Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Трансформаторы и их применение. Учебное пособие.pdf
21
– соединение первичных обмоток звездой, вторичных – треугольником (рис. 3.2, б);
– соединение первичных обмоток треугольником, вторичных – звездой (рис. 3.2, в).
а б в
Рис. 3.2. Соединение обмоток трехфазного трансформатора:
а – звезда-звезда (Y/Y); б – звезда-треугольник (Y/∆); в – треугольник-
звезда (∆/Y)
Обозначим отношение чисел витков обмоток одной фазы
буквой k. Эта величина соответствует коэффициенту трансфор-
мации однофазного трансформатора и может быть выражена через отношение фазных напряжений:
2 Ф2
1 Ф1
.
U
k
U
==
Обозначим коэффициент трансформации линейных напря-
жений буквой c.
При соединении обмоток по схеме Y/Y
22
Л2
Ф2
Л1
Ф1
3
.
3
U
U
ck
U
U
= = =
При соединении обмоток по схеме Y/∆
Л2
Ф2
Л1 Ф1
3
3 .
U
U
сk
UU
= = =
При соединении обмоток по схеме ∆/Y
Л2
Ф2
Л1
Ф1
.
33
U
U
k
с
U
U
= = =
Таким образом, при одном и том же числе витков обмоток
трансформатора можно в
3
раз увеличить или уменьшить его
коэффициент трансформации, выбирая соответствующую схему
соединения обмоток.
Вопросы для самопроверки
1. Каково устройство трехфазного трансформатора?
2. Как соединяются между собой обмотки трехфазного
трансформатора?
3. Как можно изменить коэффициент трансформации ли-
нейных напряжений в трехфазном трансформаторе?
23
4. АВТОТРАНСФОРМАТОРЫ
Принципиальная схема автотрансформатора изображена на
рис. 4.1. У автотрансформатора часть витков первичной обмотки
используется в качестве вторичной обмотки, поэтому между первичной и вторичной обмотками помимо магнитной связи имеется
электрическая связь. В соответствии с этим энергия из первичной
цепи во вторичную передается как с помощью магнитного потока, замыкающегося по магнитопроводу, так и непосредственно
по проводам.
Рис. 4.1. Принципиальная электрическая схема однофазного автотранс-
форматора
В режиме холостого хода автотрансформатор ничем не отличается от обычного трансформатора. Под нагрузкой, вследствие электрического соединения обмоток, через часть витков,
принадлежащую одновременно первичной и вторичной цепям,
протекают токи I1 и I2. Эти токи направлены встречно и при не-
большом коэффициенте трансформации мало отличаются друг от
24
друга по значению. Поэтому их разность I12 = I1 – I2 оказывается
небольшой, и обмотку W2 можно выполнить из тонкого провода.
Таким образом, при коэффициенте трансформации k = 0,5–2 экономится значительное количество меди. При больших или меньших коэффициентах трансформации это преимущество автотрансформатора исчезает, т. к. та часть обмотки, по которой проходят встречные токи I1 и I2, уменьшается до нескольких витков,
а сама разность токов увеличивается.
Электрическое соединение первичной и вторичной обмоток
повышает опасность при эксплуатации аппарата, т. к. при пробое
изоляции в понижающем автотрансформаторе оператор может
оказаться под высоким напряжением первичной цепи.
Чаще всего автотрансформатор изготавливают со скользящим контактом, что позволяет плавно регулировать выходное
напряжение в широких пределах. Примером может служить изоб-
ражение лабораторного автотрансформатора (ЛАТР), у которого
снят кожух (рис. 4.2).
Рис. 4.2. Лабораторный автотрансформатор (ЛАТР)
Обмотка этого трансформатора выполнена медным проводом круглого сечения на тороидальном стальном сердечнике. На
25
одной торцовой стороне провода уложены в один слой вплотную
друг к другу. На этой поверхности с проводов снимается изоляция вместе с частью провода, но при этом витки остаются изолированными друг от друга. По оголенной поверхности витков
скользит небольшая щетка или движется колесико, подключая
нагрузку к различному числу витков и изменяя тем самым выход-
ное напряжение. Поскольку перемещающаяся щетка или колесико замыкают 1–2 витка, то при хорошем контакте между ними
эти витки могут сгореть. Чтобы этого не случилось, щетку и колесико делают из графита, сопротивление которого достаточно
велико для ослабления тока при коротком замыкании.
Автотрансформаторы применяются для пуска мощных двигателей переменного тока, регулирования напряжения в осветительных сетях, а также в других случаях, когда необходимо регу-
лировать переменное напряжение в широких небольших пределах. В системах электроснабжения также применяются мощные
силовые автотрансформаторы (рис. 4.3).
Рис. 4.3. Силовой автотрансформатор
26
Вопросы и задания для самопроверки
1. Объясните устройство автотрансформатора.
2. За счет чего в автотрансформаторе передается энергия из
первичной обмотки во вторичную?
3. Какую опасность может представлять эксплуатация авто-
трансформатора?
27
5. ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ
Измерительные трансформаторы применяются в цепях переменного тока для расширения пределов измерений. Кроме того,
эти трансформаторы обеспечивают безопасность обслуживаю-
щего персонала, изолируя измерительные приборы, катушки реле
и т. п. от цепей высокого напряжения [3].
5.1. Трансформатор напряжения
Трансформатор напряжения – это измерительный трансформатор, предназначенный для преобразования высокого напряже-
ния в низкое в цепях измерения и контроля. Применение трансфор-
маторов напряжения позволяет изолировать цепи вольтметров, ча-
стотомеров, электрических счетчиков, устройств автоматического
управления и контроля и т. д. от цепи высокого напряжения и со-
здает возможность стандартизации номинального напряжения
контрольно-измерительной аппаратуры (чаще всего его принимают равным 100 В).
Первичная обмотка трансформатора напряжения (рис. 5.1)
состоит из большого числа (w1) витков и подключается к цепи
с измеряемым (контролируемым) напряжением U1 параллельно.
К зажимам вторичной обмотки с числом витков w2 (w2w
1
) под-
соединяют измерительные приборы (или контролирующие
устройства). Поскольку внутреннее сопротивление последних от-
носительно велико, трансформатор напряжения работает в усло-
виях, близких к режиму холостого хода, что позволяет (пренебрегая потерями напряжения в обмотках) считать U1 и U2 приблизительно равными соответствующим ЭДС и пропорциональными
количеству витков обмоток w1 и w2. Зная соотношение w1/w2 (ко-
эффициент трансформации), можно по результатам измерения
низкого напряжения во вторичной обмотке определять высокое
первичное напряжение.
28
Все трансформаторы напряжения изготавливают таким об-
разом, чтобы номинальное напряжение вторичной обмотки было
равно 100 В.
Рис. 5.1. Схема подключения трансформатора напряжения
Для защиты трансформатора напряжения при случайных
коротких замыканиях в цепи первичной обмотки поставлены
плавкие предохранители FU1 и FU2.
В целях безопасности обслуживающего персонала один конец вторичной обмотки и стальной кожух трансформатора напряжения обязательно заземляют для того, чтобы при пробое изоляции между обмотками провод с высоким потенциалом оказался
замкнутым на землю.
Внешний вид трансформатора напряжения представлен на
рис. 5.2.
29
Трансформаторы напряжения ус-
танавливают главным образом в рас-
пределительных устройствах высокого
напряжения. Их выпускают в однофазном и трехфазном исполнении. Большинство трансформаторов напряжения
свыше 6 кВ – маслонаполненные.
5.2. Трансформатор тока
Трансформатор тока – это измери-
тельный трансформатор, предназначен-
ный для контроля тока большой величины с использованием стандартных из-
мерительных приборов и устройств автоматического управления
и контроля. Одновременно трансформаторы тока служат для изо-
ляции аппаратуры от потенциала сети, в которой производятся из-
мерения.
Схема включения трансформатора тока представлена на
рис. 5.3.
Рис. 5.3. Схема включения трансформатора тока
Рис. 5.2. Внешний вид транс-
форматора напряжения
30
Первичная обмотка (Л
1
и Л2 – линия) трансформатора тока
состоит из одного или нескольких витков провода большого сечения и включается последовательно в цепь измеряемого (контролируемого) тока. Вторичная обмотка (И
1
и И2 – измеритель) состоит
из большого числа витков провода относительно малого сечения;
к ней подключают приборы и устройства с пренебрежимо малым
внутренним сопротивлением (амперметры, токовые обмотки счет-
чиков электрической энергии, реле и т. п.). Можно считать, что
трансформатор тока работает в режиме короткого замыкания.
Измеряемый ток, протекая по первичной обмотке с низким
сопротивлением, создает на ней весьма небольшое падение напряжения, которое трансформируется во вторичную обмотку. Поскольку число витков вторичной обмотки значительно больше,
чем у первичной, то на ней получается значительно большее
напряжение при меньшем токе.
Один и тот же трансформатор тока можно использовать для
одновременного подключения нескольких измерительных при-
боров, однако, желательно, чтобы их было не более двух. Это
ограничение объясняется тем, что с увеличением числа подключенных к вторичной обмотке приборов возрастает их общее сопротивление, и режим работы трансформатора все больше отхо-
дит от режима короткого замыкания.
Трансформатор тока не только расширяет пределы измерения приборов, но и гальванически отделяет вторичную цепь от
первичной, изолируя измерительный прибор от высокого напря-
жения сети. Поэтому измерительные приборы можно монтировать обычным способом. При этом для безопасности обслуживающего персонала один вывод вторичной обмотки заземляют для
того, чтобы при пробое изоляции между обмотками провод с высоким потенциалом оказался замкнутым на землю.
Трансформаторы тока изготавливаются таким образом,
чтобы номинальный ток вторичной обмотки составлял 5 А.
Вторичную обмотку работающего трансформатора тока
нельзя размыкать и оставлять разомкнутой. Она всегда должна