Трансформаторы с расщепленной обмоткой низшего напряжения

ЛЕКЦИЯ № 11

Тема: Трансформаторы с расщепленными обмотками, автотрансформаторы.

Цель: Изучить особенности конструкции и рабочих свойств трансформаторов с расщепленными обмотками и автотрансформаторов.

План: 1.Особенности конструкции.

2. Рабочие свойства.

3. Рабочие свойства и особенности конструкции автотрансформаторов.

Литература: 1. Бургардт К.А., Просужих Р.П.

«Корабельные электрические машины».

Часть 2. 1980., стр. 37-41.

1969., стр. 533-550.

Лекция обсуждена и одобрена на заседании кафедры

Протокол № _____ от «_____» _____________200 г.

Преподаватель: Просужих Р.П.

Лекция № 11 Трансформаторы с расщепленными обмотками. Автотрансформаторы

Трансформаторы с расщепленной обмоткой

Такими трансформаторами называют трехобмоточные трансформаторы, у которых две вторичные (или две первичные при одной вторичной) не имеют индуктивной связи друг с другом. Это достигается особенностью конструкции трансформатора с расщепленной обмоткой, которую мы рассмотрим на примере однофазного трансформатора с одной первичной обмоткой высшего напряжения (ВН) и двумя вторичными обмотками низшего напряжения (НН), которые представляют собой обмотку НН, расщепленную на две части «2» и «3». Магнитопровод такого трансформатора должен быть бронестержневым, как показано на рисунке 1.

Рисунок 1. Расположение обмоток трансформатора с расщепленными обмотками

При этом первичная обмотка «1» ВН также должна иметь две части ВН12 и ВН13, расположенные на разных стержнях, т.е. совместно с обмотками «2» и «3». Это значит, что первичная обмотка имеет две параллельные ветви, каждая из которых создает свой основной магнитный поток замыкающийся по своему стержню и своему ярму. Такое расположение обмоток на таком магнитопроводе обеспечивает слабую магнитную связь между обмотками «2» и «3», поэтому передача энергии из цепи обмотки «2» в цепь обмотки «3» посредством электромагнитного поля практически исключена. Это значит в свою очередь, что такой трансформатор можно рассматривать как два самостоятельных трансформатора, размещенных в одном корпусе и на одном магнитопроводе.

Если нагрузить одну из вторичных обмоток, например НН2, то на стороне ВН будет нагружена только одна из параллельных ветвей обмотки ВН, в частности ВН12, расположенная на одном стержне с обмоткой НН2.

Трансформатор с расщепленной обмоткой может передавать энергию и в обратном направлении, т.е. быть повышающим.

В этом случае обмотки НН2 и НН3 будут являться первичными. Они могут получать питание от двух отдельных генераторов. Вторичной обмоткой будет обмотка ВН, имеющая две параллельные ветви. Естественно, что в случае, когда один из генераторов будет отключен, то не будет нагружена и соответствующая ветвь вторичной обмотки ВН.

Номинальные напряжения U и U могут быть как одинаковымитак и различными. Соотношение магнитных потоков в стержнях трансформатора и зависит от соотношений между напряжением U1, и приведенными напряжениями Ů / 2 и Ů / 3. Если , то будут равны друг другу и приведенные токи . В этом случае одинаковы и магнитные потоки Ф2= Ф3. Следовательно, в боковых стержнях (ярмах) бронестержневого трансформатора магнитные потоки отсутствуют.

Читайте также:  Усилитель воспроизведения на к157уд2

В общем случае это не так. Если напряжение и неодинаковы, например, при неодинаковой нагрузке обмоток НН2 и НН3, то и токи и магнитные потоки не равны друг другу. В этом случае в магнитопроводе появится магнитный поток , равный разности потоков в стержнях Ф2 и Ф3. Этот поток будет замыкаться по боковым стержням (ярмам). Если бы этих боковых стержней не было, то поток вынужден был бы замыкаться по воздуху (по путям рассеяния), а в основном по конструктивным элементам трансформатора (стенкам бака и т.п.).

Это привело бы к большим добавочным потерям на вихревые токи и перемагничивание. Именно по этой причине трансформаторы с расщепленными обмотками выполняют на бронестержневыхмагнитопроводах.

Основное преимущество трансформаторов с расщепленными обмотками состоит в том, что у них сопротивление короткого замыкания (ZK12 » ZK13) за счет независимости обмоток НН2 и НН3примерно в два раза больше, чем сопротивление короткого замыкания ZК обычного трансформатора, у которого параллельные ветви вторичной обмотки взаимозависимы. Это обуславливает меньшие значения тока короткого замыкания трансформаторов с расщепленными обмотками по сравнению с обычными двух и многообмоточными трансформаторами.

Суммарная мощность расщепленной обмотки, т.е. обмоток НН2 и НН3, равна мощности всего трансформатора, т.е. мощности обмотки ВН.

Трехфазные трансформаторы с расщепленными обмотками выполняются на обычных трехстержневых магнитопроводах. При этом каждая из частей расщепленной обмотки, принадлежащих одной фазе, расположена на одном и том же стержне магнитопровода. В этом случае роль крайних стержней (ярм) выполняют два других стержня, на которых расположены обмотки других фаз. Поскольку токи и магнитные потоки фаз сдвинуты по фазе на 120°эл, их взаимозависимость невелика.

Части расщепленной обмотки, т.е. НН2 и НН3 и параллельные ветви обмотки ВНкаждой из фаз, разнесены по высоте стержней, поэтому их потоки рассеяния не взаимосвязаны, что в свою очередь обеспечивает большие значения напряжений короткого замыкания и малые токи короткого замыкания.

Двухобмоточные трансформаторы мощностью 25 и более МВ∙А выполняются с расщепленной обмоткой низшего напряжения. Условное обозначение на схемах показано на рис. 5.7.

В соответствии с принятой системой обозначений аббревиатура трансформатора ТДРН-25000/110/10 расшифровывается: трансформатор трёхфазный, двухобмоточный с расщепленной обмоткой низшего напряжения с принудительной циркуляцией воздуха и естественной циркуляцией масла и системой регулирования напряжения под нагрузкой. Номинальная мощность – 25000 кВ∙А, класс напряжения обмотки высшего напряжения – 110 кВ, низшего напряжения – 10 кВ.

Трансформаторы имеют трёхлучевую схему замещения (рис. 5.8).

С достаточной для практики точностью такой трансформатор может рассматриваться как два независимых двухобмоточных трансформатора, которые питаются от общей сети.

Трансформаторы с расщепленной обмоткой выполняются с соотношением мощностей обмоток 100 % / 50 % / 50 %. Откуда следует, что

Опыт короткого замыкания выполняется при параллельном соединении обмоток низшего напряжения. По полученным данным определяются общие активное и индуктивное сопротивления трансформатора:

Читайте также:  Ардуино нано проекты с дисплеем

и

В соответствии с условиями выполнения опыта короткого замыкания

; (5.5)

(5.6)

Подставив выражение (5.3) в (5.5), получим:

Для определения индуктивных сопротивлений обмоток, нужно учитывать расположение обмоток на магнитопроводе, то есть влияние магнитных полей.

Так, для группы однофазных трансформаторов:

Для трёхфазных трансформаторов при расположении обмоток одна над другой:

Проводимости трансформатора с расщепленной обмоткой определяются так же, как и для двухобмоточного трансформатора.

Применение трансформаторов с расщепленными обмотками для раздельного питания секций низшего напряжения позволяет снизить ток короткого замыкания практически в два раза и обойтись во многих случаях без токоограничивающих реакторов.

Автотрансформатор

На электрических схемах автотрансформатор изображается следующим образом (рис. 5.9).

В соответствии с принятой системой обозначений аббревиатура автотрансформатора АТДЦТН-125000/ 220/110/10 расшифровывается: автотрансформатор трехфазный, трёхобмоточный с принудительной циркуляцией воздуха и масла и системой регулирования напряжения под нагрузкой. Номинальная мощность – 25000 кВ∙А, класс напряжения обмотки высшего напряжения – 220 кВ, среднего напряжения – 110 кВ, низшего напряжения – 10 кВ.

Автотрансформатор отличается от трёхобмоточного трансформатора тем, что его обмотки высшего и среднего напряжений, кроме магнитной связи имеют ещё электрическую связь (рис. 5.10). Обмотка среднего напряжения является частью обмотки высшего напряжения.

Обмотка высшего напряжения состоит из двух частей – последовательной обмотки и общей обмотки.

При работе автотрансформатора в режиме понижения напряжения в последовательной обмотке протекает ток Iв. Он создаёт магнитный поток и наводит в общей обмотке ток Iобщ. Ток нагрузки в обмотке среднего напряжения равен сумме этих токов:

Ток Iв определяется электрической связью обмоток, а ток Iобщ – магнитной связью.

Полная мощность, которая передаётся из обмотки высшего напряжения в обмотку среднего напряжения, называется номинальной мощность автотрансформатора. Она рассчитывается как

Это выражение можно записать следующим образом:

Типовая мощность меньше номинальной мощности. Выясним во сколько раз. Для этого возьмём отношение типовой мощности к номинальной:

.

Коэффициент α называется коэффициентом выгодности. Выгодность автотрансформатора определяется по отношению к трёхобмоточному трансформатору той же мощности.

Обмотка низшего напряжения имеет с обмотками высшего и среднего напряжений только магнитную связь. Мощность этой обмотки не может быть больше типовой мощности автотрансформатора. Иначе размеры магнитопровода автотрансформатора будут определяться мощностью обмотки низшего напряжения.

Учитывая изложенное, можно записать соотношение номинальных мощностей обмоток автотрансформатора:

Преимущества автотрансформатора по сравнению с трёхобмоточным трансформатором:

· меньший расход материалов (меди, стали, изоляции);

· меньшие потери активной мощности в режимах холостого хода и короткого замыкания;

· больший коэффициент полезного действия;

· более лёгкие условия охлаждения.

· сложность выполнения независимого регулирования напряжения;

· опасность перехода атмосферных перенапряжений из обмотки высшего напряжения в обмотку среднего напряжения и обратно из-за электрической связи обмоток;

Читайте также:  Как снять терку с соковыжималки

· необходимость обязательного глухого заземления нейтрали. Это приводит к тому, что ток однофазного короткого замыкания может быть больше тока трёхфазного короткого замыкания. Если же разземлить нейтраль, то изоляцию обмоток нужно рассчитывать на линейное напряжение.

Автотрансформатор имеет такую же схему замещения, что и трёхобмоточный трансформатор. Параметры схемы замещения рассчитываются аналогично. При этом следует учитывать, что часть паспортных данных может быть приведена не к номинальной мощности, а к типовой. Обмотка низшего напряжения рассчитывается на типовую мощность. Поэтому при коротком замыкании обмотки низшего напряжения напряжение поднимается до значения, определяющего ток в этой обмотке. В этом случае параметры ∆Рк вн, ∆Рк сн, Uк вн и Uк сн оказываются приведенными к типовой мощности автотрансформатора.

Если в паспортных данных отмечается эта особенность, то указанные параметры следует привести к номинальной мощности по формулам:

и .

Знак “*” указывает, что параметры были приведены к типовой мощности автотрансформатора.

Трансформатор с расщепленной обмоткой низкого напряжения является разновидностью двухобмоточного трансформатора. В таком трансформаторе обмотка НН выполнена из двух параллельных ветвей НН, и НН2 (рис. 1.16, г), расположенных симметрично по отношению к обмотке ВН. Номинальные напряжения обмоток НН, как правило, одинаковые, и их суммарная мощность равна мощности обмотки ВН. Достоинством трансформаторов с расщепленной обмоткой является увеличение реактивного сопротивления между ветвями, что позволяет ограничить ток короткого замыкания на стороне НН. Поэтому понижающие трансформаторы с расщепленными обмотками получили широкое распространение.

Трансформаторы с расщепленной обмоткой имеют в своем обозначении букву Р, которая ставится после буквы, обозначающий число фаз, например, ТРДЦН-63000/110.

Схема замещения трансформаторов с расщепленной обмоткой имеет вид трехлучевой звезды (см. рис. 1.15). При параллельном соединении его обмоток используется схема замещения двухобмоточного трансформатора.

Активные сопротивления обмоток соотносятся как

Паспортные данные трансформатора с расщепленной обмоткой такие же, как у двухобмоточного трансформатора. По ним определяются R и X трансформатора при параллельной работе его обмоток НН (сквозное сопротивление). В случае раздельной работы обмоток НН сопротивления обмоток определяются по формулам:

Специфическим параметром трехфазных трансформаторов с расщепленной обмоткой является коэффициент расщепления кр,

который равен отношению сопротивления между выводами двух ветвей расщепленной обмотки ХИ]Н2 к сквозному сопротивлению X При отсутствии магнитной связи между обмотками НН коэффициент расщепления равен четырем. Это имеет место для трехфазной группы однофазных трансформаторов. Для трехфазного трансформатора кр

трансформаторов кр = 3,34. 3,64. При отсутствии точных параметров для трехфазных двухобмоточных трансформаторов с расщепленной обмоткой на две части можно принимать кр

В этом случае сопротивления обмоток трехфазных трансформаторов составляют:

Допускается любое распределение нагрузки между обмотками НН, например, одна обмотка может быть полностью нагружена, а вторая отключена, или обе обмотки нагружены полностью.

Оцените статью
Добавить комментарий

Adblock detector