ТРАНСФОРМАТОРЫ С УВЕЛИЧЕННЫМ МАГНИТНЫМ РАССЕЯНИЕМ В КОМБИНАЦИИ С РЕАКТИВНОЙ ОБМОТКОЙ

§ 1. ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ СХЕМА ТРАНСФОРМАТОРА С ПОДВИЖНЫМ МАГНИТНЫМ ШУНТОМ

Типовая электромагнитная схема трансформатора с увеличен­ ным магнитным рассеянием и подвижным магнитным шунтом пред­ ставлена на фиг. 75. По такой схеме в СССР выпускаются однокорпуспые сварочные трансформаторы типа СТАН.

На одном из крайних стержней сердечника расположены пер­

вичная 1 и основная вторичная		2 обмотки, а на другом* крайнем
в	3	2

Фиг. 75. Принципиальная электрическая и конструктивная схема трансформатора типа СТАН:

1 — первичная обмотка; 2 — вторичная обмотка (основная); 3 — вторичная обмотка (реактив­ ная); 4 — магнитный шунт; 5 — винтовой механизм; 6 — электрододержатель; 7 — свариваемое изделие; 8 — клеммная доска с выводами для ступенчатого секционирования вторичных об­ моток.

стержне, который также выполняется сплошным без воздушных зазоров, размещена реактивная вторичная обмотка 3 (фиг. 75). Основная и реактивная вторичные обмотки соединены между собой, как правило, согласно. Между крайними основными стерж­ нями помещается подвижной средний стержень (магнитный шунт) 4. Между средним стержнем и ярмами основного сердечника имеются два постоянных по величине воздушных зазора. Поэтому в трансфор­ маторах этого типа через средний стержень замыкается лишь часть

потоков, создаваемых обмотками трансформатора. По	отношению
к основному сердечнику средний стержень служит	подвижным

магнитным шунтом, активное сечение которого может изменяться по мере его выдвижения за пределы ярма основного сердечника.

Потоки рассеяния между первичной и основной вторичной об­ мотками незначительны, так как эти обмотки размещены на одном стержне и расстояние между ними невелико. Поэтому индуктивные сопротивления первичной и основной вторичной обмоток Х 12 и X 2l> обусловленные незначительными потоками рассеяния, замыкающи­

	мися преимущественно через воздух,		будут невелики, и ими при
		анализе работы трансформатора							можно
		пренебречь. Однако часть потоков пер­
		вичной и реактивной вторичной обмо­
		ток будет		замыкаться			через		средний
		стержень (магнитный шунт)						и	воздуш­
		ное пространство				между		обмотками,
		образуя	потоки			рассеяния,			которые
		значительно превышают потоки рассея­
		ния в обычных силовых					трансформато­
		рах (см. фиг. 76 и 78).
		Коэффициент магнитной связи между
		первичной		и	реактивной			вторичной
	Фиг. 76. Распределение магнит-	обмотками kMвсегда будет меньше еди­
		ницы. Величину				коэффициентов маг­
	, ных потоков в сердечнике транс­
	форматора СТАН при холос­	нитной	связи		в	трансформаторах с
	том ходе.	магнитными шунтами можно выразить,
		аналогично		трансформаторам					СТН,

через отношение магнитных сопротивлений отдельных участков, магнитной цепи:

		'[Х.С
		Нз
		ха
		h i —
		ХС
где R^c — магнитное		сопротивление	на пути	потоков	рассеяния
	в пространстве между крайними стержнями сердечника,,
Rpa	включая средний стержень и воздушные зазоры;
	— магнитное	сопротивление	правой	части	сердечника.
	В эту часть сердечника входят половины верхнего и ниж­
	него ярма и правый крайний стержень, на котором
R^e	размещены первичная и основная вторичная обмотки;
	— магнитное сопротивление второй левой части сердечника,
	на которой	размещена реактивная		вторичная обмотка.

Средний стержень размещается обычно в середине окна транс­ форматора, а насыщение обеих частей сердечника примерно одина­

ковое,	поэтому можно без большой погрешности принять
откуда	k13 = h i = kM.

Во всех случаях магнитное сопротивление на пути потоков рассеяния больше магнитного сопротивления остальных сплошных частей сердечника, не имеющих воздушных зазоров. Поэтому коэф­ фициент магнитной связи первичной и реактивной вторичной обмоток kM в трансформаторах с подвижными шунтами значительно больше, чем в трансформаторах СТН. Например, в трансформаторе СТАН

в	зависимости	от положения среднего	стержня k4 = 0,7 - г - 0,85,
в	то время как	в трансформаторах СТН	kM = 0,05 ч- 0,15.

Вследствие этого в трансформаторах СТАН через крайний стер­ жень, на котором размещена реактивная вторичная обмотка, замы­ кается большая часть основного потока трансформатора. Поэтому э. д. с., индуктируемая в реактивной вторичной обмотке трансфор­ маторов СТАН, в отличие от трансформаторов СТН, составляет значительную часть всей э. д. с. во вторичной цепи.

Потоки рассеяния первичной и реактивной вторичной обмоток обусловливают индуктивное падение напряжения в них. Обозначим индуктивное сопротивление от потоков рассеяния первичной обмотки через Х13и соответственно—реактивной вторичной обмотки через Х31. Полное индуктивное сопротивление схемы замещения трансфор­ матора с магнитным шунтом будет

Х т = Х ^ + Х Ъи

Благодаря размещению первичной и реактивной вторичной обмоток на разных стержнях и устройству магнитного шунта полное индуктивное сопротивление схемы замещения трансформаторов этого типа значительно больше, чем в трансформаторах с нормальным рассеянием. Вследствие этого внешняя характеристика трансформа­ тора будет падающей без применения отдельного дросселя.

§2. ОСНОВНЫЕ СООТНОШЕНИЯ В ТРАНСФОРМАТОРЕ

СУВЕЛИЧЕННЫМ МАГНИТНЫМ РАССЕЯНИЕМ

Основные уравнения, характеризующие работу трансформаторов с увеличенным рассеянием, были приведены в главе V. Эти соотно­ шения необходимо уточнить в приложении к анализу конкретной типовой схемы, представленной на фиг. 75.

Холостой ход. Распределение магнитных потоков при холостом ходе показано на фиг. 76. Потоки Ф0и Фов индуктируют во вторичных обмотках э. д. с. или напряжения U2o = EZo и Upo = Еро. Так как потоки Ф0 и Фов совпадают по фазе, то и индуктируемые ими э. д. с. также совпадают по фазе. Основная и реактивная вторичная обмотки соединены согласно. Следовательно, вторичное напряжение транс­ форматора при холостом ходе будет равно сумме э. д. с. во вторичных обмотках:

U Q — U 2о -{- U ро-

( 112)

Выражая э. д. с. через потоки, получим:

U2о = £20 = 4,44/ш20Ф0‘ Ю-8;

Upо = Ер0= 4,44/ш2рФов- Ю-8.

Учтя, что

Ф0в= M V

можно записать:	(113)
£/0= 4,44/ (даго -f- kMw2p) Ф0-10-8,

где w2о и гс;2р — соответственно числа витков основной и реактивной вторичных обмоток.

Зависимость между первичным напряжением и потоком транс­

форматора выражается уравнением
Ux 4,44/о^Фо • 10“8,
откуда коэффициент трансформации
п==Ил_===___ _____		/ 114\
U 0	w20+ k Mw2p'	У11* ’
Из уравнений (113) и (114) следует, что при изменении коэффи­
циента магнитной связи kM напряжение холостого хода		U0 и коэф­

фициент трансформации п также несколько изменяются. При выдви­ жении магнитного шунта коэффициент магнитной связи kM увели­ чивается, вследствие чего несколько увеличивается напряжение холостого хода. Изменение напряжения i/ 0 зависит от величины изменения kM и отношения чисел витков w2o и w2p. В трансформа­ торах типа СТАН-1, выполненных по схеме на фиг. 75, напряжение холостого хода в зависимости от отношения чисел витков хю2о и w2p изменяется при выдвижении магнитного шунта на 4,5—10 в.

Следует отметить, что намагничивающий ток в первичной об­ мотке трансформатора также несколько увеличивается при выдви­ жении магнитного шунта. Последнее объясняется увеличением общего магнитного сопротивления сердечника трансформатора, что обуслов­ ливает соответствующее увеличение намагничивающего тока. Как показали испытания трансформатора СТАН-1, ток холостого хода при выдвижении среднего стержня изменяется от 6,3 до 7,7 а, т. е. увеличивается на 20%.

Нагрузка. Векторная диаграмма трансформатора, соответствую­ щая упрощенной схеме замещения, изображена на фиг. 77. Как было показано в главе V, основные соотношения в трансформаторах с увеличенным рассеянием при нагрузке определяются из следующих уравнений:

ид = ии^ / U l-Ilx% - rdRT,

или, пренебрегая активным сопротивлением RT , получим

Это уравнение аналогично уравнению (106) для трансформатора с отдельным дросселем. Различие заключается лишь в том, что в транс­ форматорах с увеличенным рассеянием функции дросселя выпол­ няет увеличенное индуктивное сопротивление трансформатора.

Из уравнения (115) можно определить величину сварочного тока при заданном значении напряжения дуги:

Распределение			магнитных		потоков
в стержнях сердечника				при	нагрузке
оказывает весьма		существенное			влияние
на характер явлений, происходящих в
трансформаторах		с	увеличенным^'рассея-
нием.		потоков		при	нагрузке
Распределение
показано на фиг.		781,1 где приняты следу­				Фиг. 77. Векторная диаграм­
ющие обозначения:
Фу — магнитный			поток, создаваемый			ма	для упрощенной схемы
						замещения		трансформатора
н. с.	первичной			обмотки;		с	подвижным		магнитным
Фу8 — поток,	составляющий				часть по­		шунтом	при	нагрузке.
тока	первичной			обмотки Фу и

ответвляющийся в крайний левый стержень; Фус — поток рассеяния первичной обмотки, ответвляющийся в сред­

ний стержень и пространство между крайними стержнями;

Ф2 — магнитный поток, создаваемый н. с. основной			вторичной
обмотки;	потока	Ф2 и ответвляющийся
Ф2в — поток, составляющий часть
в крайний левый стержень;		основной	вторичной
Ф2с — поток, составляющий часть	потока
обмотки и ответвляющийся в средний стержень;
Фр — магнитный поток, создаваемый н. с. реактивной			вторичной
обмотки;

Фра — поток, составляющий часть потока реактивной обмотки Фр и замыкающийся через крайний правый стержень;

Фрс — поток рассеяния реактивной обмотки, замыкающийся в сред­ нем стержне и пространстве между крайними стержнями.

Из распределения магнитных потоков, показанного на фиг. 78, видно, что результирующие потоки в крайних стержнях Фа и Фв и суммарный поток рассеяния Фс можно выразить в следующем

1 На фиг. 78 стрелками показаны направления магнитных полей, условно принятые за положительные, в соответствии с геометрической суммой потоков пер­ вичной и вторичной обмоток.

11 Рабинович 22

виде, принимая, что фазы векторов потоков совпадают с фазами соответствующих токов:

Фа — Ф\-\- Фг + Фра»

Фв = Фи + Ф2в + Фр1

Фс — Фщ + Ф2 с — Фрс■

Учитывая коэффициент магнитной связи kM>можно преобразо­ вать эти выражения:

Фа = Ф1 + Ф г - Ф рЬм;	(117)
Фе = км{ Ф ^ ^ Ф г ) +Фр>	( 118>

Фиг. 78. Распределение потоков в сердечнике трансформатора СТАН при нагрузке.

Ф с - [ Ф ^ Ф 2 - Ф „ ] ( 1 - к м). (119)

Результирующий поток в край­ нем стержне а, на котором разме­ щена первичная обмотка, при неиз­ менном первичном напряжении Ux весьма мало изменяется при нагруз­ ке и остается примерно равным потоку при холостом ходе, т. е.

Фа~Фо-

Далее из уравнения (117) можно записать;

ф1+ ф2 =.фа - ф ркм.

(120)

Подставляя это выражение в уравнение (118), получим

Ф' = Ф Л + Фр{ 1 - & ) .

(121)

Выражение

о = 1— k2M< 1•

• в трансформаторах обычно называют коэффициентом рассеяния. Поток Фа, коэффициент магнитной связи и коэффициент рассея­

ния при изменении нагрузки остаются примерно постоянными. Результирующий поток Фа в стержне а совпадает по фазе с намагни­ чивающим током 1Ни на 90° опережает по фазе э. д. с. или вторичное

.напряжение U0 при холостом ходе. Поток Ф0 реактивной обмотки

иего составляющие совпадают по фазе с током во вторичной цепи / 2 =

=1д. Как было показано в главах V (см. фиг. 44) и VI, угол сдвига фаз между токами /„ и / 2 в трансформаторах с большой индуктив­ ностью достигает 150°, приближаясь при коротком замыкании к 180°.