2020-05-12
344РАЗНОВИДНОСТИ ТРАНСФОРМАТОРОВ
(Тема 14)
Автотрансформаторы
В рассмотренных выше двухобмоточных трансформаторах первичные и вторичные обмотки имеют между собой только магнитную связь. В ряде случаев вместо таких трансформаторов экономически целесообразно применять трансформаторы, в которых первичные и вторичные обмотки имеют еще и электрическую связь. Такие трансформаторы называют автотрансформаторами. Переход от двухобмоточного трансформатора к автотрансформатору показывает рис. 8.1. Поставленная в двухобмоточном трансформаторе (рис. 8.1, а) между концами обмоток перемычка х – Х, не изменит его работу (рис. 8.1, б). Не вызовет изменения линейных токов и напряжений также перемычка А1 –а, если числа витков на участках ах (рис. 8.1, в) и А1 – х одинаковы и точки А1 и а равнопотенциальны.
Можно исключить из работы обмотку ах и осуществить переход от двухобмоточного трансформатора к однообмоточного, или автотрансформатору (рис. 8.1, г).
Автотрансформатор может служить как для понижения, так и для повышения напряжения. В первом случае сеть с напряжением 
на рис. 8.1, г является первичной и энергия поступает из этой сети в в сеть с напряжением 
(понижающий автотрансформатор), во втором случае первичной является сеть с напряжением и направление передачи энергии меняется на противоположное.
|
|
|
Рассмотрим энергетические соотношения в автотрансформаторе, пренебрегая потерями, падением напряжения и намагничивающим током.
По законам трансформации токов и напряжений автотрансформаторы не отличаются от трансформаторов двухобмоточного исполнения:
напряжение трансформатора
, 
;
напряжение автотрансформатора
;
токи, как в трансформаторе, так и в автотрансформаторе (полагая КПД равным единице),
,
откуда
,
или
, 
.
Вторичный ток автотрансформатора, как всякий индуктированный, направлен против первичного, и на участке ах (рис. 8.2) действует геометрическая сумма токов:
(8.1)
В понижающем автотрансформаторе 
. С некоторым приближением запишем:
или 
, (8.2)
и сделать вывод, что вторичный ток автотрансформатора формируется из двух токов:
1) 
, поступающего из одной сети в другую непосредственно (электрически);
2) 
, передающегося электромагнитно.
Мощность вторичной цепи автотрансформатора по аналогии с (8.2):
, (8.3)
где мощность, непосредственно поступающая в сеть вторичной обмотки (электрическая),
|
|
|
(8.4)
и мощность, передающаяся электромагнитно,
. (8.5)
Уравнение (8.5) показывает, что электромагнитная (внутренняя, расчетная) мощность автотрансформатора в 
раз меньше такой вторичной мощности двухобмоточного трансформатора.
Вследствие этого, автотрансформатор меньше, легче и дешевле двухобмоточного трансформатора. Разница в массе и стоимости тем больше, чем ближе коэффициент трансформации к единице. При 
автотрансформаторы свое преимущество теряют.
Активное и индуктивное сопротивления обмоток аватотрансформатора, падения напряжения на них (следовательно и напряжения короткого замыкания) и потери мощности в 
раз меньше, чем у двухобмоточного трансформатора такой же мощности. Токи короткого замыкания соответственно больше.
Автотрансформаторы изготовляются однофазными и трехфазными, схемы их показаны на рис. 8.3.
Конструктивно автотрансформаторы не отличаются от двухобмоточных: на магнитопроводы автотрансформаторов накладываются две обмотки (рис. 8.4, а), электрически соединенные одна с другой.
В схемах электросетей и подстанций автотрансформаторы изображают так, как показано на рис. 8. 4, б (для понижающих) и на рис. 8.5, в (для повышающих).
Повышающие автотрансформаторы называют вольтодобавочными.
Трехобмоточный трансформатор
Трехобмоточные трансформаторы являются простейшими из многообмоточных. Независимо от числа обмоток, установленных на магнитопроводе, на виток каждой обмотки приходится одно и то же напряжение и каждая пара обмоток способна передавать энергию из одной сети в другую (рис. 8.5 а, б).
Отличительной чертой работы трехобмоточного трансформатора является зависимость напряжения одной из его вторичных обмоток от нагрузки другой.
Намагничивающий ток 
и поток 
несколько уменьшается, а следовательно, уменьшается и напряжение на обеих (или всех) вторичных обмотках, включая даже ту, которая работает вхолостую.
По этой причине возможно самопроизвольное перераспределение мощности между параллельно работающими трех- и многообмоточными трансформаторами.
Тем не менее, трехобмоточные трансформаторы получили достаточно широкое распространение: один такой трансформатор легче и дешевле двух обычных двухобмоточных трансформаторов. Их используют на электрических станциях и подстанциях для питания распределительных сетей с различными номинальными напряжениями, что позволяет достичь экономии и капитальных затрат за счет установки меньшего числа трансформаторов.
При разном числе витков в обмотках трансформатор имеет три коэффициента трансформации:
между обмотками 1 и 2 – 
; (8.6, а)
между обмотками 1 и 3 – 
; (8.6, б)
между обмотками 2 и 3 – 
; (8.6, в)
Следует отметить, что вследствие наличия дополнительных потоков рассеяния (рис. 8.6), индуктивное сопротивление рассеяния обмотки, расположенной между двумя другими, близко к нулю или имеет небольшое отрицательное значение, что эквивалентно емкостному. Мощности обмоток трехобмоточного трансформатора:
; 
; 
; (8.7)
в случае, если обмотка 1 является первичной, находятся в соотношении
,
так как коэффициенты мощности 
и 
обычно различны, токи 
и 
сдвинуты по фазе и поэтому 
.
Практикуется изготовление трансформаторов со следующими вариантами соотношений номинальных мощностей трех обмоток:
1) 100 %, 100 %, 100 %;
2) 100 %, 100 %, 67 %;
3) 100 %, 67 %, 100 %;
4) 100 %, 67 %, 67 %.
Трехфазные трансформаторы выполняют с группами соединений 
или 
.
Трехобмоточные трансформаторы с двумя первичными обмотками и одной вторичной изготавливаются для установки на мощных электростанциях. Их первичные обмотки выполнены на номинальное напряжение и к ним присоединяются по одному мощному генератору, а вторичная обмотка, имеющая две параллельные ветви, соединяется через подстанцию с линиями передачи. Трансформаторы выполняют однофазными и соединяют в трехфазную группу.
|
|
|
