6.2 Трансформатори для різних систем регулювання напруги

Тільки на електровозах, які працюють на постійному та змінному струмах (електровози подвійного живлення), тягові трансформатори не використовують для регулювання напруги двигунів. Звичайно на електрорухомому складі змінного струму ступінчасте регулювання напруги двигунів виконують перемиканням частин (секцій) вторинної або первинної обмоток тягового трансформатора . Плавне регулювання напруги на електрорухомому складі однофазно-постійного струму здійснюють міжступеневим тиристорним регулюванням.

Просте регулювання на вторинній стороні тягового трансформатора здійснюється за схемою рис. 6.2.

Рис. 6.2. Схема трансформатора з регулюванням вторинної напруги

Окрім первинної та вторинної тягової, виконані обмотки власних потреб з напругами 600 В та 220 В. Для зменшення стрибків пускового струму необхідно збільшувати число секцій обмотки трансформатора, що ускладнює конструкцію обладнання.

Іноді для зменшення числа необхідних секцій вторинної обмотки застосовують їх зустрічно – узгоджене вмикання для електровоза з двома групами двигунів та двома випрямлячами (рис. 6.3).

Рис. 6.3. Принципова схема трансформатора із зустрічно-узгодженим регулюванням вторинної напруги

Вторинна тягова обмотка кожної групи розділена на постійну частину та регульовану , яка розділена на секції.

При узгодженому та зустрічному вмиканні обмоток та відповідно коефіцієнти трансформації дорівнюють :

,

де - відповідно напруги холостого ходу постійної та регулювальної обмоток.

Постійність приростів пускового струму =const забезпечується при непостійному числі витків секцій обмотки , що не можливо здійснити при малому їх числі. Тому, особливо при зустрічно-узгодженому вмиканні обмоток, приймають = const, = const.

Часто застосовують регулювання напруги на первинній обмотці трансформатора. Використати для цього двообмоткові трансформатори або автотрансформатори не можна, оскільки виникає небезпека попадання вихідних ланцюгів трансформатора під напругу мережі і навіть значно більшу. Система перетворення, яка застосовується в цьому випадку, складається з автотрансформатора АТ з регулювальною обмоткою Р та тягового трансформатора ТТ з обмотками високої В й низької Н напруги (рис. 6.4).

Рис. 6.4. Схема вмикання тягового трансформатора з регулюванням напруги на первинній обмотці

В деяких випадках автотрансформатор АТ замінюють двообмотковим трансформатором з регулювальною вторинною обмоткою.

Коефіцієнт трансформації при регулюванні на первинній обмотці в системі з АТ :

де - коефіцієнти трансформації АТ й ТТ; - числа витків обмоток у відповідності зі схемою рис. 7.4.

Напруги , на затискачах двигунів залежать від коефіцієнта регулювання напруги

Як це випливає зі схеми,

Усереднений струм в обмотці Р не перевищує , що дозволяє зменшити розрахункову потужність цієї обмотки. Для зменшення масогабаритних показників трансформаторів з регулюванням на первинній обмотці можливо сумістити магнітні системи ТТ й АТ, тобто застосувати тристрижневу магнітну систему (рис. 6.5).

Рис. 6.5. Тристрижневий тяговий трансформатор

Магнітні потоки дорівнюють :

;

Звичайно вважають

Площі перерізів стрижнів для броньових трансформаторів

що забезпечує наближену рівність найбільших індукцій у всіх стрижнях.

Особливістю тягових трансформаторів є робота їх при не синусоїдних струмах та напругах. Не синусоїдність особливо велика при регулюванні напруги за допомогою напівпровідникових приладів (регулюванням кута їх вмикання). Вплив не синусоїдності й способів регулювання напруги на конструкцію трансформаторів оцінюють коефіцієнтом типової потужності :

де – розрахункова потужність всіх тягових обмоток трансформатора; - потужність, струм та напруга випрямної установки без урахування втрат в ній.

При випрямлянні за схемою діодного моста або з нульовими вентилями

де - кутова частота змінного струму; - кут комутації:

,

- реактивний опір обмоток трансформатора.

Струм вторинної обмотки

,

де - коефіцієнт пульсації випрямленого струму.

Потужність вторинної P₂ та первинної P₁ обмоток при мостовій схемі випрямляння й регулюванні на вторинній обмотці

(6.6) (7.6)

При цьому не враховуються втрати в обмотках.

Відповідно

Переважно у зв’язку з непостійністю кута комутації γ величину К_тп відносять до якогось одного режиму: номінального або режиму середньоексплуатаційного навантаження трансформатора.

Якщо напругу регулюють, змінюючи кут α відпирання тиристорів, то

Відповідно

(6.7)

де - коефіцієнт ефективності випрямленого струму при регулюванні відпирання вентилів.

Оскільки α > γ, значення необхідно встановлювати для деякого середньостатистичного кута α в очікуваних експлуатаційних режимах.

Для схеми випрямляння з нульовою точкою й нульовими вентилями при регулюванні на вторинній обмотці.

де ефективний струм фази обмотки

.

Потужність первинної обмотки Р₁ визначається за формулою (6.6), а

При регулюванні тиристорами залежність для К_тп визначається формулою (6.7). При регулюванні напруг на первинній обмотці трансформатора

,

- потужності обмоток відповідно регулювальної, вищої й нижчої напруг, які залежать від системи, схеми випрямляння, конструктивних особливостей трансформатора і т. д.

Визначення потужностей обмоток подібне до наведеного для випадку регулювання напруги на вторинній обмотці. В загальному вигляді

де k- стала, яка залежить від вищевказаних умов.

Додаткова обмотка автотрансформатора Р збільшує К_тп на 24÷40%. Між масами m₁, m₂ співставлених трансформаторів та їхніми коефіцієнтами К_тп1 та К_тп2 існує залежність