42 Трехфазные трансформаторы. Автотрансформаторы. Измерительные трансформаторы тока и напряжения.
ТРЕХФАЗНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ
Трехфазный трансформатор состоит из трех однофазных, магнитопроводы которых объединены в один общий трехстержневой (рис. 8.17, д). Действительно, если три однофазных двухобмоточных трансформатора расположить, как изображено на рис. 8.17, а, а их первичные обмотки соединить звездой (рис. 8.17, б) и подключить к трехфазной сети, то в них возникнут токи холостого хода. Токи будут иметь одинаковое значение, но будут сдвинуты относительно друг друга на 120° (рис. 8.17, в). Магнитные потоки, создаваемые токами, также будут сдвинуты на 120°. Сумма магнитных потоков, так же как и токов, будет равна нулю. Если объединить три стержня ABC однофазных трансформаторов в один, то в этом стержне магнитного потока не будет и надобность в нем отпадает. В результате образуется трехфазный трансформатор (рис. 8.17, г). Однако изготовление такого трансформатора технически и технологически затруднено. Действительно, гораздо удобнее расположить стержни магнитопровода в одной плоскости, как изображено на рис. 8.17, д. По существу ничего не изменится. Однако при этом немного уменьшится длина магнитопровода для среднего стержня В. Это несколько нарушит симметрию магнитопровода трансформатора и приведет к тому, что намагничивающий ток (ток холостого хода) обмотки среднего стержня В будет несколько меньше, чем обмоток стержней А и С. Однако асимметрия не имеет практического значения.
|
Рис. 8.17. К пояснению образования трехфазного трансформатора |
Итак, трехфазный двухобмоточный трансформатор (рис. 8.17, д) имеет один трехстержневой магнитопровод с двумя обмотками на каждом из стержней. Каждая фаза трехстержневого трансформатора представляет собой по существу однофазный трансформатор. Поэтому анализ работы и расчет трехфазных трансформаторов при равномерной нагрузке каждой фазы аналогичны однофазным и схема замещения изображается для одной фазы.
Начала и концы первичных обмоток обозначаются большими буквами — соответственно АХ,BY, CZ, вторичных обмоток — малыми буквами ах, by, cz. Фазы вторичных обмоток, так же как и первичных, могут быть соединены звездой или треугольником.
АВТОТРАНСФОРМАТОРЫ
Автотрансформатор — однообмоточный трансформатор. От двухобмоточного отличается тем, что вторичная обмотка является частью первичной и, естественно, обмотки имеют не только магнитную, но и гальваническую связь. Автотрансформаторы бывают однофазные и трехфазные. На рис. 8.21 изображена схема однофазного автотрансформатора. В автотрансформаторе электрическая энергия из первичной цепи во вторичную передается и через гальваническую связь, и посредством переменного магнитного потока. Автотрансформатор целесообразно применять при малых коэффициентах трансформации (n ≤ 2). При малых коэффициентах трансформации на изготовление обмотки требуется значительно меньше (по массе) провода, чем на изготовление двухобмоточного трансформатора (при n = 2 примерно в 2 раза). При этом несколько снижается масса магнитопровода. По этой причине автотрансформатор значительно дешевле, меньше весит и имеет больший КПД, чем двухобмоточный. Однако автотрансформатор нельзя применять там, где по условиям техники безопасности или другим причинам недопустима гальваническая связь между первичной и вторичной обмотками.
|
Рис. 8.21. Схема автотрансформатора |
Автотрансформатор часто используется в лабораторной практике, при проведении всякого рода экспериментальных исследований, в качестве регулятора напряжения. Такой автотрансформатор имеет подвижный скользящий контакт а (рис. 8.21), который касается обмотки, для чего последняя лишена изоляции по ходу подвижного скользящего контакта.
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ
Для расширения пределов измерения измерительных приборов в цепях переменного тока высокого напряжения используются трансформаторы напряжения и трансформаторы тока. Расширение пределов измерения с помощью добавочных резисторов и шунтов в этих цепях неприемлемо по той причине, что обмотки измерительных приборов находились бы под высоким напряжением и эксплуатация их представляла бы большую опасность для обслуживающего персонала. Возникли бы большие трудности по выполнению надежной изоляции измерительных приборов.
Для защиты высоковольтных сетей и оборудования используются всякого рода реле защиты, которые включаются в сеть так же, как и измерительные приборы,— с помощью трансформаторов тока и напряжения.
При использовании измерительных трансформаторов измерительные приборы и реле подключаются к вторичной обмотке измерительного трансформатора, надежно изолированной от первичной высоковольтной обмотки. Вторичные обмотки выполняются на малые напряжения, не опасные для обслуживающего персонала. Расширение пределов измерения амперметров при использовании шунтов в цепях переменного тока приводит к существенным погрешностям из-за индуктивностей обмотки амперметра и шунта. По этой причине для расширения пределов измерения амперметров всегда используются трансформаторы тока независимо от значения напряжения измеряемой цепи.
Если трансформатор напряжения выполнен как обычный трансформатор, то возникают значительные погрешности измерения из-за того, что U1 ≠ E1 и U2 ≠ Е2 по причине падения напряжения в его обмотках. Для повышения точности измерения необходимо уменьшить падение напряжения в обмотках трансформатора.
Повышение точности измерений сводится к уменьшению тока холостого хода трансформатора.
Реактивная составляющая тока холостого хода Iр определяется из уравнения Ipw1 = Hстlст + H0l0. Ее уменьшение достигается тем, что магнитопровод выполняется из высококачественной электротехнической стали с высокой магнитной проницаемостью μаст . Кроме того, трансформатор рассчитывается для работы с малым значением амплитуды магнитной индукцииВm — около 0,4 — 0,8 Тл. Все это существенно снижает напряженность магнитного поля в сталиНст = В/μаст и в воздушном зазоре Н0 = В/μ0 магнитопровода и, естественно, снижает реактивную составляющую тока холостого хода. С той же целью магнитопровод трансформатора выполняется с минимальным значением воздушного зазора, что достигается высококачественной обработкой пластин и сборкой магнитопровода. Активная составляющая Iа обусловлена потерями в стали магнитопровода. Ее уменьшение достигается тем, что для магнитопровода используется сталь с малыми значениями удельных потерь ΔP10, ΔP15 и, как уже было сказано, трансформатор работает при малых значениях Вm .
При выполнении указанных выше условий вторичное напряжение трансформатора пропорционально первичному:
U2 = U1 |
w2 |
= |
U1 |
. |
w1 |
КU |
Однако абсолютной точности получить невозможно, и трансформаторы напряжения имеют определенную погрешность, так же как и измерительные приборы. По точности измерений трансформаторы делятся на классы точности: 0,2; 0,5; 1 и 3.
Необходимо отметить, что при определении цены деления измерительных приборов под коэффициентом трансформации измерительных трансформаторов понимают отношения:
для трансформатора напряжения — номинальных значений напряжений первичной и вторичной обмоток
КU = |
U1н |
= |
w1 |
= n; |
U2н |
w2 |
для трансформатора тока — номинальных значений токов
первичной и вторичной обмоток
kI = |
I1н |
= |
w2 |
= |
1 |
I2н |
w1 |
n |
Цена деления амперметра
С'A = CAkI = CA |
w2 |
= CA |
I1н |
. |
w1 |
I2н |
где СА — цена деления амперметра; С'A — цена деления амперметра с трансформатором тока.
Цена деления вольтметра
С'B = СBkU = СB |
w1 |
= CB |
U1н |
. |
w2 |
U2н |
где СB — цена деления вольтметра; С'B — цена деления вольтметра с трансформатором напряжения.
Цена деления ваттметра
С'Вт = СВтkIkU = СВт |
I1н |
|
U1н |
I2н |
U2н |
где СВт — цена деления ваттметра; С'Вт — цена деления ваттметра с трансформаторами тока и напряжения.