2.2.6. Регулирование напряжения трансформаторов

Ступенчатое регулирование – осуществляется путём изменения числа витков первичной или вторичной обмотки. Регулирование напряжения при этом получается не плавным, а ступенчатым.

Число витков вторичной обмотки можно изменять сравнительно просто, и такой способ широко применяют на электроподвижном составе переменного тока. Для этого вторичную обмотку разбивают на ряд ступеней (секций), к выводам которых соответствующими переключателями может подключаться приёмник электрической энергии, Присоединяя приёмник к тому или иному выводу трансформатора, можно изменять число включенных во вторичную обмотку витков, т. е. напряжение, подводимое к приёмнику. Такой способ называют регулированием на стороне низшего напряжения.

Регулирование вторичного напряжения путём изменения числа витков первичной обмотки трансформатора можно осуществлять в сравнительно узких пределах. Такой способ применяют на трансформаторах тяговых подстанций с целью компенсации колебаний напряжения в питающей подстанции сети (напряжение этих трансформаторов может изменяться от + 5 до – 10% номинального значения). Использовать этот способ для регулирования в широких пределах не представляется возможным. Напряжение, снимаемое со вторичной обмотки трансформатора, можно также регулировать изменяя напряжение, подаваемое на его первичную обмотку используя регулировочный автотрансформатор. Такой способ называют регулированием на стороне высшего напряжения трансформатора. Этот способ применяют на некоторых электровозах переменного тока (ЧС4 и др.).

Каждый из рассмотренных способов регулирования напряжения имеет свои достоинства и недостатки. При регулировании на стороне низшего напряжения переключатели приходится рассчитывать на большие токи, что усложняет их конструкцию. При регулировании на стороне высшего напряжения удаётся значительно упростить конструкцию переключающих аппаратов, т. к. токи в обмотках трансформатора обратно пропорциональны их напряжениям (практически токи в первичной обмотке трансформатора мощного электровоза составляет (200÷300) А, а во вторичной обмотке достигает нескольких тысяч ампер). Однако массогабариты трансформатора при этом возрастают, а его КПД уменьшается. Кроме того, переключающую аппаратуру приходится выполнять с усиленной изоляцией и с высокой степенью точности, т. к. несогласованность работы отдельных выключателей на стороне высшего напряжения может привести к тяжёлым авариям.

Регулирование напряжения путём подмагничивания сердечника -

осуществляется с помощью магнитных шунтов, подмагничиваемых постоянным током, и менять, таким образом, их магнитное сопротивление для переменного потока, создаваемого первичной обмоткой. Трансформатор с подмагничиванием сердечника имеет основной магнитопровод и два магнитных шунта, отделённых друг от друга изолирующими прокладками. Первичная обмотка состоит из двух катушек, соединённых параллельно. Каждая из них охватывает основной стержень и два стержня магнитных шунтов. Вторичная обмотка из двух параллельно включенных катушек, намотанных на стержни основного магнитопровода. На стержнях магнитных шунтов расположена обмотка управления, состоящая из четырёх катушек, соединённых последовательно так, чтобы магнитные потоки, созданные каждой парой катушек одного магнитного шунта, складывались, а ЭДС, индуцируемые в них переменным магнитным потоком первичной обмотки, взаимно компенсировались. При отсутствии постоянного тока в обмотке управления магнитный поток трансформатора, создаваемый первичной обмоткой, равномерно распределяется между основным магнитопроводом и магнитными шунтами, при этом во вторичной обмотке индуцируется минимальное напряжение. При протекании по обмоткам управления постоянного тока сердечники магнитных шунтов насыщаются и их магнитное сопротивление возрастает. При этом магнитный поток первичной обмотки вытесняется в основной магнитопровод, увеличивая проходящий по нему магнитный поток. Это приводит к увеличению напряжения, индуцируемого во вторичной обмотке. Когда сердечники магнитных шунтов будут полностью насыщены, магнитный поток в основном магнитопроводе будет максимальным и с трансформатора будет сниматься максимальное напряжение. Т. о., изменяя ток управления, можно плавно регулировать вторичное напряжение.

Регулирование напряжения с помощью вольтдобавочного трансформатора – осуществляется последовательно включенными трансформатором и регулировочным автотрансформатором с переключающим устройством. Принцип регулирования состоит в том, что напряжение вторичной обмотки вольтдобавочного трансформатора, изменяемое переключающим устройством, суммируется с напряжением линии. При этом переключателем продольного регулирования можно изменять фазу напряжения вторичной обмотки вольтдобавочного трансформатора на ± 180°, так что одно его положение будет соответствовать увеличению напряжения линии, а другое – уменьшению.