Трансформаторы специального назначения

а) Измерительные трансформаторы

1. Трансформаторы напряжения

Трансформаторы напряжения (ТН на рис. 1.28) служат для понижения напряжения (обычно до 100…150 В), так как вольтметры и катушки напряжения ваттметров и счетчиков (или реле) не могут быть включены непосредственно на высокое напряжение из-за недостаточной изоляции измерительных приборов и необходимости обеспечить безопасность обслуживающего персонала.

Рис. 1.28. Схема включения трансформаторов напряжения (ТН) и тока (ТТ)

Они выполняются как двухобмоточные трансформаторы и электрически отделяют цепь приборов от цепи высокого напряжения; их вторичная цепь надежно заземляется.

По принципу действия трансформаторы напряжения не отличаются от ранее рассмотренных двухобмоточных трансформаторов.

2. Трансформаторы тока

Трансформаторы тока (ТT на рис. 1.28) также выполняются в виде двухобмоточных трансформаторов. Их первичная обмотка включается в цепь последователи с потребителями, ток которых надо измерить; во вторичную обмотку включаются амперметр, реле, а при измерении мощности и энергии — токовые катушки ваттметра и счетчика. Все приборы во вторичной цепи соединяются последовательно.

При помощи трансформатора тока цепь приборов электрически отделяется от первичной цепи и вторичная обмотка надежно заземляется, что необходимо, если первичная обмотка включается в цепь высокого напряжения.

Отношение токов трансформатора тока практически равно обратному отношению чисел витков:

Последнее обычно подбирается таким образом, чтобы при номинальном первичном токе I_1н номинальный вторичный ток был равен 5 или 1 А. При больших значениях I_1н часто выбирается w₁ = l. Получается в этом случае одновитковый трансформатор тока. Здесь первичной обмоткой служит шина (или круглый проводник), которая проходит внутри сердечника; на сердечнике помещается вторичная обмотка с числом витков w₂.

Трансформаторы тока должны быть механически достаточно прочными, чтобы выдержать электродинамические воздействия, возникающие при аварийном повышении первичного тока.

Особенностью трансформатора тока в отличие от трансформатора напряжения является то, что его магнитный поток, при неизменном токе в первичной обмотке и переменном сопротивлении нагрузки, будет изменяться. При большом сопротивлении нагрузки магнитный поток трансформатора тока может возраст до чрезмерного значения. Режим работы при разомкнутой вторичной обмотки следует считать аварийным, так как при этом магнитный поток и индукция в сердечнике будут иметь наибольшие значения. Это приведет не только к большому увеличению магнитных потерь и нагреву трансформатора, но и к значительному возрастанию напряжения на разомкнутых зажимах вторичной обмотки.

б) Сварочные трансформаторы

Для дуговой электросварки применяются трансформаторы с повышенным рассеянием или трансформаторы при последовательном включении с дугой регулируемой реактивной катушки (рис. 1.29).

Рис. 1.29. Схема сварочного трансформатора с регулируемой реактивной катушкой

Повышение рассеяния в трансформаторе достигается размещением первичной и вторичной обмоток на разных стержнях и применением магнитного шунта между стержнями.

Вторичное напряжение сварочного трансформатора выбирается равным 40…70 В, что соответствует напряжению зажигания дуги при переменном токе. Для устойчивого и непрерывного горения дуги требуется, чтобы внешняя характеристика (зависимость напряжения дуги от тока) была резко падающей (рис. 1.30) и чтобы цепь имела большое индуктивное сопротивление.

Рис. 1.30. Внешняя характеристика при дуговой сварке

На практике более часто применяется схема, показанная на рисунке 1.29, при которой путем изменения зазора d в сердечнике реактивной катушки можно изменять номинальный ток дуги. Такая схема применяется при многопостовой сварке; при этом она позволяет от одного трансформатора (обычно трехфазного) одновременно питать несколько постов, имеющих каждый свою реактивную катушку.

в) Регулировочные трансформаторы

Силовые трансформаторы снабжаются ответвлениями обычно от обмотки высшего напряжения, позволяющими изменять ее число витков на ±5%, или на ±2…2,5%. В мощных трансформаторах ответвления, как правило, делаются в середине обмотки (по высоте), так как в этом случае при внезапном коротком замыкании в меньшей степени возрастают максимальные электромагнитные силы, действующие на обмотки.

На рисунке 1.31 показаны различные способы размещения ответвлений от средней части обмотки (по высоте), и здесь же указаны их обозначения согласно ГОСТ.

В современных трансформаторах переключения производятся при помощи контактного переключателя, имеющего систему неподвижных контактов, соединенных с ответвлениями, и систему движущихся контактов, замыкающих разные пары неподвижных контактов.

Переключения ответвлений при помощи переключателя, рукоятка которого выводится наружу на крышку или на боковую сторону бака трансформатора, производятся только после его отключения от первичной и вторичной сетей. В трансформаторах устаревших конструкций, еще встречающихся на практике, ответвления выводились наружу при помощи проходных изоляторов с тремя зажимами; здесь переключения делаются вручную.

Регулировочными трансформаторами обычно называются трансформаторы, позволяющие регулировать вторичное напряжение под нагрузкой. Для этого используется переключатель, при котором осуществляется изменение числа витков обмотки без разрыва цепи. Наиболее часто применяется переключатель с токоограничивающим реактором, принципиальная схема которого показана на рисунке 1.32.

Рис. 1.31. Способы размещения ответвлений от средней части обмотки (a₁, б₁, в₁) и соответствующие им переключатели ответвлений (a₂, б₂, в₂)

Рис. 1.32. Схема переключения обмотки трансформатора под нагрузкой с токоограничиваюшим реактором (ответвления от обмотки соединяются с соответственно пронумерованными пластинами переключателя)

При указанном на рисунке положении, когда переключатели а и b соединены с одной и той же пластиной 1 и когда выключатели В₁ и В₂ включены, токи в обеих половинах обмотки реактора Р направлены противоположно друг другу и поэтому сопротивление его мало. При изменении числа витков в процессе переключений сначала выключается B₁, затем переключатель а переводится на пластину 2 и B₁ снова включается. Теперь по реактору, кроме рабочего, проходит ток, вызванный напряжением между точками 1 и 2. Но этот ток будет проходить по обеим половинам обмотки реактора в одном и том же направлении, вследствие чего возрастет его индуктивное сопротивление и ток не будет превышать некоторого допустимого значения. После этого выключается В₂, переключатель b переводится на пластину 2 и В₂ снова включается. Таким образом, переход переключателей а и b производится практически без разрыва цепи при очень небольших токах. Все переключающее устройство автоматизируется. Оно обычно помещается в специальном баке, пристраиваемом сбоку к главному баку трансформатора.