Вопрос1111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111

Глава 5. Трансформаторные устройства специального назначения

§ 5.1. Трансформаторы с плавным регулированием напряжения

Для плавного регулирования напряжения возможно применение скользящих по поверхности витков обмотки контактов, аналогично тому, как это сделано в регулировочном автотрансформаторе (см. рис. 3.5). При этом плавность регулировки ограничивается значением напряжения между двумя смежными витками (0,5—1,0 В). По такому принципу выполняют однофазные и трехфазные трансформаторы и автотрансформаторы мощностью до 250 кВ-А. Однако наличие скользящих контактов снижает надежность и ограничивает применение этих трансформаторов.

Более надежны бесконтактные конструкции ре­гулировочных трансформаторов. Рассмотрим некоторые из них.

Трансформатор с подвижным сердечником. Первичная обмотка этого трансформатора. выполнена из двух катушек, уложенных в кольцевых выемках магнитопровода (рис. 5.1, а). Катушки w’₁ и w’₂ включены так, что создают магнитные потоки, направленные встречно друг другу. Внутри неподвиж­ной части магнитопровода расположен подвижный сердечник ПС со вторичной обмоткой w₂. При среднем положении ПС в обмотке w₂ не наводится ЭДС, так как действие первичных катушек взаимно компенсируется.

Рис. 5.1. Трансформатор с подвижным сердечником

При смещении ПС влево или вправо от среднего положения вторичной обмотки в последней наводится ЭДС . При этом фаза (направление) зависит от того в зоне какой из первичных катушек находится вторичная обмотка: при перемещении этой обмотки из зоны одной первичной катушки в зону другой катушки фаза ЭДС изменится на 180°. Если такой трансформатор включить в сеть аналогично вольтдобавочному трансформатору (см. § 1.15), как это показано на рис. 5.1,6, то, изменяя положение сердечника вторичной обмотки (ПС), можно плавно регулировать вторичное напряжение (продольное регулирование)

§ 5.2. Трансформаторы для выпрямительных установок

Во вторичные обмотки этих трансформаторов включены вентили — устройства, обладающие односторонней проводимостью.

Рассмотрим работу однофазного трансформатора в схеме однополупериодного выпрямления (рис. 5.3, а). Ток во вторичной обмотке этого трансформатора i₂ является пульсирующим, так как он создается только положительными полуволнами вторичного напряжения U₂ (рис. 5.3, б). Этот пульсирующий ток имеет две составляющие: постоянную

(5.2)

и переменную

(5.3)

Пренебрегая током х.х. и учитывая (5.3), уравнение МДС рассматриваемого трансформатора можно записать в виде

(5.4)

Рис. 5.3. Трансформатор в схеме выпрямления

В первичную обмотку трансформируется лишь переменная составляющая вторичного тока (5.3), поэтому МДС I_dw₂ остается неуравновешенной и создает в магнитопроводе трансформатора постоянный магнитный поток Ф_d, называемый потоком вынужденного намагничивания. Этот поток вызывает дополнительное магнитное насыщение элементов магнитопровода; для того чтобы это насыщение не превышало допустимого значения, необходимо увеличить сечение сердечников и ярм. Эта мера приводит к увеличению расхода стали и меди, т. е. ведет к повышению габаритов, веса и стоимости трансформатора. Этот недостаток однофазной однополупериодной схемы распространяется и на трехфазную однополупериодную схему при соединении вторичной обмотки трансформатора по схеме «звезда—звезда с нулевым выводом» (рис. 5.3, в). В этом случае магнитный поток вынужденного намагничивания Ф_d значительно меньше, так как, действуя одновременно во всех трех стержнях магнитопровода, он замыкается вне магнитопровода — через медь, воздух, стенки бака — аналогично третьим гармоникам основного магнитного потока (см. рис. 1.26). Однофазную однополупериодную схему применяют лишь для маломощных выпрямителей, что объясняется не только недостатком, вызванным наличием потока Ф_d, но и значительными пульсациями выпрямленного тока. Трехфазная однополупериодная схема со­единения вторичной обмотки в звезду с нулевым выводом также ограничивается выпрямителями небольшой мощности. Если же вторичную обмотку соединить в равноплечий зигзаг с нулевым выводом (см. рис. 1.22), то недостатки однополупериодной схемы выпрямления, обусловленные возникновением потока Ф_d, устраняются. Объясняется это тем, что при соединении в равноплечий зигзаг (см. § 1.8) на каждом стержне оказываются две вторичные катушки со встречным соединением. При трехфазной однополупериодной схеме ток I_d проходя по всем фазам вторичной обмотки, создает в каждом стержне два потока Ф_d/2, но так как эти потоки направлены в разные стороны, то они взаимно уравновешиваются. Это достоинство схемы соединения обмоток в зигзаг позволяет применять трехфазную однополупериодную схему при значитель­ных мощностях.

В двухполупериодных схемах, когда ток во вторичной цепи трансформатора создается в течение обоих полупериодов, условия работы трансформатора оказываются намного лучше и неуравновешенной МДС не возникает.

Другим обстоятельством, нежелательно влияющим на работу трансформаторов в схемах выпрямления, является несинусоидальная форма токов в обмотках. В результате в первичной и вторичной обмотках появляются токи высших гармоник, ухудшающие эксплуатационные показатели трансформатора, в частности снижающие его КПД.

Количественно влияние различных причин на работу трансформаторов в схемах выпрямления зависит от ряда факторов: схем выпрямления, наличия сглаживающего фильтра, характера нагрузки.

В связи с тем что первичный и вторичный токи трансформаторов имеют разные действующие значения (из-за их несинусоидальности), расчетные мощности первичной и вторичной обмоток одного и того же трансформатора неодинаковы (S_1ном ≠ S_2ном). Поэтому для оценки мощности трансформатора, работающего в вы­прямительной схеме, вводятся понятия типовой мощности

(5.5)

и коэффициента типовой мощности

(5.6)

где выходная мощность, т. е. мощность, поступающая в потреби­тель постоянного тока,

(5.7)'

в номинальном режиме (при номинальных напряжениях U_dном и токе I_{d ном}).

Типовая мощность трансформатора всегда больше его выходной мощности, т.е. kт>1. Объясняется это тем, что при любой схеме выпрямления U₂ > U_d и I₂>I_d

Из этого следует, что габариты и вес трансформаторов для выпрямителей всегда больше, чем у трансформаторов такой же выходной мощности, но при синусоидальных токах в обмотках. Это объясняется тем, что в трансформаторах, работающих в выпрямительных схемах, полезная мощность определяется постоянной составляющей вторичного тока I_d а нагрев обмоток — полным вторичным I₂ и первичным I₁ токами, содержащими высшие гармонические.