КУРС лекций Электротехника, электронное / Курс лекций. Электротехника и электроника. РАЗДЕЛ 2. Электрические машины

128

Лекция 2.2 Трехфазные и измерительные трансформаторы

План лекции

1)Трехфазный трансформатор.

2)Специальный трехфазный трансформатор.

3)Автотрансформатор.

4)Измерительные трансформаторы тока и напряжения.

2.2.1Трехфазный трансформатор

Широкое использование в современной электрификации трехфазной

системы токов потребовало создания трехфазных трансформаторов. Их появление относится к периоду 1881-1891 г.г. Первые промышленные об- разцы трехфазных трансформаторов созданы выдающимся русским элек- тротехником М.О. Доливо-Добровольским.

Трансформирование энергии трехфазной системы токов можно про- изводить двумя различными трансформаторами:

-групповым, состоящим из трех однофазных трансформаторов;

-специальным трансформатором с общей трехфазной стержневой магнит- ной цепью.

Трансформация группой трансформаторов представлена на рисунке

1.

Магнитные потоки каждой фазы замыкаются по отдельным магни- топроводам, причем они не связаны между собой. В результате на практи- ке они применяются при трансформации особо больших мощностей, когда один трансформатор на общую мощность выполнить невозможно по габа-

129

ритным условиям железной дороги. Такой способ в обычной практике при- меняется крайне редко.

Кдостоинствам этого трансформатора можно отнести:

-работа строго симметрично;

-высокая ремонтная способность (одна фаза ремонтируется);

-легко доставляется до места назначения (пофазная транспортировка).

Кнедостаткам группового трансформатора надо отнести следующее:

-большую площадь (большие габариты);

-высокая стоимость изготовления;

-установка только на открытой части электрических станций и подстан- ций.

2.2.2 Специальный трехфазный трансформатор

Схема специального трехфазного трансформатора представлена на рисунке 2.

Рисунок 2 - Специальный трехфазный трансформатор

Данный трансформатор выполняется на одном магнитопроводе. В этом случае магнитные потоки фаз связаны между собой единым сердеч- ником, благодаря чему трансформатор получается не совсем симметрич- ным, что в некоторой степени может отражаться на потребителях электро- энергии.

В современных трансформаторах с явлением несимметрии борются всеми средствами и доводят ее до допустимого минимума. Специальные трехфазные трансформаторы имеют самое широкое распространение.

130

Достоинствами данного трехфазного трансформатора по сравнению с групповым трансформатором являются малые габариты и дешевизна из- готовления. К недостаткам его относятся: несимметричность работы, сложность ремонта и доставки до места назначения.

Двух обмоточный трехфазный трансформатор имеет 12 концов, ко- торые могут соединяться в разные комбинации.

Наиболее часто используются следующие схемы соединения обмо- ток, которые определяют различные группы соединения трансформаторов: Y/Y0 , Y/ , /Y, / .

В числителе показана схема соединения трехфазной высоковольтной обмотки, а в знаменателе – схема соединения трехфазной низковольтной обмотки. В России чаще всего используются только первые две схемы со- единения трансформаторов.

2.2.3 Автотрансформатор

Опыт показывает, что в трансформаторе нет необходимости иметь две катушки. Трансформаторы с одной катушкой называют – автотранс-

форматорами.

Так как, в первичной и во вторичной обмотках токи текут в противо- положные стороны, то в общей части обмотки - ток будет небольшим. По- этому эту часть обмотки можно выполнить из провода меньшего сечения.

С помощью автотрансформатора можно плавно менять выходное напряжение U2 = (0 250 B). Применять автотрансформатор выгодно толь- ко при небольших коэффициентах трансформации KTP .

131

2.2.4 Измерительные трансформаторы

Для расширения пределов измерения электроизмерительных прибо- ров на переменном токе и для безопасной работы применяются специаль- ные трансформаторы, которые называются измерительными. Они бывают двух видов: трансформаторы тока (ТТ) и трансформаторы напряжения

(ТН).

2.2.4.1 Измерительный трансформатор тока

Трансформатор тока служит для подключения амперметров, токовых обмоток ваттметров и электрических счетчиков, а также для подключения различных реле и других приборов.

Трансформатор тока (рисунок 4) представляет собой, в простейшем случае, двухобмоточный трансформатор с замкнутым ферромагнитным сердечником. Первичная обмотка W1, обычно с меньшим числом витков, включается в рассечку провода с измеряемым током. К вторичной обмотке W2 с большим числом витков подключается амперметр и соединенные с ним последовательно токовые обмотки счетчиков, ваттметров и т. д. Мар- кировка зажимов обмоток W1 и W2 трансформатора тока указана на рисун- ке 9.

Для обеспечения безопасности обслуживающего персонала вторичная обмотка трансформатора тока, включаемого в высоковольтную сеть, долж- на быть заземлена. При отсутствии заземления, в случае повреждения изо- ляции первичной обмотки, вторичная обмотка, следовательно, и подклю- ченные к ней приборы могут оказаться под высоким потенциалом относи- тельно земли.

Рисунок 4 - Принципиальная схема трансформатора тока

132

Так как сопротивление токовых обмоток, включаемых во вторичную цепь приборов, невелико, то в отличие от обычных силовых трансформато- ров, трансформаторы тока работают в режиме, близком к режиму корот- кого замыкания. Величина допустимой нагрузки трансформаторов тока (сопротивление приборов и проводов, включенных во вторичную цепь) обычно указывается на щитке трансформатора. Каждый трансформатор тока, в первую очередь, характеризуется номинальными значениями пер- вичного I1Н и вторичного I2H токов. Номинальные значения токов стандар- тизованы. Для токов I2Н установлены следующие значения: I2Н = 5 А и I2Н = 1А. Отношение номинального значения первичного тока к номинальному значению вторичного тока называется номинальным коэффициентом трансформации К1H трансформатора тока.

Режим холостого хода для трансформаторов тока является аварийным режимом. Поскольку магнитный поток первичной обмотки не компенси- руется потоком вторичной обмотки, то величина магнитного потока Ф рез- ко возрастает, что в свою очередь приводит к чрезмерному нагреву сер- дечника и к появлению недопустимого, по условиям техники безопасно- сти, напряжения на зажимах вторичной обмотки.

Точность трансформатора характеризуется двумя погрешностями — токовой погрешностью или погрешностью коэффициента трансформации и угловой (фазовой) погрешностью.

По величине допустимой токовой и угловой погрешности трансфор- маторы тока делятся на классы точности: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 3,0; 10,0.

2.2.4.2 Измерительный трансформатор напряжения

Трансформатор напряжения служит для подключения вольтметров, обмоток напряжения ваттметров и электрических счетчиков энергии, а так- же для подключения различного рода реле и других приборов.

Измерительный трансформатор напряжения, так же как и трансфор- матор тока, в простейшем случае представляет собой двухобмоточный трансформатор с замкнутым ферромагнитным сердечником (рисунок 5).

Первичная обмотка W1 присоединяется к измеряемому напряжению U1, а к вторичной обмотке W2 подключается вольтметр и включаемые па- раллельно вольтметру цепи напряжения ваттметров, счетчиков и других приборов. Маркировка зажимов трансформаторов напряжения указана на рисунке 5.

Трансформатор напряжения работает в режиме близком к режиму холостого хода, так как сопротивление приборов, включаемых в его вто- ричную цепь, достаточно велико.

133

Рисунок 5 – Принципиальная схема трансформатора напряжения

Номинальные значения первичных U1H и вторичных U2H напряжений трансформатора напряжения стандартизованы и могут иметь следующие

100

значения напряжения U2H: 100 B и 3 B. Отношение номинального пер-

вичного напряжения U1H к номинальному вторичному U2H называется но-

минальным коэффициентом трансформации

Режим короткого замыкания является для трансформаторов напряже- ния аварийным режимом, так как в этом случае происходит сильный на- грев обмоток, вследствие чего трансформатор выходит из строя. Для защи- ты трансформатора от короткого замыкания и перегрузок во вторичной цепи, а также для предотвращения нарушения режима работы сети при возможном замыкании вводов или обмотки первичной цепи трансформа- торы напряжения снабжаются предохранителями. Для обеспечения безо- пасности обслуживающего персонала вторичная обмотка трансформаторов напряжения, так же как и вторичная обмотка трансформаторов тока, вклю- чаемых в высоковольтную сеть, должна быть заземлена.

Действительный коэффициент трансформации измерительных транс- форматоров напряжения отличается от номинального коэффициента трансформации, так как он зависит от величины и характера нагрузки во

134

вторичной цепи, от первичного напряжения и частоты переменного тока.

Поэтому, вычисляя первичное напряжение U1 по формуле U1 = KUHU2 , допускают тем большую погрешность, чем меньше точность трансформа- тора.

Точность измерительного трансформатора напряжения характери- зуется двумя погрешностями — погрешностью по напряжению γU и угло- вой погрешностью δU.

По величине допустимых погрешностей измерительные трансформа- торы напряжения делятся на классы точности: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5,1,0; 3.0. Наибольшая мощность, которую можно получить от трансформатора на- пряжения в пределах ею класса, называется номинальной мощностью трансформатора. Номинальная мощность трансформатора указывается на его щитке в ВА.

Контрольные вопросы

1.Трехфазный трансформатор (схемы включения, коэффициенты трансформации, группы соединений).

2.Автотрансформаторы (устройство, схемы включения, область применения, вопросы экономики).

3.Измерительные трансформаторы напряжения (устройство, схема включения и принцип работы, практическое значение).

4.Измерительные трансформаторы тока (устройство, схема включе- ния и принцип работы, практическое значение).

5.Измерение напряжения, тока, мощности, электроэнергии в высо- ковольтных цепях с помощью измерительных трансформаторов напряже- ния и тока (примеры, схемы включения).

136

За прошедшие годы асинхронные двигатели нашли очень широкое применение в различных отраслях промышленности и сельского хозяйст- ва. Их используют в электроприводе металлорежущих станков, подъёмно- транспортных машин, транспортёров, насосов, вентиляторов. Маломощ- ные двигатели используются в устройствах автоматики.

Широкое применение асинхронных двигателей объясняется их дос- тоинствами по сравнению с другими двигателями: высокой надёжностью, возможностью работы непосредственно от сети переменного тока, просто- той обслуживания.

Асинхронный двигатель и до настоящего времени сохранил ту про- стую форму, которую ему придал талантливый русский изобретатель.

Основой для создания промышленных двигателей переменного тока является круговое вращающееся магнитное поле. Это поле – вектор индук- ции которого постоянен по величине и вращается в пространстве с посто- янной скоростью.

Для его получения нужно:

ся с равномерной скоростью, зависящей от частоты тока в катушках, и имеющее постоянную величину вектора магнитной индукции.

Действительно, система трехфазных токов протекающих по катуш- кам запишется таким образом:

iC = Im sin(ωt − 240 ) ,

где Im - амплитуда тока в катушке; α - начальная фаза тока.

ем окончательно

После некоторых тригонометрических преобразований выражения (7), имеем окончательно

Видим, что амплитуда составляющих общего поля одинакова и ре- зультирующий вектор по его проекциям может быть определен, как следу- ет из рисунка 4 достаточно просто