5.5. Специальные трансформаторы

5.5.1. Трехобмоточные трансформаторы

Силовые трансформаторы часто выполняются с тремя обмотками; одна из них является первичной обмоткой, а две другие – вторичными. Трансформаторы с тремя и более обмотками широко применяются для питания радиотехнических устройств. Они называются трехобмоточными или многообмоточными.

Т рехобмоточный трансформатор заменяет собой два двухобмоточных трансформатора, что позволяет получить экономию в капитальных затратах за счет изготовления и установки меньшего количества трансформаторов.

В трехобмоточном трансформаторе на каждом стержне расположено три обмотки: высшего, среднего, и низшего напряжения.

Принцип работы трехобмоточного трансформатора понятен из рис. 5.21.

Основной магнитный поток в трансформаторе создается совместным действием токов в обмотках. В приведенном трансформаторе

. (5.38)

Основной магнитный поток индуктирует в обмотках трансформатора ЭДС, которые в приведенном трансформаторе равны между собой

(5.39)

Если пренебречь током холостого хода (), то упрощенную схему замещения можно представить в виде рис. 5.22. Трехобмоточный трансформатор имеет два коэффициента трансформации

; .

Уравнения равновесия напряжений трехобмоточного трансформатора можно записать в виде

;

; (5.40)

,

где ; ; .

Уравнение токов (5.38) удобно записать

. (5.41)

Векторная диаграмма в соответствии с этими уравнениями аналогична векторной диаграмме двухобмоточного трансформатора, только добавляется уравнение равновесия напряжений для третьей обмотки, а в токе есть дополнительная составляющая .

Из схемы замещения видно, что изменение режима работы в одной из вторичных обмоток влияет на величину напряжения другой вторичной обмотки, так как при этом изменяется падение напряжения .

Картина потоков рассеяния в трехобмоточных трансформаторах, отличается большей сложностью, чем в двухобмоточных, так как приходится отдельно учитывать потоки рассеяния, сцепленные с одной и с двумя обмотками.

За номинальную мощность трехобмоточного трансформатора принимается мощность первичной обмотки, как рассчитанной на наибольшую мощность.

Трехфазные трехобмоточные трансформаторы выполняются с группами соединений обмоток и .

Однофазные трехобмоточные трансформаторы имеют группу соединения 0.

Иногда трехобмоточные силовые трансформаторы выполняются с двумя первичными обмотками и одной вторичной. Такие трансформаторы устанавливаются на электростанциях, при этом первичные обмотки имеют одинаковые напряжения и к ним присоединяются по одному генератору, а вторичная обмотка подключается к высоковольтной сети.

5.5.2. Автотрансформаторы

Автотрансформатором называется такой трансформатор, у которого обмотка НН является частью обмотки ВН. Он может быть как повышающим, так и понижающим; однофазным или трехфазным. Устройство автотрансформатора такое же как и обычного трансформатора. Имеется ферромагнитный сердечник, на котором расположены обмотки. Рассмотрим работу автотрансформатора на примере однофазного понижающего трансформатора, схема которого изображена на рис. 5.23. Общее количество витков первичной обмотки А-X w₁.Часть этого числа витков составляет вторичную обмотку а-x. Режим холостого хода автотрансформатора ничем не отличается от такого же режима обычного трансформатора.

Отношение напряжений можно принять равным отношению ЭДС

. (5.42)

Если пренебречь током холостого хода, то токи в обмотках и сдвинуты на 180º и, следовательно, в общей части обмотки ток будет равен

, (5.43)

где - ток вторичной обмотки. Отсюда следует, что при к=2 I₁₂=I₁ и, следовательно, общая часть обмотки выполняется из провода того же сечения, что и первичная обмотка. Другими словами, заменяя обычный трансформатор автотрансформатором, в рассматриваемых условиях мы не выполняем вторичную обмотку, и поэтому расходуем обмоточного провода в два раза меньше. При к<2 общая часть обмотки выполняется из провода меньшего сечения (так как I₁₂<I₁) и экономия обмоточного провода будет больше.

Выражение для тока вторичной обмотки можно записать в виде

. (5.44)

Умножим правую и левую часть этого уравнения на U₂

. (5.45)

В соответствии с (5.45) мощность, передаваемую во вторичную цепь , можно представить как сумму мощности, передаваемой электрическим путем , и мощности, передаваемой электромагнитным путем .

. (5.46)

Эти составляющие мощности можно представить в виде

, (5.47)

где - мощность, подводимая к первичной обмотке.

. (5.48)

Сердечник автотрансформатора необходимо рассчитывать на мощность , передаваемую электромагнитным путем. Из (5.48) видно, что при равных условиях сечение стержня автотрансформатора составляет часть от сечения стержня обычного трансформатора. Это приводит также к еще большей экономии обмоточного провода. Таким образом, при к2 вес, объем обмоток и сердечника у автотрансформатора значительно меньше, чем у трансформатора той же мощности.

Обычно силовые автотрансформаторы применяются при . Они находят применение для соединения высоковольтных линий электропередач с напряжением 110 и 220 кВ, 154 и 220 кВ и тому подобное. Мощные автотрансформаторы имеют высокий КПД (до .

Автотрансформаторы применяются для снижения напряжения при пуске мощных двигателей переменного тока.

В лабораториях широкое применение находят автотрансформаторы низкого напряжения для плавного регулирования выходного напряжения – ЛАТР_Ы (лабораторные автотрансформаторы).

К недостаткам автотрансформатора относится то, что приемники приходится защищать от высоких напряжений, поскольку обмотки ВН и НН соединены электрически. Недостатком является и большой ток короткого замыкания.