2.18 Трансформаторы с плавным регулированием напряжения

Трансформаторы со скользящими контактами. Для плавного регулирования выходного напряжения трансформатора применяют контактные щетки, скользящие по неизолированной внешней поверхности вторичной обмотки, вследствие чего изменяется число включаемых в работу витков обмотки. Такой метод широко используется в маломощных лабораторных автотрансформаторах — ЛАТРах. С повышением мощности трансформаторов и автотрансформаторов применяют двойные комплекты щеток с включенными между ними резисторами для ограничения тока короткого замыкания при замыкании щетками соседних витков.

Трансформаторы с подвижной вторичной обмоткой. Такие трансформаторы имеют броневой магнитопровод с двумя первичными обмотками и подвижным средним стержнем, на котором размещена вторичная обмотка. При перемещении подвижного стержня плавно изменяется взаимоиндуктивность вторичной обмотки с каждой из первичных обмоток, вследствие чего вторичное напряжение изменяется от + U_max до – U_max .

Трансформаторы, регулируемые подмагничиванием шунтов.

Плавное регулирование выходного напряжения трансформатора можно осуществить также путем подмагничивания его магнитопровода постоянным током. Существует большое число конструкций трансформаторов с подмагничиванием. Их основными регулирующими элементами являются подмагничиваемые магнитные шунты, поэтому они называются трансформаторами и автотрансформаторами, регулируемыми подмагничиванием шунтов (ТРПШ и АРПШ).

На рис. 2.61, а изображена схема однофазного четырех-стержневого ТРПШ. Магнитная система такого трансформатора состоит из двух главных стержней и двух магнитных шунтов. На главных стержнях размещены первичная и вторичная обмотки, на стержнях магнитных шунтов — обмотка подмагничивания, состоящая из двух катушек. Основной поток Ф замыкается через главные стержни, а поток подмагничивания Ф_пм — через магнитные шунты. Потоки рассеяния Ф_σ1 и Ф_σ2 первичной и вторичной обмоток, сдвинутые по фазе приблизительно на 180°, замыкаются в основном через магнитные шунты. Катушки обмотки подмагничивания соединены последовательно так, что создаваемые ими магнитные потоки складываются, а ЭДС, индуцируемые в них потоками рассеяния Ф_σ1 и Ф_σ2, взаимно компенсируются.

Рис. 2.61 - Электромагнитные схемы однофазных трансформаторов, регулируемых подмагничиванием шунтов: 1 — главные стержни; 2 — первичная обмотка; 3 — обмотка подмагничивания ; 4 — магнитные шунты; 5 — вторичная обмотка

Трансформатор работает следующим образом. При отсутствии постоянного тока I_пм в обмотке подмагничивания потоки Ф_σ1 и Ф_σ2 имеют максимальную, а основной поток Ф — минимальную величину. При этом вторичное напряжение U₂ минимальное. При прохождении по обмотке подмагничиваю-щего тока магнитные шунты насыщаются и их магнитное сопротивление возрастает. Это приводит к уменьшению потоков Ф_σ1 и Ф_σ2, увеличению потока Ф и повышению напряжения U₂. Регулируя подмагничивающий ток, можно плавно изменять вторичное напряжение U₂.

На рис. 2.61, б показана схема однофазного ТРПШ с составным магнитопроводом. В этом трансформаторе магнитопровод главных стержней и магнитопроводы магнитных шунтов отделены друг от друга изоляционными прокладками. Первичная обмотка охватывает главные стержни и магнитные шунты, а вторичная обмотка — только главные стержни. Обмотка подмагничивания состоит из двух катушек и охватывает магнитные шунты.

При отсутствии постоянного тока в обмотке подмагничивания магнитный поток Ф₁ трансформатора, создаваемый первичной обмоткой, равномерно распределяется между главными стержнями и магнитными щунтами. При этом во вторичной обмотке индуцируется минимальное напряжение U_min. При прохождении по обмотке подмагничивания постоянного тока I_пм магнитные шунты насыщаются и их магнитное сопротивление возрастает. При этом уменьшаются проходящие по ним магнитные потоки Ф_ш, поток Ф₁ вытесняется в главные стержни и проходящий по ним поток Ф₂ увеличивается. Это приводит к возрастанию напряжения U₂, индуцируемого во вторичной обмотке. Когда магнитные шунты полностью насыщены, магнитный поток Ф₂ в главных стержнях максимальный и с трансформатора снимается максимальное напряжение U_max,. Таким образом, изменяя ток подмагничивания I_пм, можно плавно регулировать вторичное напряжение трансформатора.