Спецвопрос (многообмоточные трансформаторы).

Трансформатором называют статическое электромагнитное устройство, имеющее две или большее число индуктивно-связанных обмоток и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной (первичной) системы переменного тока в другую (вторичную) систему переменного тока. Трансформаторы широко используются в промышленности и быту для различных целей.

В энергетических устройствах довольно широко применяют трехобмоточные трансформаторы, а в устройствах радиотехники и автоматики — многообмоточные трансформаторы малой мощности. Наиболее распространенная схема многообмоточ­ного трансформатора — одна первичная и несколько вторичных обмоток.

На рисунке 3 схематически показано устройство трехобмоточного трансформатора, в котором первичная обмотка 1 расположена между двумя вторичными обмотками 2 и 3. Такие трансформаторы применяют на электрических станциях и подстанциях для питания сетей с различными номинальными напряжениями. Очевидно, что в данном случае двум вторичным напряжениям U2 и U3, получаемым, например, от обмоток СН и НН, соответствуют два коэффициента трансформации:

k_{1 2} = w_B.H/w_C.H; k_{1 3}=w_B.H/w_H.H.

Рисунок 3 - Расположение обмоток в силовом трехобмоточном трансформаторе: 1 — первичная обмотка; 2, 3 — вторичные об­мотки.

Установившиеся процессы в обмотках трансформатора описываются уравнениями:

Если привести параметры обмоток 2 и 3 к первичной 1 (так же, как это делается для двухобмоточного трансформатора), то системе уравнений будет соответствовать схема замещения, изображенная на рисунке 4, а. От схемы замещения двухобмоточного трансформатора она отличается тем, что вторичная цепь имеет два луча. Очевидно, что при изменении нагрузки в одной из вторичных обмоток изменяются напряжения на обеих вторичных обмотках, т. е. имеется взаимное влияние вторичных обмоток. Это объясняется тем, что изменяется падение напряжения на сопротивлении Z₁. схемы замещения, по которой проходит суммарный ток Í ₁. Векторная диаграмма для трехобмоточного трансформатора изображена на рисунке 4, б.
Параметры схемы замещения можно определить расчетным либо экспериментальным путем. Параметры намагничивающего контура находятся посредством опытов холостого хода так же, как и для двухобмоточного трансформатора. Следует провести три опыта короткого замыкания: а) при замкнутой накоротко обмотке 2 и разомкнутой обмотке 3; б) при замкнутой накоротко обмотке 3 и разомкнутой обмотке 2; в) при замкнутых накоротко обмотках 2 и 3.

Рисунок 4 - Схема замещения (а) и векторная диаграмма (б) силового трехобмоточного транс­форматора.

Напряжения короткого замыкания определяются при токах, соответствующих номинальной мощности наиболее мощной (первичной) обмотки. В соответствии с указанными опытами имеем

Решаем систему уравнений:

Следует отметить, что полученные параметры схемы замещения справедливы только при указанном на рисунке 3 расположении обмоток: первичная обмотка расположена между двумя крайними вторичными. При изменении расположения обмоток изменяются параметры схемы замещения, так как изменяются потоки рассеяния этих обмоток. Например, если в качестве первичной используется одна из крайних обмоток, а вторичной — другая крайняя обмотка, то их индуктивные сопротивления резко возрастают, так как возрастают соответствующие потоки рассеяния.

Согласно ГОСТу силовые трехобмоточные трансформаторы выполняют на одну номинальную мощность для всех трех обмоток. Раньше изготовляли трехобмоточные трансформаторы, у которых одна из вторичных обмоток имела номинальную мощность, равную ²/з от мощностей двух других обмоток, или обе вторичные обмотки имели номинальную мощность, равную ²/₃ мощности первичной обмотки. То обстоятельство, что сумма мощностей вторичных обмоток во всех случаях больше мощности первичной обмотки, на практике не приводит к перегрузке первичной обмотки, так как редко имеет место совпадение максимумов нагрузок обеих обмоток по времени. Кроме того, коэффициенты мощности cosφ ₂ и cosφ ₃ обычно различны, вследствие чего токи Í '₂и Í '₃ сдвинуты по фазе и поэтому I₁ < I'₂ + I'₃.

Силовые трансформаторы малой мощности (для телевизоров, радиоприемников и т. п.) выполняют, как правило, многообмоточными: они имеют одну первичную обмотку и несколько вторичных, от которых питаются различные электрические цепи, не связанные между собой (например, цепи накала радиоламп Напряжением 6, 3 В, их анодные цепи напряжением 200—300 В и т. п.). Типичная схема силового трансформатора радиоприемника приведена на рисунке 5, а. Первичная обмотка разбита на две части и имеет несколько выводов для включения трансформатора на различные напряжения сети (выводы А и X₁ — для напряжения 127 В, А и Х₂- для напряжения 220 В). Ко вторичным обмоткам подключают различные потребители с сопротивлениями Z_н1, Z_н2,..., Z_нn.

Схема замещения многообмоточного трансформатора отличается от двухобмоточного тем, что она имеет несколько лучей во вторичной цепи (рисунок 5, б) в соответствии с числом вторичных обмоток. В маломощных низковольтных трансформаторах (U1ном≤ 220 В; Sном ≤ 500 В • А) изоляция между обмотками имеет малую толщину, вследствие чего потоки рассеяния трансформаторов относительно малы. Поэтому в схеме замещения индуктивными сопротивлениями можно пренебречь и учитывать только активные сопротивления обмоток.

Рисунок 5 - Электрическая схема и схема замещения многообмоточного трансформатора.

Активные сопротивления обмоток в таких трансформаторах измеряют обычными методами (при постоянном токе), а затем приводят к числу витков первичной обмотки, умножая на квадрат соответствующего коэффициента трансформации. Проведение опытов короткого замыкания между парами обмоток для многообмоточного трансформатора нецелесообразно из-за большого различия в мощностях первичной и вторичной обмоток, а следовательно, невозможности установить номинальные значения тока одновременно для первичной и вторичной обмоток.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.

1. Шабанов В.А., Лопатин В.П. Курсовое проектирование по электрическим сетям и электроснабжению: Учебное пособие. – Уфа: Изд-во УГНТУ, 1997 – 182 с.

2. Шабанов В.А. Ш12 Проектирование электроснабжения установок и предприятий нефтяной отрасли: учеб. пособие. – Уфа: Изд-во УГНТУ, 2009. – 224 с.

3. Шабанов В.А. Ш12 Проетирование электроснабжения промышленных предприятий: Учеб. пособие. – Уфа: Изд-во УГНТУ, 2004. – 176 с.

4. Шабанов В.А., Лопатин В.П. Расчет электрических нагрузок и выбор сечения кабельных и воздушных линий электрических сетей: учебно – методическое пособие к домашнему заданию. – Уфа: Изд-во УГНТУ, 2000. – 21 с.

5. Неклепаев Б.Н. Электрическая часть электростанций. – М.: Энергия, 1976

6. Рожкова Л. Д., Козулин В. С. Электрооборудование станций и подстанций: Учебник для техникумов. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1987. – 648 с.: ил.

7. Шабанов В.А., Лопатин В.П. Расчет электрических нагрузок и выбор сечения кабельных и воздушных линий электрических сетей: учебно – методическое пособие к домашнему заданию. – Уфа: Изд-во УГНТУ, 2009. – 28 с.

8. Справочник по проектированию электроснабжения/Под ред. Ю.Б. Барышина и др. – М.: Энегроатомиздат, 1990.

9. Каталог вакуумных выключателей, ЗАО «Группа компаний «Электрощит»-ТМ Самара».

10. Лопатин В. П., Шабанов В. А. Подстанции и распределительные устройства. Учебно – методическое пособие к выполнению домашнего задания по выбору высоковольтных аппаратов распределительных устройств.