Zagryadtskiy_elektr_mashiny_1

1

Sтр E1 I1 (1 ka )

Величина E1I1 U1I1 называется проходной (полной) мощностью автотрансформатора.

Разность между полной мощностью и трансформаторной мощностью есть электрическая мощность Sэл . Она передается из первичной

во вторичную цепь за счет контактной связи между ними и определяется следующим образом:

Найдем расчетную мощность автотрансформатора при номинальных значениях токов и напряжений (потерями в автотрансформаторе пренебрегаем)

Из данного уравнения можно сделать важный вывод. Если в трансформаторе размеры и масса рассчитываются, исходя из мощности Sн , то в автотрансформаторе размеры и масса рассчитываются из

мощности Sa .

Автотрансформаторы тем экономичнее по сравнению с двухобмоточными трансформаторами, чем ближе числа витков W1 и W2 . В этом случае ток в общей части а-х равен разности первичного и вто-

60

ричного токов, поэтому сечение этой обмотки берется меньше. Автотрансформатор, по сравнению с трансформатором равной мощности, обладает тем преимуществом, что у первого через магнитный поток передается только часть мощности, в то время как у второго – вся мощность. Благодаря этому магнитопровод автотрансформатора меньше по размерам магнитопровода трансформатора, что определяет уменьшенную массу и меньший ток холостого хода. Поэтому суммарные потери мощности в автотрансформаторе меньше, а КПД выше, чем у трансформатора.

Наряду с перечисленными выше преимуществами, автотрансформаторы обладают рядом недостатков. Так электрическая связь между сторонами высшего и низшего напряжения приводит к тому, то всякое нарушение режима на одной стороне приводит к нарушению режима на другой стороне. Вторым недостатком является повышенный по сравнению трансформатором ток короткого замыкания.

Пример 9. Автотрансформатор имеет следующие данные: первичное напряжение U1 = 380 В, вторичное напряжение U 2 = 220 В, вторичный ток I 2 = 5 А, число витков общей части Wax = 330. Определить величины трансформаторной и электрической мощностей, число витков WП , ток первичной обмотки I1 и ток в общей части I ax . Током холостого хода, падением напряжения и потерями пре-

небрегаем. Решение:

Мощность автотрансформатора

Отношение трансформаторной мощности к номинальной мощности

61

Отношение электрической мощности к номинальной мощности

Число витков первичной обмотки

W1 ka W2 1,73 330 570.

Число витков WП

WП W1 W2 570 330 240.

Первичный ток

Вопросы для самоконтроля

1.Что называют коэффициентом трансформации автотрансформатора?

2.Каким путем мощность из первичной обмотки передается во вторичную обмотку?

3.Что такое проходная мощность автотрансформатора?

4.Как определяется расчетная мощность автотрансформатора?

5.Какие преимущества имеет автотрансформатор перед трансформатором? Каковы недостатки автотрансформатора?

6.Почему в автотрансформаторе ток короткого замыкания больше, чем в трансформаторе?

2.9. Общие сведения о трехфазных трансформаторах

2.9.1. Группы соединения обмоток

Для трансформирования трехфазного тока применяются трех-

фазные трансформаторы.

В качестве магнитопроводов в силовых трансформаторах применяются стержневые (объединенные) и групповые магнитопроводы. На рис. 2.16, а приведен наиболее часто используемый трехстержневой магнитный сердечник. При очень больших мощностях трансфор-

62

матора в качестве группового магнитопровода могут быть использованы магнитопроводы трех однофазных трансформаторов,

рис. 2.16, б .

Кроме магнитных сердечников, существуют и другие типы магнитопроводов: броневые, бронестержневые, с пространственноразвитым расположением стержней, с числом стержней более трех и т.д.

В трехфазном трансформаторе под первичной (вторичной) обмоткой понимается совокупность всех фазных обмоток, соединенных в звезду или треугольник, рис. 2.17, а, б. Вторичная обмотка, кроме

Цифры указывают на группы соединения обмоток.

При необходимости могут быть использованы и другие схемы соединения первичной и вторичной обмоток.

Рассмотрим некоторые группы соединения обмоток.

63

обмоток, Х и х – концы обмоток.

Векторы ЭДС E AX и Eax , наводимые в обмотках результирующим

потоком Ф, направлены одинаково: от зажимов «А» и «а» к зажимам «Х» и «х» и совпадают между собой. Угол между ними равен 0º.

Векторы ЭДС E AX и Eax , рис. 2.18, б , направлены: в обмотке ВН

от зажима «А» к зажиму «Х», а в обмотке НН от зажима «х» к зажиму «а», т.е. в разные стороны и угол между ними составляет 180 º.

Удобно векторы ЭДС E AX и Eax представить на циферблате часов минутной и часовой стрелками, при этом вектор обмотки ВН направлен на цифру 12. В первом случае векторы E AX и Eax направлены на

цифру 12. Этому соединению обмоток присваивается группа 0. Она обозначается как 1/1-0. Во втором случае группа соединения 6, так как вектор вторичного напряжения направлен на цифру 6, и она записывается 1/1-6.

В трехфазных трансформаторах отдельные фазы соединяются в звезду или в треугольник. Поэтому в основу определения группы соединения принимается угол между векторами линейных ЭДС обмоток ВН и НН. Он всегда отсчитывается от вектора линейной ЭДС обмотки ВН по часовой стрелке до одноименного вектора ЭДС обмотки НН. В обозначении трансформатора группа соединений указывается, например, как Y / Y 0 (рис. 2.19) и Y /

64

Рис. 2.20. Группа соединений Y/Δ-11

Рис. 2.19. Группа соединений обмоток Y/Y-0

Если поменять местами фазы обмоток ВН или НН, можно получить и другие группы соединений. Согласно ГОСТ, в России выпускаются силовые трансформаторы только двух групп: нулевой и одиннадцатой.

Пример 10. Определить группу соединения обмоток трехфазного трансформатора, приведенного на рис. 2.21, а.

Решение:

Строим векторную диаграмму линейных ЭДС обмотки ВН, (рис .2.21, б ). Далее строим векторную диаграмму ЭДС обмотки НН.

Вопросы для самоконтроля

65

1.В каких случаях в трансформаторах образуются только нечетные группы и только четные?

2.Имеются трансформаторы с четной и нечетной группами соединения обмоток. Возможно ли, путем пересоединения фаз обмоток трансформаторов получить трансформаторы одной группы?

2.9.2. Физические процессы в трехфазном трансформаторе при холостом ходе

Остановимся на физических процессах, происходящих в трехфазном двухобмоточном стержневом трансформаторе, у которого первичная обмотка соединена в звезду без нулевого провода. Из предыдущего материала (параграф 2.2) известно, что в однофазном трансформаторе при синусоидальном потоке и насыщении магнитопровода ток холостого хода является несинусоидальным. Запишем выражения холостого хода для каждой фазы трехфазного трансформатора:

Так как первичная обмотка соединена в звезду без нулевого провода, то выполняется условие

iOA iOB iOC 0 ·

Из уравнения (2.50) следует, что первые гармонические токи фаз

образуют симметричную звезду токов с чередованием фаз А - В - С.

Третьи гармонические токов фаз:

66

I03c sin 3( t 4 / 3)

равны по величине и совпадают во времени по фазе. При соединении обмотки звездой они не могут протекать в обмотках, поэтому выпадают из кривых токов фаз.

Пятые гармонические токов фаз

I05 A sin 5 t , I05B sin 5( t 2 / 3), I05c sin 5( t 4 / 3)

образуют симметричную звезду с чередованием фаз А - С - В, т.е. с обратным по отношению к чередованию первых гармонических.

Седьмые гармонические токов фаз образуют симметричную звезду, имеющую чередование фаз, как и первые гармонические токов.

и т.д.

Несинусоидальные магнитные потоки в стержнях наводит в обмотках трансформатора ЭДС, которые также имеют несинусоидальный характер. Они могут быть представлены следующими выражениями:

67