Контрольні запитання

1. Навіщо використовують вимірювальні трансформатори? Чи тільки для вимірювання? Які існують вимірювальні трансформатори?

2. Охарактеризуйте будову, особливості роботи, погрішності, класи точності, області застосування трансформаторів напруги.

3. Охарактеризуйте будову, особливості роботи, погрішності, класи точності трансформаторів струму. Чи допустимий режим холостого ходу таких трансформаторів? Чому?

4. Які принципи будови випробувальних трансформаторів? Навести приклади та пояснити особливості роботи й конструкції.

5. Поясніть області застосування, особливості конструкції різних варіантів пожежо – та вибухобезпечних трансформаторів.

6. Поясніть особливості конструкцій, умов роботи та області застосування зварювальних трансформаторів.

Розділ 6. Тягові трансформатори

6.1. Умови роботи тягових трансформаторів

Тягові (головні) трансформатори входять до складу перетворювальної установки локомотива. Їхнє основне призначення – зменшення напруги мережі U_м на струмоприймачі до значення U₂, яка необхідна для живлення тягових двигунів. Можлива зміна напруги U₂ для регулювання випрямленої напруги U_d та режимів роботи двигунів. Крім того, трансформатори мають обмотки, від яких живляться ланцюги власних потреб локомотивів, а іноді й потяга [23].

Номінальна потужність трансформатора, призначена для тягових двигунів (тягова потужність), дорівнює :

(6.1)

де

- номінальна потужність тягового двигуна ;

- число двигунів, які живляться від трансформатора;

- це коефіцієнт, який залежить від експлуатаційного використання локомотива та способу регулювання напруги.

Потужність трансформатора для живлення ланцюгів власних потреб локомотива визначається так :

(6.2)

де

P_{в і} – потужність і-го споживача допоміжного навантаження ;

t_{тв і} – тривалість увімкненого стану ;

n_ваг – розрахункове число пасажирських вагонів на один трансформатор локомотива ;

P₀=30÷50 кВт – це потужність на електрообігрів одного вагона (верхня межа – при застосуванні кондиціонування).

Коефіцієнт допоміжного навантаження :

де - сумарна номінальна потужність допоміжного обладнання локомотива.

Останній член рівняння (6.2) – тільки для пасажирських електровозів та електропотягів.

Трансформатор – найбільш громіздкий елемент електрообладнання локомотива. Його недоцільно віддаляти від перемикача ступенів, теплообмінників системи охолодження, циркуляційного насоса та інших елементів допоміжних пристроїв. Тому блок трансформатора звичайно розміщують у центрі кузова.

Найбільша ширина бака трансформатора В при відсутності захисних засобів (загорожі); - при їхній наявності :

де

- внутрішня ширина кузова;

=380÷500мм – ширина проходу;

=50мм – зазор між баком та огорожею.

На електровозах трансформатор звичайно розташовують між візками таким чином, щоб його нижня частина була нижчою від рами кузова. При цьому найбільша висота трансформатора

де

- верхнє габаритне обмеження кузова відносно рейок;

– висота апаратів, встановлених на трансформаторі;

- верхній зазор між кузовом та внутрішнім обладнанням;

мм – нижнє обмеження за габаритом для підресорених частин.

Якщо все-таки необхідно встановити трансформатор над візком, то його часто виготовляють спеціальної конструкції, з горизонтальним розташуванням стрижнів. При цьому найбільша висота повинна бути

де - висота настановної поверхні рами кузова над головками рейок.

На електропотягах трансформатор підвішують під кузовом, а його найбільша висота

де

=1380мм – висота підлоги вагона над головками рейок;

÷350мм – висота рами кузова;

- монтажний зазор між трансформатором та рамою кузова.

В тягових трансформаторах застосовують інтенсивне рідинно-повітряне охолодження. Охолодження елегазом ( шестифтористою сіркою) не застосовується.. Маса трансформаторів електровозів досягає 8÷15 т, а електропотягів – 2,5÷3,5 т. Питома маса на одиницю номінальної потужності для електровозів – 1,5÷2,4 , а для електропотягів – 2,7÷3,3 .

Трансформатори підресорені, тому на них не впливають значні динамічні сили, наприклад, як на тягові двигуни. Але сили, викликані динамічними прискореннями , не можна не враховувати. За дослідними даними для електровозів звичайно вертикальні динамічні прискорення ; прискорення вздовж осі колії ; перпендикулярно до осі колії – (g – прискорення вільного падіння).

Додаткові динамічні сили, які діють на окремі частини трансформатора,

(6.3)

де m, G – відповідна маса та вага певної частини.

Сумісно з силами, які викликаються тепловими деформаціями, динамічні сили можуть суттєво впливати, особливо на ізолюючі деталі.

Великий вплив на роботу трансформаторів створюють коливання первинної напруги U_м, яка викликає зміни магнітного потоку

~

де

- число витків обмотки високої напруги;

=50 Гц – частота живлячого струму.

Найбільш несприятливе підвищення напруги, оскільки при цьому суттєво зростають втрати в сталі. При розрахунках передбачають підвищення напруги на 15%, а розрахункове значення індукції в магнітопроводах встановлюють не більше, ніж 1,5 Тл.

Максимальні атмосферні й комутаційні наднапруги визначаються кратністю захисних обмежень, які забезпечують апарати та засоби захисту.

(6.4)

де - найбільша напруга, яка наближено дорівнює уставці апаратів потенціального захисту.

Ізоляцію трансформаторів від корпуса розраховують на напругу U_{м max}=75÷100 кВ.

Ймовірність короткого замкнення (к. з.) в ланцюгах тягових трансформаторів значна, що змушує підвищувати спад напруги до 10÷15%. Велика індуктивність уповільнює зростання струмів к. з. й дозволяє застосовувати головні вимикачі меншої розривної потужності. Також пом’якшуються й характеристики електрорухомого складу.

Коефіцієнт трансформації тягових трансформаторів у роботі змінюється в широких межах (виключаючи трансформатори електровозів подвійного живлення). У електровозів більшу частину часу споживана потужність менша від номінальної, а на „вибігу” та „стоянці” режим роботи близький до холостого ходу. Тому розрахункові втрати в сталі трансформатора значно менші, ніж в міді . Звичайно їхнє співвідношення оцінюють коефіцієнтом втрат

3÷6. (6.5)

При пуску частини (секції) обмотки навантажуються нерівномірно.

Для підвищення напруги окремими ступенями поступово вмикають в роботу окремі секції обмотки трансформатора. (рис. 6.1.).

Рис. 6.1. Навантаження вторинної обмотки трансформатора при пусковому регулюванні

Тривалість увімкненого стану кожної секції обмотки визначається часовими інтервалами в межах загальної тривалості пуску , яка відповідає загальному числу пускових позицій

Тривалість увімкненого стану будь-якої і-ї секції

Відповідно середня потужність втрат в міді

,

де активний опір і-ї секції обмотки.

Навіть при незмінних діючих струмах значення не однакові у зв’язку з різними тривалостями увімкненого стану , що призводить до нерівномірності нагрівання обмоток і може обмежувати тривалість роботи трансформатора.