Специальные трансформаторы
Конструкции трансформаторов весьма многообразны, но их объединяют общность физических процессов и математическое описание электромагнитного преобразования энергии. Термин «специальные трансформаторы» условен, т.к. многие специальные трансформаторы выпускаются сериями в больших количествах, а другие, хотя и выпускаются мелкими сериями, имеют важное значение. Рассмотрим некоторые специальные трансформаторы.
2.13.1 Трансформаторы частоты.
Насыщенный нелинейный трансформатор в отличии от ненасыщенного является генератором гармоник, который условно показан в виде многополюсника (Рис. 2.25).
Рисунок 2.25 Трансформатор, как статистический преобразователь частоты.
На выходе трансформатора появляются высшие гармоники намагничивающего тока, а следовательно и ЭДС, амплитуды которых при холостом ходе зависят от вида кривой намагничивания. Чтобы получить утроитель частоты, надо выделить третью гармонику, а все остальные гармоники уменьшить. Это достигается включением фильтра во вторичную обмотку. Схема с фильтром громоздки и имеет мягкую выходную характеристику. Статические преобразователи частоты имеют низкое использование материалов, т.к. в лучшем случае при прямоугольной форме намагничивания амплитуда 3 – й гармоники составляет 33% амплитуды первой. Статические преобразователи необратимы. Это объясняется тем, что в основе работы умножителей лежит нелинейность характеристики намагничивания.
2.13.2 Трансформатор числа фаз.
Хотя основной в промышленности является трёхфазная система. Достаточно широко используются однофазные, двухфазные и шестифазные. Преобразование трёхфазной системы в шестифазную возможно по схеме (Рис.2.26).
Рисунок 2.26 Преобразование трехфазной системы напряжений в шестифазную: а) – первичная обмотка; б) – вторичная обмотка.
Шестифазная система в трёхстержневом трансформаторе получается за счёт выполнения вторичной обмотки со средней точкой. Для получения из трёхфазной системы 12 – фазную при трёхстержневом трансформаторе применяют схему звезда – двойной зигзаг. Возможно применение и других схем.
В трансформаторах число фаз, как и в обычных трансформаторах, энергия может передаваться из первичной во вторичную и из вторичной в первичную.
2.13.3 Трансформаторы для электрических печей.
На электротермию и электролиз расходуется значительная часть вырабатываемой в стране электроэнергии. Основными потребителями электроэнергии в этой отрасли являются дуговые и электрические печи, работающие на однофазном или трёхфазном токе низшего напряжения. К высоковольтным сетям печи подключаются через понижающие трансформаторы со вторичным напряжением в сотни вольт (110 до 420 В). Мощность трёхфазных печных трансформаторов для дуговых сталеплавильных печей достигает 25 мВА. Токи во вторичной обмотке достигают нескольких сотен килоампер.
Вторичная обмотка печных трансформаторов выполняется с большим числом параллельных ветвей, имеющих всего один – два витка. При этом для более удобного выполнения выводных концов обмотка низшего напряжения размещается снаружи, а высоковольтная – ближе к магнитопроводу.
Печные трансформаторы непрерывно работают при переменной нагрузке, которая колеблется от режима холостого хода до режима короткого замыкания при несимметричном распределении нагрузки по фазам. Тяжелые условия работы печных трансформаторов требуют тщательного расчёта электродинамических условий и надёжности трансформаторов.
В печных трансформаторах осуществляется регулирование напряжения в пределах ±50 % номинального значения. Напряжение регулируется с первичной стороны, а также со вторичной путем переключения отдельных групп витков с параллельного на последовательное.