19. Автотрансформатор
Принципиальная схема. Автотрансформатором называют такой трансформатор, у которого обмотка низшего напряжения электрически (гальванически) связана с обмоткой высшего напряжения.
В случае когда вторичное напряжение не сильно отличается от первичного (при коэффициенте трансформации, близком к единице), вместо обычного двухобмоточного трансформатора выгодно применять автотрансформатор, отличающийся от обычного тем, что его обмотка низшего напряжения составляет часть обмотки высшего напряжения (рис. 226, а). Иными словами, он имеет вместо двух обмоток одну, разделенную на две части. Участок 1—3 образует обмотку высшего напряжения, участок 2—3 — обмотку низшего напряжения. По участку 2—3 протекает разность токов i2 — i1.
В автотрансформаторе потери мощности меньше, чем в двухобмоточном трансформаторе, при одинаковой номинальной мощности. Это объясняется тем, что в двухобмоточном трансформаторе вся мощность S2=U2I2 передается из первичной цепи во вторичную электромагнитным путем, а в автотрансформаторе электромагнитным путем передается только часть этой мощности S2 (1 – 1/n) (здесь n — коэффициент трансформации). Остальная часть S2/n передается непосредственно из первичной во вторичную цепь в результате электрической связи между ними, поэтому рассчитывать автотрансформатор на эту мощность не требуется. Чем ближе коэффициент трансформации к единице, тем меньше часть мощности S2 передается электромагнитным путем, следовательно, тем меньше масса и габаритные размеры автотрансформатора. Например, при n = 2 электромагнитным путем во вторичную цепь передается половина мощности S2, а при n = 3 — уже 2/3 этой мощности. Следовательно, преимущества автотрансформаторов проявляются только при небольших коэффициентах трансформации, когда разность токов i2 — i1 мала и участок 2—3 включает в себя значительную часть всех имеющихся в трансформаторе витков. При больших коэффициентах трансформации выгоды от применения автотрансформаторов практически нет.
Основным недостатком автотрансформаторов является то, что у них вторичная цепь электрически связана с первичной и должна
Рис. 226. Схемы автотрансформатора (а) и трехфазного трансформатора (б)
поэтому иметь одинаковую с ней изоляцию по отношению к земле. По этой причине, а также по условиям техники безопасности применение автотрансформаторов для связи цепей высокого и низкого напряжения недопустимо.
20. Трехфазный трансформатор.
Рассмотрим трехобмоточные трансформаторы, имеющие широкое распространение. В трехобмоточном трансформаторе имеются три электрически не связанные друг с другом обмотки, из которых одна является первичной, а две другие – вторичными.
Схема трехобмоточного трансформатора
Первичная обмотка трансформатора является намагничивающей и создает в магнитопроводе магнитный поток, который пронизывает две вторичные обмотки и наводит в них ЭДС Е2 и Е3.
Трехфазное напряжение обычно преобразуют трехстержневыми трехфазными трансформаторами (рис. 226,б), в которых первичная и вторичная обмотки каждой фазы расположены на общем стержне. Только при очень больших мощностях для этой цели применяют три однофазных трансформатора, так как для транспортирования и монтажа они более удобны. Первичная и вторичная обмотки трехфазных трансформаторов могут быть соединены «звездой» (символ Y). «звездой с выведенной нулевой точкой» (символ Yн) или «треугольником» (символ ?).
В трансформаторах, предназначенных для выпрямительных установок, вторичную обмотку иногда соединяют по схеме «зигзаг с выведенной нулевой точкой».
Обычно обмотку высшего напряжения (ВН) соединяют по схеме «звезда», что позволяет при заданном линейном напряжении иметь меньшее число витков в фазе и снижает требования к изоляции обмоток, так как фазное напряжение в схеме «звезда» в ?З раз меньше линейного. Зажимы обмоток ВН обозначают буквами: начала — А, В, С, концы — X, Y, Z; зажимы обмоток низшего напряжения (НН); начала — a, b, c, концы — x, у, Z.
При соединении обмоток трансформатора по схеме Y/Y и ?/? отношение линейных напряжений Uл.вн/Uл.нн при холостом ходе равно отношению ?BH/?Hн = n. При соединении по схеме Y/? отношение этих напряжений будет В ?Зn, а при ?/Y — n/?3.
В каждой фазе трехфазного трансформатора происходят те же процессы, что и в однофазном трансформаторе, поэтому в нем сохраняются те же соотношения между напряжениями, токами и числами витков обмоток.
Широкое применение в энергетике нашли трехобмоточные трансформаторы, у которых имеется одна первичная и две вторичные обмотки. Такие силовые трансформаторы используются на электрических станциях и подстанциях для питания распределительных сетей с различными номинальными напряжениями и позволяют достичь экономии в капитальных затратах за счет установки меньшего количества трансформаторов.
У мощных трехобмоточных силовых трансформаторов намагничивающий ток мал и им можно пренебречь. Изменение нагрузки одной вторичной обмотки влияет на напряжение другой вторичной обмотки, так как при этом изменяется падение напряжения первичной обмотки.
Трехобмоточные трансформаторы тока с двумя первичными обмотками и одной вторичной изготовляются для установки на мощных электростанциях. При этом первичные обмотки имеют одинаковое номинальное напряжение, и к ним присоединяется по одному мощному генератору, а вторичная обмотка, имеющая две параллельные ветви, соединяется через подстанцию с линиями передачи. Трансформаторы выполняются однофазными и соединяются в трехфазную группу.
При таком устройстве трансформатора облегчается изготовление первичных обмоток, имеющих большие токи, и в случае короткого замыкания на зажимах одного генератора между двумя генераторами действуют активные и индуктивные сопротивления двух первичных обмоток трансформатора, что приводит к уменьшению тока короткого замыкания.