Главная Случайная страница Контакты | Мы поможем в написании вашей работы! | ||
|
Трансформатор является, в общем случае, статическим преобразователем электроэнергии переменного тока. Обычно трансформатор представляет собой электромагнитный аппарат, предназначенный для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения той же частоты. Такие трансформаторы получили широкое распространение и применение в различных отраслях промышленности и сферах деятельности человечества.
Силовые трансформаторы используются в системах передачи и распределения электроэнергии, в системах электроснабжения переменного тока, в трансформаторно-выпрямительных блоках для получения постоянного тока статическими способами.
Трансформаторы находят широкое применение в качестве вторичных источников питания электронных аппаратов, вычислительных машин, бортовых систем электропитания, устройств защиты, коммутационной аппаратуры и др.
В различных отраслях промышленности, в системах автоматического регулирования и управления применяются специальные трансформаторы: дифференцирующие, согласующие, измерительные, выполняющие преобразование числа фаз, частоты, сварочные трансформаторы, регулирующие величину напряжения, пик-трансформаторы и др.
В данном курсе рассматриваются специальные трансформаторы.
1.2. Автотрансформатор
Автотрансформатор имеет всего лишь одну обмотку, часть витков которой является общей для первичной и вторичной цепей. На рис. 1.1 представлена схема понижающего автотрансформатора, где общей частью обмотки является участок АХ, ток в котором . Учитывая, что токи и находятся в противофазе, получим следующее выражение тока:
.
Отсюда следует, что величина тока в общей части обмотки равна разности токов и .
Если коэффициент трансформации автотрансформатора немногим больше единицы, то токи и мало отличаются друг от друга, а их разность составляет небольшую величину. Это позволяет выполнить часть обмотки АХ однофазного автотрансформатора из провода меньшего сечения. Если пренебречь потерями в автотрансформаторе, то можно принять, что мощность на входе и мощность на выходе S2 = I2U2 приблизительно равны.
Эта мощность называется проходной мощностью . Кроме того, различают еще расчетную мощность , представляющую собой мощность, передаваемую из первичной во вторичную цепь магнитным полем. Расчетной эту мощность называют потому, что размеры и вес трансформатора зависят от величины этой мощности. В трансформаторе вся проходная мощность является расчетной, так как между обмотками трансформатора существует исключительно лишь магнитная связь. Но в автотрансформаторе между первичной и вторичной цепями, помимо магнитной связи, существует еще и электрическая связь. А потому расчетная мощность составляет лишь часть проходной мощности, а другая часть этой мощности переносится из первичной во вторичную цепь за счет электрической связи между цепями, без участия магнитного поля. В подтверждение этого разложим проходную мощность автотрансформатора на составляющие.
Воспользуемся для этого выражением, из которого следует . Подставив это в формулу проходной мощности, получим
Здесь – мощность, передаваемая из первичной цепи автотрансформатора во вторичную благодаря электрической связи между этими цепями. Таким образом, расчетная мощность в автотрансформаторе составляет лишь часть проходной мощности.
Это дает возможность использовать для изготовления автотрансформатора магнитопровод меньшего сечения, чем в трансформаторе равной мощности. В связи с этим средняя длина витка обмотки также становится меньше, а следовательно, уменьшается расход меди на выполнение обмотки автотрансформатора. Одновременно уменьшаются магнитные и электрические потери, а к.п.д. автотрансформатора повышается.
Таким образом, автотрансформатор по сравнению с трансформатором равной мощности обладает следующими преимуществами: меньшим расходом активных материалов (медь и электротехническая сталь), меньшими размерами, более высоким к.п.д., меньшей стоимостью.
Указанные преимущества автотрансформатора тем значительнее, чем больше мощность , а следовательно, чем меньше расчетная часть проходной мощности.
Величина мощности обратно пропорциональна коэффициенту трансформации автотрансформатора :
Из графика (рис. 1.2) видно, что применение автотрансформатора дает заметные преимущества по сравнению с двухобмоточным трансформатором лишь при небольших значениях коэффициентов трансформации. Например, при вся мощность автотрансформатора передается во вторичную цепь за счет электрической связи между цепями (S3/Snp=l).
Наиболее целесообразно применение автотрансформаторов с коэффициентом трансформации .
При большей величине коэффициента трансформации преобладающее значение имеют недостатки автотрансформатора, которые состоят в следующем:
1) большие токи короткого замыкания в случае понижающего автотрансформатора (при замыкании точек А и X (рис. 1.1) напряжение подводится лишь к небольшой части витков, которые обладают очень малым сопротивлением короткого замыкания);
2) электрическая связь стороны ВН со стороной НН; это требует усиленной электрической изоляции всей обмотки;
Автотрансформаторы могут быть повышающими и понижающими, однофазными и трехфазными. В последних обмотки обычно соединяются звездой (рис. 1.3).
Р и с. 1.2. Зависимость Р и с. 1.3. Схема трёхфазного
S эл/ S пр= f (KA) автотрансформатора
Широкое распространение получили автотрансформаторы с переменным коэффициентом трансформации. В этом случае автотрансформатор снабжается устройством, позволяющим регулировать величину вторичного напряжения путем изменения числа витков . Осуществляется это либо переключателем, либо с помощью скользящего контакта (щетки), перемещаемого непосредственно по зачищенным от изоляции виткам обмотки. Такие автотрансформаторы называются регуляторами напряжения и могут быть как однофазными
Проводя аналогичные рассуждения, убеждаемся в том, что активное и индуктивное хк сопротивления короткого замыкания автотрансформатора в раз меньше, чем трансформатора. Поэтому напряжение короткого замыкания автотрансформатора также в раз меньше, чем трансформатора , т.е. .
Вследствие этого ток короткого замыкания автотрансформатора значительно больше, чем трансформатора. При коротком замыкании намагничивающий ток автотрансформатора во много раз увеличивается и может быть соизмеримым с током короткого замыкания. Это объясняется тем, что при нормальной работе м.д.с., создаваемые обмотками трансформатора на участках (см. рис. 1.1), взаимно уравновешиваются. Например, для повышающего автотрансформатора . При коротком замыкании , в результате чего сердечник очень сильно насыщается. Большой ток при коротком замыкании является недостатком автотрансформатора.
Существенным недостатком автотрансформатора является опасность попадания высокого напряжения в сеть низкого, так как обмотки соединены электрически. Поэтому изоляция сети низкого напряжения автотрансформатора должна быть той же, что и высокого.
Автотрансформаторы широко применяются в схемах автоматики, радиоэлектроники и проводной связи, в которых напряжение изменяется в пределах ±10-50%. Они также применяются в схемах пуска крупных синхронных и короткозамкнутых асинхронных двигателей и для осветительных установок. Автотрансформаторы со скользящим контактом обмотки нашли широкое применение в лабораторной практике, так как дают возможность плавно регулировать напряжение вторичной сети U2 от 0 до 1,2 .
1.3. Трансформаторы для преобразования числа фаз
Дата публикования: 2014-11-26; Прочитано: 571 | Нарушение авторского права страницы | Мы поможем в написании вашей работы!