Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
УП ЭлМаш_Трансформаторы 2007 Глебова.rtf
Скачиваний:
2
Добавлен:
03.08.2019
Размер:
35.18 Mб
Скачать

2.15 Автотрансформатор

Принципиальная схема. Автотрансформатором называют такой трансформатор, у которого обмотка низшего напряжения электрически (гальванически) связана с обмоткой высшего напряжения.

В схеме понижающего автотрансформатора (рис. 2.52, а) первичное напряжение подводится к зажимам А и X; вторичной обмоткой служит часть первичной обмотки между зажимами а и х, причем зажимы X и х совмещены. Так как в каждом витке обмотки индуцируется одинаковая ЭДС Е = 4,44ƒФm, то при холостом ходе напряжение на зажимах ах

. (2.66)

где wax и wAX - числа витков, включенных соответственно между зажимами а и х, А и Х; k - коэффициент трансформации.

Габаритные размеры, масса, потери мощности. В автотрансформаторе различают проходную мощность Sпр, которая передается из первичной цепи во вторичную и далее нагрузке, и расчетную или типовую мощность Sрасч, передаваемую во вторичную цепь электромагнитным полем. Мощность Spacч определяет габаритные размеры и массу автотрансформатора. Если пренебречь потерями, то проходная мощность Sпр = E1I1 = Е2I2, а расчетная Spacч=E2Iax, где Iax - результирующий ток на участке ах обмотки, к которому подключена нагрузка.

Рис. 2.52 - Схема включения понижающего автотрансформатора и зависимости мощностей S3M и S3JI от коэффициента трансформации

На участке ах через обмотку проходит ток, равный векторной сумме токов вторичной и первичной цепей İах = İ2 + İ1. Однако, как следует из векторной диаграммы (см. рис. 2.27), токи İ2 и İ1 сдвинуты по фазе приблизительно на угол 180°. Поэтому, пренебрегая током холостого хода и переходя к модулям токов İ2 и İ1, получаем

. (2.67)

Следовательно, проходная мощность

. (2.68)

При этом Sэм = E2Iax = Spacч — мощность, передаваемая во вторичную цепь электромагнитным полем, которая является расчетной мощностью автотрансформатора; Sэл = Е2I1 - мощность, передаваемая в эту цепь вследствие электрической (гальванической) связи между первичной и вторичной цепями.

При указанных выше условиях, принимая I1 = I'2 = I12/k, получаем из (2.67)

. (2.69)

Откуда расчетная мощность автотрансформатора

. (2.70)

Отношение

. (2.71)

называют коэффициентом выгодности

Мощность, передаваемая во вторичную цепь электрическим путем,

. (2.72)

В двухобмоточном трансформаторе Sэл = 0 и Sрасч = Sпр.

Таким образом, расчетная мощность автотрансформатора меньше, чем мощность двухобмоточного трансформатора при той же проходной мощности, передаваемой из первичной цепи во вторичную, что позволяет выполнить автотрансформатор с меньшей массой и меньшими габаритными размерами. Отношение этих мощностей определяет коэффициент выгодности.

На рис. 2.52, б показаны зависимости мощностей Sэм и Sэл в долях от проходной мощности Sпр от коэффициента трансформации k. Очевидно, чем ближе значение коэффициента трансформации k к единице, тем меньше расчетная мощность автотрансформатора и тем выгоднее его применять с точки зрения уменьшения массы, габаритных размеров и потерь мощности. Например, при k = 1,1 расчетная мощность автотрансформатора уменьшается в 10 раз, а при k = 10 получается почти такой же, как у двухобмоточного трансформатора.

Электрические потери в обмотках автотрансформатора по той же причине могут быть существенно меньшими, чем в обмотках двухобмоточного трансформатора. При номинальном режиме в двухобмоточном трансформаторе электрические потери рассчитывают как:

. (2.73)

В автотрансформаторе суммарные потери на участках Аа и ах

(2.74)

или

. (2.75)

В автотрансформаторе IАа = I1 поэтому сечения проводов в первичной обмотке двухобмоточного трансформатора и на участке Аа автотрансформатора одинаковы, а сопротивление R<R1:

. (2.76)

На участке ах автотрансформатора проходит ток Iах = I2 (1 – 1/k), поэтому сечение провода на этом участке можно выбрать меньшим, чем во вторичной обмотке двухобмоточного трансформатора — пропорционально отношению токов, проходящих по участку ах и вторичной обмотке:

. (2.77)

Таким образом, из формул (2.76) и (2.77) следует, что

. (2.78)

Следовательно, отношение электрических потерь в автотрансформаторе и двухобмоточном трансформаторе

. (2.79)

Формула (2.79) показывает, что потери мощности в автотрансформаторе меньше, чем в двухобмоточном трансформаторе.

Активные и индуктивные (обусловленные потоками рассеяния) сопротивления автотрансформатора также меньше, чем соответствующие сопротивления двухобмоточного трансформатора:

; . (2.80)

Поэтому ток короткого замыкания у автотрансформатора, подключенного к сети со стороны обмотки ВН, больше чем у двухобмоточного трансформатора.

Конструктивно обмотки Аа и ах выполняют обычно в виде двух концентрических катушек. Такое исполнение предотвращает появление больших потоков рассеяния.

Области применения. В технике применяют автотрансформаторы одно- и трехфазные при необходимости сравнительно небольшого изменения напряжения: при k ≤ 2,5 ÷ 3. При больших к выгодность от их применения уменьшается. Силовые автотрансформаторы служат для снижения напряжения при пуске мощных асинхронных и синхронных электродвигателей. Автотрансформаторы малой мощности широко используют в устройствах связи и автоматики, радиоаппаратуре и лабораторных стендах. В последнее время автотрансформаторы большой мощности применяют для соединения высоковольтных сетей различных напряжений (110, 154, 220, 330, 500, 750 кВ).

Та6лица 2.5

Существенным недостатком автотрансформаторов является то, что вторичная цепь у них электрически соединена с первичной. Поэтому обмотка НН и подключенные к ней потребители должны иметь ту же изоляцию относительно земли, что и обмотка ВН и первичная цепь. Поэтому для обеспечения электробезопасности не допускается применять автотрансформаторы для питания цепей низкого напряжения от сети высокого напряжения.

Автотрансформаторы большой мощности редко применяют при k > 2 во избежание возникновения опасных перенапряжений во вторичной цепи при появлении атмосферных и коммутационных перенапряжений в первичной цепи (в линиях электропередачи).

Схемы и группы соединения обмоток одно- и трехфазных автотрансформаторов приведены в табл. 2.5.

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Оставленные комментарии видны всем.