отдавать трансформатор, зависит от коэффициента мощности потребителя, так как она равна Р = Sном cos ц2. В СССР приняты следующие напряжения высоковольтных сетей: 3, 6, 10, 20, 35, 110, 150, 220, 330, 500 и 750 кВ, низковольтных сетей 127, 220, 380, 500, 660 В. В соответствии с этим установлены номинальные напряжения трансформаторов — они выше на 5 % напряжения сетей. Например, U1ном = 6,3 кВ, U2ном = 400 В; U1ном = 10,5 кВ, U2ном = 525 В.

На основании технических данных можно определить номинальные токи первичной и вторичной обмоток и параметры схемы замещения одной фазы трехфазного трансформатора.

Номинальный ток, А,

I1ном ≈ I'2ном =	Sном • 103	.
√3U'2н

Полное сопротивление обмоток трансформатора

zк = U1к, ф /Iном, ф ;

активное сопротивление обмоток rк = ДРк /3I21ном, ф; индуктивное сопротивление хк = √zк2 - rк2.

Параметры намагничивающей ветви схемы замещения: полное сопротивление z0 = U1номф /I10ф; активное r0 = ДР0/3I210ф; индуктивное х0 = √z02 - r02.

Для трансформаторов малой мощности в паспорте указываются номинальная мощность и номинальные напряжения.

Пример 8.4. Трехфазный трансформатор при токе нагрузки 1450 А и cos ц = 0,8 имел допустимую установившуюся температуру. Определить номинальную мощность трансформатора и активную мощность, отдаваемую трансформатором, если номинальное вторичное напряжение составляет 400 В.

Решение. 1. Номинальная мощность трансформатора

Sном = √3U2номI2ном = 1,73 • 400 • 1450 = 1000 кВ • А.

2. Активная мощность, отдаваемая трансформатором,

Р = Sном cos ц = 1000 • 0,8 = 800 кВт.

КОНСТРУКТИВНОЕ ИСПОЛНЕНИЕ ТРАНСФОРМАТОРОВ

Трансформаторы малой мощности до 50 — 1000 Вт применяются в радиоприемниках, телевизорах, магнитофонах, осциллографах, многих измерительных устройствах, системах регулирования и т. п. Они бывают однообмоточные, двухобмоточные и многообмоточные. На рис. 8.24 изображен трансформатор малой мощности.

Рис. 8.24. Однофазный трансформатор малой мощности: 1 — магнитопровод; 2 — каркас; 3 — первичная обмотка; 4 — изоляционная прокладка между первичной и вторичной обмотками; 5 — вторичная обмотка

Магнитопровод трансформатора может иметь Ш или П-образную форму (рис. 8.25, а, б).