Zagryadtskiy_elektr_mashiny_1

Питание первичной обмотки осуществляется от источника синусоидального напряжения U1 с частотой f1 , обмотка подмагничивания подключена к источнику постоянного напряжения U d . При этом на зажимах вторичной обмотки появляется напряжение U 2 , изменяющееся с частотой в два раза большей, чем первичная частота f1 . Принцип действия удвоителя заключается в следующем.

Как следует из рис. 3.17, в течение первого полупериода в сердечнике 1 потоки Ф1 и Ф0 складываются, а в сердечнике 2 – вычита-

ются. В этом случае сердечник 1 насыщен, а сердечник 2 ненасыщен. В течение второго полупериода насыщен сердечник 2, а сердечник 1 ненасыщен. В кривых магнитных потоков содержится основная гармоника и четные гармоники. Вследствие симметричности трансформаторов их потоки имеют одинаковую форму кривой, но сдвинуты друг относительно друга на полпериода. В результате этого первые гармоники ЭДС во вторичной обмотке уничтожаются, а четные гармоники совпадают по фазе и складываются. Среди четных гармоник ЭДС наиболее сильно выражена вторая гармоника.

Впервичной обмотке ЭДС, создаваемые четными гармониками потока вычитаются и, следовательно, отсутствуют. Для подавления четных гармоник в цепи подмагничивания необходимо в эту цепь включить фильтр-пробку. Фильтр-пробка состоит из параллельно электрически соединенных линейного дросселя и конденсатора. На выходе удвоителя необходимо включить кондесатор продольной компенсации для получения жесткой внешней характеристики.

Трехфазный утроитель частоты. Преобразование трехфазного напряжения одной частоты в трехфазное напряжение другой частоты требует увеличения числа стержней.

Рассмотрим устройство и принцип работы утроителя частоты на 9 стержнях. Магнитопровод выполнен на С-образных стержнях, которые предварительно навиваются на О-образную оправку и затем разрезаются на две половины. Ярма в этом случае отсутствуют. Затем на стержни наматывают обмотки. Далее полученные стержни с обмотками стыкуются, рис. 3.18, в двух стыковых узлах.

Вутроителе первичное трехфазное напряжение создает в стержнях магнитопровода не трехфазную систему МДС, как в трансформаторах, а девятифазную, по числу стержней. Построим эту систему, рис. 3.19. Построение начинается с базовой системы векторов МДС f9 , f3 , f6 , которые совпадают с векторами трехфазной системы пи-

130

Связь между МДС каждого стержня с токами, числом катушек, числами витков удобно представить в виде следующих равенств:

Определим число катушек в фазе обмотки. Общее число катушек слагается из трех катушек (по одной на базовых стержнях) с числом витков W1 , шести катушек с числом витков W12 0,743W1 и шести

Девятифазная система МДС создает в стержнях магнитные потоки, которые вызывают поочередное во времени насыщение стержней. Благодаря специальной схеме первичной обмотки, первичный ток остается практически синусоидальным даже при самом сильном насыщении магнитопровода. Поэтому магнитный поток в насыщенных стержнях будет несинусоидальным. В нем, наряду с основной гармоникой магнитного потока, будут содержаться нечетные высшие гармонические. Наиболее сильно выражена третья гармоническая магнитного потока, слабее пятая и т.д.

Первую гармонику Ф1i магнитного потока, проходящего по i - му

стержню, где располагаются катушки первичной обмотки, создающие МДС, можно выразить уравнением

Аналогично можно записать законы изменения высших гармонических магнитного потока других стержней

132

Мгновенное значение ЭДС, наведенное в фазе первичной обмотки k -ой гармоникой магнитного потока, равно сумме мгновенных значений ЭДС отдельных катушек, входящих в фазу. А так как гармоники магнитного потока отдельных стержней имеют свои начальные фазы, то геометрическая сумма наведенной k -ой гармоникой магнитного потока в одной и той же группе последовательно соединенных катушек на разных стержнях, будет различной. Воспользуемся этим свойством для усиления третьей гармонической ЭДС. На рис. 3.20 дана схема соединения первичной и вторичной обмоток трехфазного утроителя частоты. Первичная обмотка соединена в звезду. Каждая фаза первичной обмотки состоит из пяти последова-

ных стержней.

Вопросы для самоконтроля

1.Мог бы работать удвоитель (утроитель) частоты, если бы магнитопровод был ненасыщенным?

2.Какие гармоники магнитного потока используются для получения удвоенной (утроенной) частоты?

3.В чем принципиальное различие в схемном решении удвоителя

иутроителя частоты?

4.Можно ли трехфазную систему напряжения преобразовать в n -фазную систему напряжений той же частоты при помощи транс-

форматора с пространственно-развитой геометрией с n стержнями?

3.8. Трансформаторы, регулируемые под нагрузкой

3.8.1.Трансформаторы со ступенчатым регулированием напряжения

Одним из основных требований, предъявляемых потребителем электрической энергии к качеству напряжения, является точность поддержания его действующего значения при различных видах нагрузки.

133

При снижении напряжения ухудшаются эксплуатационные показатели электродвигателей, уменьшается светоотдача осветительных установок, нарушается работа электропривода.

При повышении напряжения быстро выходят из строя осветительные приборы, сокращается срок службы изоляции электрических машин, аппаратов и другого электрооборудования.

Все это приводит к значительному экономическому ущербу. Одним из эффективных мероприятий, позволяющих стабилизиро-

вать и регулировать напряжение, является использование для этих целей трансформаторов. Трансформаторы выполняются с отпайками (ответвлениями) на обмотках, а регулирование получается ступенчатым. Для осуществления регулирования напряжения можно:

-отключить трансформатор от сети и перевести переключатель на другую отпайку обмотки, этот способ регулирования называется переключением без возбуждения (ПБВ);

-трансформатор не отключается от напряжения сети и регулирование осуществляется под нагрузкой (РПН).

Последний способ нашел самое широкое распространение. На рис. 3.21 приведена принципиальная схема повышающего трансформатора со встроенным регулированием напряжения под нагрузкой. Часть обмотки трансформатора, снабженная регулировочными ответвлениями, выполняется

ввиде отдельной регулировочной обмот-

ходит в следующем порядке. Пусть вначале замкнуты контакты k1 и k2 , а контакты k3 и k4 – разомкнуты. Переключатель ответвлений П2 находится на ответвлении 1, рис. 3.22, а. Нагрузочный ток проходит через контакты k1 и k2 .

134

Переведем переключатель ответвлений П2 в обесточенном состоянии на ответвление 2, рис. 3.22, б . Затем размыкается контакт k1 и весь ток проходит через контакт k2 и токоограничивающее сопротивление r1 , рис. 3.22, в.

На следующем этапе замыкается контакт k3 , в результате чего регулируемая ступень обмотки трансформатора оказывается замкнутой через два токоограничивающих сопротивления r1 и r2 , а нагрузочный ток проходит через две параллельные ветви, рис. 3.22, г .

В дальнейшем размыкается контакт k2 и весь ток протекает через контакт и токоограничивающий резистор r2 , рис. 3.22, д. Следующим

рис. 3.22, е. На этом переключение закончилось.

Устройства РПН выполняется однофазными устройствами и трехфазными. Разрыв дуги при размыкании контактов может происходить в воздухе, вакууме, газе. Время переключения устройств РПН с одного фиксированного положения на другое находится в пределах от 1 до 10 с. Устройство РПН на 10 кВ и ток 63 А имеет 12 ступеней; на 35 кВ и ток 200 А – число ступеней 8, 12, 18; на 110 кВ и ток 1000

А – 12, 16, 24, 32 и 40.

Привод устройства РПН должен обеспечивать управление: местное – от кнопки управления, дистанционное – со щита управления,

135

ключатели ответвлений на тиристорах. На рис. 3.23 показана упро-

пользовать токоограничивающие элементы. Основной трудностью является синхронизация отключе-

ния одного комплекта тиристоров и как можно более быстрое включение другого комплекта.

3.8.2.Трансформаторы с плавным регулированием напряжения

Трансформаторы с плавным регулированием напряжения выполняют функции обычных трансформаторов, т.е. трансформируют напряжение, а также осуществляют плавное регулирование напряжения путем подмагничивания части магнитопровода постоянным током. На рис. 3.24 приведена одна из возможных схем трансформатора с подмагничиванием. В данной конструкции магнитопровод состоит из

136

стоит из равных частей Wdc . Вторичная обмотка W2 , как и первичная

обмотка и обмотка подмагничивания, разделена на две части, Одна из них охватывает стержни 1 и 3, другая – стержни 2 и 4.

При отсутствии подмагничивания поток Ф1 , создаваемый первичной обмоткой, замыкается частично как через главные стержни 1 и 2,

мальным и напряжение на вторичной обмотке также минимальное. Регулирование вторичного напряжения осуществляется за счет

изменения тока подмагничивания. Ток подмагничивания создает потоки подмагничивания. Один из них замыкается по стержням 1 и 2, другой – по стержням 3 и 4. В одном из боковых стержней поток Фd

направлен против основного потока Ф1ш и вытесняет его в главные стержни. В другом боковом стержне поток Фd совпадает с основным потоком Ф1ш , в результате чего происходит насыщение шунта.

Оба процесса приводят к возрастанию магнитного потока, пронизывающего вторичную обмотку и, следовательно, к увеличению напряжения на вторичной обмотке. Таким образом, при увеличении тока подмагничивания вторичное напряжение трансформатора увеличивается.

Вопросы для самоконтроля

1.С какой целью применяются в электрических системах, в системах электроснабжения промышленных предприятий регулировочные трансформаторы?

2.Для осуществления операций регулирования напряжения трансформаторов используются способы переключения ПБВ и РПН. Чем эти способы отличаются друг от друга?

3.Объясните принцип действия устройства РПН с активными сопротивлениями.

4.На каком принципе действия основано безискровое РПН?

5.Расскажите, в чем заключается принцип действия трансформатора, регулируемого подмагничиванием.

3.9. Трехфазные симметрирующие трансформаторы

Симметрирующие трансформаторы предназначены для устра-

нения перекоса (неравенства) фазных напряжений питающей сети изза несимметрии токов нагрузки по фазам, в том числе и при динамических режимах работы.

137

Они находят применение в трехфазных сетях при электроснабжении дачных поселков, коттеджей, при наличии однофазных нагрузок большой мощности (кондиционеры, электропечи, электродвигатели для погружных насосов и т.д.). Трансформаторы используются в военной, медицинской технике, технологических линиях.

Преимущества симметрирующих трансформаторов:

-обеспечивают потребителям качественное напряжение, сокращают потери электроэнергии в самих трансформаторах и в электрической сети;

-ликвидируют явление перегрева трансформатора токами нулевой последовательности при неравномерной нагрузке фаз;

-снижают повышенный шум трансформатора при неравномерной нагрузке по фазам, что важно при установке их в ТП жилых зданий; улучшают работу защиты и повышают безопасность работы.

Применение симметрирующих трансформаторов позволяет во многих случаях исключить применение трехфазных стабилизаторов напряжения. Они существенно снижают колебания напряжения при проведении сварочных работ.

На рис. 3.25 приведена принципиальная схема симметрирующего трансформатора. Трансформатор собран на трехстержневом магнитопроводе 1. Первичная обмотка 2 соединена в звезду. Вторичная обмотка 3 соединена в звезду с нулем. Симметрирующая (компенсационная) обмотка 4 состоит из трех частей, каждая из которых расположена на своем стержне, все части соединены последовательно и согласно.

Один конец симметрирующей обмотки соединен с нулем вторичной обмотки, а другой конец выведен наружу и представляет собой нулевой вывод трансформатора.

138

однонаправленные потоки Фор нулевой последовательности (пара-

граф 2.9.2). Ток нулевой последовательности, протекая через симметрирующую обмотку, создает в каждом стержне поток Фок , который

направлен противоположно потоку Фор и полностью его компенсиру-

ет. Тем самым предотвращается перекос фазных напряжений, нулевая точка становится устойчивой и не смещается из центра треугольника линейных напряжений вторичной обмотки (см. рис. 2.19).

Следует отметить, что ввиду компенсации потоков Фор резко

снижается дополнительный нагрев бака трансформатора. Выпускаемые промышленностью симметрирующие трансформа-

торы допускают 100 % перекос нагрузки. Это значит, что в одной или двух фазах мощность нагрузки равна нулю, а другие фазы (фаза) загружены полностью. При этом питающая сеть воспринимает однофазную или двухфазную нагрузку как трехфазную. Если в трансформаторе ТСТ мощностью 250 кВА до симметрирования напряжения по фазам составили U A = 145 В, U B = 193 В, UC = 271 В, то после

симметрирования трансформатора все его фазные напряжения равны

201 В.

Вопросы для самоконтроля

1.Для каких целей используются симметрирующие трансформа-

торы?

2.В чем отличие симметрирующего трансформатора от обычного силового трансформатора?

3.Опишите принцип действия симметрирующего трансформато-

ра.

3.10. Трансформаторы с расщепленными обмотками

На электростанциях, крупных подстанциях районных электрических сетей устанавливаются трансформаторы или трансформаторные группы с расщепленными на две (или более) обмотками НН. Это позволяет присоединить к одному трансформатору два и более генераторов или независимых нагрузок.

Номинальные напряжения обмоток НН одинаковы, а их мощности рассчитаны на 50 % номинальной мощности трансформатора (мощности первичной обмотки).

139