книги из ГПНТБ / Поярков К.М. Регулируемые трансформаторы и их эксплуатация, 1962. - 176 с. с

мы в .направлении экономии активных материалов мо­ жет быть получено при замене возбуждающего транс­ форматора автотрансформатором с сохранением регули­ ровочных ответвлений в его обмотке.

Недостатком рассмотренных схем является наличие вспомогательного оборудования, увеличивающего затра-

Рис. 12. Схемы регулировочного трансформатора с двумя сер­ дечниками.

ты материалов на единицу мощности, однако на играхтике это может быть оправдано, так как дает возмож­ ность применять имеющиеся переключатели серийного изготовления.

Вотдельных случаях пределы по току могут быть превзойдены вдвое, если два переключающих механиз­ ма включить параллельно. При этом рекомендуется ме­ ханическое соединение обоих переключателей для обес­ печения одновременности переключения и правильного распределения нагрузки между ними.

б) Увеличение пределов регулирования

Вряде случаев, например при увеличении отклоне­ ний напряжения в связи с ростом нагрузок, желательно

иметь более широкие диапазоны регулирования. Иногда

30

увеличение изменений напряжения в сетях может потребовать замены ранее установленных регу­ ляторов или даже применения дополнительных регулирующих устройств, что связано со значитель­ ными капитальными вложениями. Естественно, что регу­ ляторы, первоначально сконструированные на большие пределы регулирования, всегда найдут более широкое применение при любых условиях электроснабжения.

Поэтому при изготовлении регулирующих устройств применяют различные способы включения обмоток, по­ зволяющие увеличить пределы регулирования. Наиболь­ шее применение ввиду своей простоты получил способ реверсирования .регулировочной части обмотки, что на­ ряду с увеличением пределов регулирования позволяет также снизить размеры сердечника и катушек с регу­ лировочными ответвлениями. На рис. 13,а показана схе­ ма вольтодобавочного трансформатора, позволяющая вдвое увеличить диапазон вторичной обмотки за. счет применения вспомогательного реверсирующего переклю-

31

чателя. Такая схема может 'найти 'Применение как для обычных трансформаторов, так и для конструкций транс­ форматоров с двумя сердечниками. Переключающие устройства, подобные представленным на рис. 13,а, при­ менимы для средних мощностей, они не имеют контак­ торов, благодаря чему вес переключателя облегчается, несмотря на наличие вспомогательной аппаратуры для реверсирования обмоток. Реверсирующие переключате­ ли обычно работают без разрыва цепи тока нагрузки в тот момент, когда регулировочная обмотка полностью отключена.

Другим способом увеличения диапазона регулирова­ ния является устройство добавочного глухого ответвле­ ния в нерегулируемой части обмотки, как показано на рис. 13,6. При такой схеме (иногда называемой схемой «грубой ступени») общие пределы регулирования могут быть увеличены вдвое, а потери в меди будут ниже, чем только при реверсировании обмотки, когда при любых направлениях движения остаются включенными все вит­ ки регулирования. Число витков обмотки, отключаемое добавочным ответвлением, как правило, выбирается рав­ ным числу витков регулировочной части обмотки, что продиктовано требованиями облегчения процесса пере­ ключения быстродействующего контактора. Общим для таких схем является также применение вспомогатель­ ных переключателей, реверсирующих регулировочную часть обмотки.

Использование регулировочного и дополнительных ответвлений покажем на примере одного из регулируе­ мых трансформаторов зарубежного производства. На рис. 14 схематически показаны варианты - включения обмотки такого трансформатора в процессе регулирова­ ния напряжения. В первом положении контактором К подключена нечетная группа ответвлений регулирова­ ния. Переключатель П\ установлен на первом ответвле­ нии, а вспомогательный переключатель Я2 замыкает контакты 24—23. При таком положении переключающей аппаратуры включено максимально возможное число витков обмотки трансформатора. В положении II кон­ тактор К переключен в сторону четных ответвлений и переключателем Пi вся регулировочная обмотка выве­ дена; включенными остаются только витки основной обмотки. В положении III контактор К занимает перво-

32

начальное положение, а вспомогательный переключа­ тель П2 включен на глухое ответвление основной обмот­ ки 15. В этом положении включено минимальное число витков (т. е. часть основной обмотки и одна ступень регулировочной). Кроме рассмотренных крайних, могут иметь место промежуточные положения, не показанные на рисунке. Число включенных витков при этом опреде­ ляется положениями контактора К и переключателя П\.

Рис. 14. Изменение схемы обмоток трансформатора в процессе ре­ гулирования напряжения при реверсировании и включении нерегу­ лируемой части обмотки.

I, II, III, —положения регулирования.

Рассмотренная схема дает возможность получить до­ вольно широкий диапазон регулирования напряжения, что достигается не только выполнением глухого ответ­ вления в нерегулируемой части обмотки, но и примене­ нием контактора, поочередно включающего сдвоенный переключатель ответвлений.

Схемы, подобные рассмотренной, применяет боль­ шинство европейских фирм для регулируемых трансфор­ маторов средних и крупных мощностей для .напряжений 35—НО кв и выше.

в) Увеличение числа ступеней регулирования

При проектировании переключателей величина токо­ вой нагрузки является ограничивающим фактором в ос­ новном для малых ступеней регулирования. При увели­ чении ступени регулирования решающее влияние начи­ нает оказывать напряжение ступени, так как от выбора этой величины зависят условия разрыва дуги и работа контактной системы переключателя. На рис. 15 показа-

Рис. 15. Допустимые пределы по току и напряжению для переключателей различ­ ного производства,

ны допустимые пределы по току и напряжению, приня­ тые для переключателей различного производства. Кри­ вые 1 и 2 относятся к многоступенчатым переключате­

практики характерным является ограничение областиприменения переключателей в основном токовыми нагруз­ ками (кривая 3). В переключателях отечественных кон­ струкций для трансформаторов средних мощностей огра­ ничивается величина напряжения ступени, которая для менее мощных трансформаторов составляет 2,5%, а для более мощных уменьшается до 2% (кривая4 на рис. 15).

Из рис. 15 видно, что с увеличением рабочего тока переключателя напряжение ступени регулирования или

34

контакта, соединенных с контакторами и регулировоч­ ными ответвлениями обмоток. В рабочем положении ток, проходя через оба контактора и фигурную пласти­ ну барабана, соединенную с одной из прямоугольных

для трансформаторов типа ТМН, показало, что при не­ значительном изменении приводного механизма (пере­ делка мальтийской передачи и применение вала с двумя ведущими пальцами) можно также добиться увеличения числа ступеней за счет использования промежуточных положений в качестве рабочих. Такое изменение суще­ ствующей конструкции переключателей отечественных трансформаторов вподне приемлемо, так как эти транс­ форматоры оборудованы токоограничивающими реакто­ рами, допускающими длительное обтекание током. При

33

этом за счет уменьшения ступени регулирования до ве­ личины 1,25% можно не только резко повысить качество регулирования напряжения, но и снизить требуемые диа­ пазоны местного регулирования напряжения, что приве­ дет к экономии затрат на дополнительное регулирова­ ние в отходящих распределительных сетях (более под­ робно см. § 13).

4.ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИЙ ОБМОТОК РЕГУЛИРУЕМЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ

а) Неравномерность полей рассеяния при отключении витков регулирования

'Как было показано .в начале главы, ступенчатое ре­ гулирование напряжения осуществляется за счет изме­ нения числа витков обмотки трансформатора при неиз­ менном числе витков другой обмотки. Такой метод регу­ лирования приводит к изменению размеров обмотки в той ее части, по которой [протекает ток нагрузки. Если регулировочные ответвления выполнены в обмотке выс­ шего напряжения, то для повышения вторичного на­ пряжения понижающего трансформатора потребуется последовательное отключение витков первичной обмот­ ки. Наибольшее напряжение будет получено при выво­ де из работы всех регулировочных витпов этой обмотки. Таким образом, в процессе регулирования против вит­ ков с током вторичной обмотки окажутся расположен­ ными холостые витки первичной обмотки.

Отключение части витков одной из обмоток неже­ лательно, так как приводит к нарушению равномерного распределения магнитных полей рассеяния внутри об­ моток. Так, отключение витков, расположенных, напри­ мер, в средней части обмотки (ри-с^ 17,а), вызовет по­ явление поперечной составляющей Bq у основного век­ тора магнитной индукции В. Эта составляющая, взаимо­ действуя с током обмоток, создает электромагнитные усилия, действующие на обмотку. При • расположении

регулировочных витков с краю обмотки искажение поля рассеяния и усилия, возникающие при этом, могут быть еще больше.

Если у нормальных трансформаторов с ограниченным диапазоном регулирования (±5% ) изменение размеров обмоток невелико и неоимметрия полей рассеяния не

37

является опасной, то у специальных (регулируемых транс­ форматоров (с диапазонами 20% и выше) несимметрия полей может привести к значительным механическим усилиям. Особенно опасны эти усилия при коротких замыканиях, так как они могут разрушить обмотки и вы­ вести из строя трансформатор. Поэтому в процессе изго­ товления трансформаторов стремятся к возможно более равномерному распределению витков регулирования по высоте обмоток.

Рис. 17. Изменение магнитного поля рассея. ния при отключении витков регулирования (а) и эскиз обмотки с обозначением основ­ ных размеров (б).

I, V, IX —ответвления соответственно + 10, 0 и

—10% от номинала.

Несимметрия полей приводит также к увеличению потерь от вихревых токов, вредному нагреву обмоток и металлических частей трансформатора. Основной мерой снижения нагрева является уменьшение индукции попе­ речного поля рассеяния, что может быть достигнуто дроблением регулировочной обмотки на несколько ча­ стей. При этом за счет увеличения числа рассеивающих групп индукция поперечного поля ослабляется, нагрев и механические усилия в обмотках уменьшаются. Менее распространенным способом является концентрическое расположение регулировочной обмотки по отношению к основной. Хотя при этом и достигается некоторое сни­ жение полей рассеяния, выполнение таких обмоток свя-

38

зй'НО с необходимостью иметь надежную изоляцию меж­ ду основной и регулировочной обмотками, что в ряде случаев приводит к усложнению конструкции и удоро­ жанию трансформатора.

б) Влияние искажения поля на параметры регулирования напряжения

При отключении витков регулирования параметры трансформатора не остаются постоянными. Наличие несимметрии полей рассеяния вызывает добавочные явле­ ния, которые, как правило, приводят к изменению основ­ ных рабочих характеристик трансформаторов в преде­ лах регулировочного диапазона. Поэтому расчет обмо­ ток регулируемых трансформаторов производят с учетом добавочных потерь и прежде всего добавочного рассея­ ния. При этом для приближенного подсчета могут быть использованы методы общей теории расчета трансфор­ маторов Ш. 17, 18].

Напряжение рассеяния для обычных трансформато­ ров определяется с учетом размеров обмоток трансфор­ маторов из выражения

где In — полные ампервитки обмотки;

4ср — средний диаметр канала рассеяния, см\ С — приведенная ширина потока рассеяния, см\ рр —коэффициент Роговского;

и

------ число вольт на виток;

п

Н к — высота обмотки, см.

Добавочное рассеяние, увеличивающее основное рас­ сеяние, может быть учтено с помощью коэффициента

Дув-1 + jogПоказатель а определяется, исходя из раз­

меров конструируемых обмоток и расположения регу­ лировочных ответвлений. Так, при наличии разрыва об­ моток в средней части (за счет отключения витков, рис. 17,6) коэффициент а может быть найден из выра­ жения

39