1.3 Трансформаторы для преобразования числа фаз и частоты

Т рансформаторные схемы для преобразования числа фаз. 

При питании однофазных нагрузок большой мощности от сети трехфазного тока из-за неравномерности нагрузок от­дельных фаз возникают значительные искажения симметрии трехфазных напряжений. В этом случае для выравнивания нагрузок фаз применяют специальные схемы включения трансформаторов: схему трехфазнодвухфазного преобразования (называемую иногда схемой Скотта) и схему включения двух однофазных трансформаторов (или двух фаз трехфазного трансформатора) в открытый треугольник. Эти схемы используют, в частности, для питания переменным током контактной сети электрифицированного транспорта. В схеме трехфазно-двухфазного преобразования используют два однофазных трансформатораTp1 и Тр2 с различными коэффициентами трансформации. Трансформатор Tp1называют базовым и включают между двумя фазами трехфазной сети. Трансформатор Тр2 называют высотным и включают между третьей фазой сети и средней точкой первичной обмотки трансформатора Tp1. При таком включении напряжения Ú_ВС и Ú_A0 сдвинуты по фазе на угол 90^о. На такой же угол сдвинуты и вторичные напряжения Ú₁ и Ú₂. Для получения одинаковых по величине вторичных напряжений коэффициент трансформации трансформатора Тр2 должен быть в √3/2 раз больше, чем трансформатора Tp1. При симметричной нагрузке вторичной цепи токи в первичной трехфазной цепи также являются симметричными. Если нагрузки Z_Hl и Z_H2 не равны, то одна из фаз трехфазной сети загружена эквивалентной мощностью Р_экв = P₁ - P₂. При использовании схемы «открытый треугольник» эквивалентная однофазная нагрузка трехфазной сети имеет порядок большей из нагрузок Р₁ или Р₂. Если бы питание нагрузок Z_Hl и Z_H2 происходило от однофазного трансформатора, то на одну фазу приходилась бы нагрузка P₁+ Р₂. Преобразование частоты. Наибольшее применение получили трансформаторные схемы для удвоения и утроения частоты. Утроение частоты необходимо, в частности, в преобразователях,   выполненных   по   схеме   «две   обратные   звезды   с уравнительным реактором», для устранения скачков выпрямленного напряжения при работе с малой нагрузкой. Трансформаторная схема для удвоения частоты состоит из двух однофазных трансформаторов Tp1 и Тр2, каждый из которых имеет три обмотки: первичную ,подмагничивающую  и вторичную . Первичные обмотки этих трансформаторов соединены встречно, а вторичные и подмагничивающие — согласно. Поэтому в течение первого полупериода питающего напряжения u₁ в одном из трансформаторов действует сумма МДС (F_ПM+ F_μ), а в другом — их разность (F_ПM - F_μ),где F_ПM и F_μ - МДС, создаваемые подмагничивающей и первичной обмотками. Трансформаторные схемы для утроения Частоты основаны на использовании третьей гармонической, возникающей при насыщении сердечников трансформаторов, подключенных к сети трехфазного тока с частотой f₁ . Известно, что при соединении вторичной обмотки трансформатора по схеме Д третьи гармонические ЭДС отдельных фаз совпадают по времени; при этом по обмотке циркулируют токи тройной частоты. Следовательно, выполняя сердечник трансформатора насыщенным (чтобы третьи гармонические ЭДС имели большую величину) и соединяя вторичные обмотки в «открытый треугольник» на подключенную к ним нагрузку Z_H можно подавать напряжение тройной частоты 3f₁.

1.4 Пик-трансформатор. Особенности конструкции и рабочего процесса

Пик-трансформатор представляет собой обычный двухобмоточный трансформатор с сильнонасыщенным сердечником. Первичную обмотку его подключают к сети переменного тока через большое активное сопротивление rдоб (рисунок 1.25, а). При достаточно большом активном сопротивлении по первичной обмотке пик-трансформатора протекает синусоидальный ток i1. При этом магнитный поток Ф не изменяется по синусоиде, так как он возрастает пропорционально току только при малых его значениях, когда сердечник ненасыщен (рисунок 1.25, б). В результате кривая изменения магнитного потока Ф имеет плоскую форму, а во вторичной обмотке индуктируется пикообразное напряжение u2. Пик напряжения возникает тогда, когда магнитный поток Ф и ток i1 проходят через ноль и скорость их изменения максимальна. При включении трансформатора через большое активное сопротивление сдвиг фаз φ1 = 0 и напряжение u1 и ток i1 совпадают по фазе. Таким образом, пик напряжения u2 образуется, когда напряжение u1 проходит через ноль. Если же требуется, чтобы этот пик возникал при максимальном значении u1, то в цепь первичной обмотки включают индуктивное сопротивление, тогда угол φ1 ≈ π / 2, и напряжение u1 опережает ток i1 на этот угол. Для повышения крутизны пика u2 магнитопроводы пик-трансформаторов изготавливают из пермаллоя, имеющего высокую началь ную магнитную проницаемость и кривую намагничивания с резко выраженным насыщением. Магнитную систему пик-трансформатора часто выполняют с магнитным шунтом, который сильно увеличивает потоки рассеяния, а, следовательно, и индуктивное сопротивление обмоток (т.е. угол φ1 ≈ π / 2). В таком трансформаторе первичная обмотка располагается на сравнительно толстом стержне 1, а вторичная – на тонком 3 (рисунок 1.26, а). При этом магнитный поток Ф1 в стержне 1 имеет синусоидальную форму и замыкается в основном через магнитный шунт 2. Стержень 3 со вторичной обмоткой будет быстро насыщаться и поток Ф2 будет иметь плоскую форму. В результате во вторичной обмотке возникает пик напряжения u2 в момент прохождения тока i1 и потока Ф1 через ноль, а напряжение u1 через максимум (рисунок 1.26, б).Изменяя угол сдвига фаз между питающим напряжением u1 и током i1 в первичной обмотке (включая в ее цепь активные и реактивные сопротивления или с помощью фазорегулятора), можно изменять положение пика напряжения u2 относительно синусоиды напряжения u1.