14. Устройство и принцип работы автотрансформатора. Схема автотрансформатора

Особенности конструкции и режимы работы автотрансформаторов

В установках 110 кВ и выше широкое применение находят автотрансформаторы большой мощности. Объясняется это рядом преимуществ, которые они имеют по сравнению с трансформаторами.

Схема однофазного автотрансформатора

Рис.1. Схема однофазного автотрансформатора

Однофазный автотрансформатор имеет электрически связанные обмотки ОВ и ОС (рис.1). Часть обмотки, заключенная между выводами В и С, называется последовательной, а между С и О - общей.

При работе автотрансформатора в режиме понижения напряжения в последовательной обмотке проходит ток Iв, который, создавая магнитный поток, наводит в общей обмотке ток Io. Ток нагрузки вторичной обмотки Ic складывается из тока Iв, проходящего благодаря гальванической (электрической) связи обмоток, и тока Io, созданного магнитной связью этих обмоток: Ic=Iв+Io, откуда Io=Ic-Iв.

Полная мощность, передаваемая автотрансформатором из первичной сети во вторичную, называется проходной.

Если пренебречь потерями в сопротивлениях обмоток автотрансформатора. можно записать следующее выражение:

Преобразуя правую часть выражения, получаем:

(3)

где (Uв - Uc)Iв=Sт - трансформаторная мощность, передаваемая магнитным путем из первичной обмотки во вторичную; UcIв=Sэ - электрическая мощность, передаваемая из первичной обмотки во вторичную за счет их гальванической связи, без трансформации.

Эта мощность не нагружает общей обмотки, потому что ток Iв из последовательной обмотки проходит на вывод С, минуя обмотку ОС.

В номинальном режиме проходная мощность является номинальной мощностью автотрансформатора S=Sном, а трансформаторная мощность - типовой мощностью Sт=Sтип.

Размеры магнитопровода, а следовательно, его масса определяются трансформаторной (типовой) мощностью, которая составляет лишь часть номинальной мощности:

(4)

где nBC = UBUC - коэффициент трансформации; kвыг коэффициент выгодности или коэффициент типовой мощности.

Из (4) следует, что чем ближе UB к UC, тем меньше kвыг и меньшую долю номинальной составляет типовая мощность. Это означает, что размеры автотрансформатора, его масса, расход активных материалов уменьшаются по сравнению с трансформатором одинаковой номинальной мощности.

Например, при UB=330кВ, UC=110кВ, kвыг=0,667, а при UB=550кВ, UC=330кВ, kвыг=0,34.

Наиболее целесообразно применение автотрансформаторов при сочетании напряжений 220/110; 330/150; 500/220; 750/330.

Из схемы (рис.1) видно, что мощность последовательной обмотки

Sп=(UB-UC)IB=Sтип;

мощность общей обмотки

Таким образом, еще раз можно подчеркнуть, что обмотки и магнитопровод автотрансформатора рассчитываются на типовую мощность, которую иногда называют расчетной мощностью. Какая бы мощность ни подводилась к зажимам В или С, последовательную и общую обмотки загружать больше чем на Sтип нельзя. Этот вывод особенно важен при рассмотрении комбинированных режимов работы автотрансформатора. Такие режимы возникают, если имеется третья обмотка, связанная с автотрансформаторными обмотками только магнитным путем.

Третья обмотка автотрансформатора (обмотка НН) используется для питания нагрузки, для присоединения источников активной или реактивной мощности (генераторов и синхронных компенсаторов), а в некоторых случаях служит лишь для компенсации токов третьих гармоник. Мощность обмотки НН SН не может быть больше Sтип, так как иначе размеры автотрансформатора будут определяться мощностью этой обмотки. Номинальная мощность обмотки НН указывается в паспортных данных автотрансформатора.

Рассмотрим режимы работы трехобмоточных автотрансформаторов с обмотками ВН, СН и НН (рис.2).

Распределение токов в обмотках автотрансформатора в различных режимах

Рис.2. Распределение токов в обмотках автотрансформатора в различных режимах а,б - автотрансформаторные режимы,в,г - трансформаторные режимы,д,е - комбинированные режимы

В автотрансформаторных режимах (рис.2,а,б) возможна передача номинальной мощности Sном из обмотки ВН в обмотку СН или наоборот. В обоих режимах в общей обмотке проходит разность токов IС-IВ=kтипIC, а поэтому последовательная и общая обмотки загружены типовой мощностью, что допустимо.

В трансформаторных режимах (рис.2,в,г) возможна передача мощности из обмотки НН в обмотку СН или ВН, причем обмотку НН можно загрузить не более чем на Sтип. Условие допустимости режима НН→ВН или НН→СН:

(5)

Если происходит трансформация Sтип из НН в СН, то общая обмотка загружена такой же мощностью и дополнительная передача мощности из ВН в СН невозможна, хотя последовательная обмотка не загружена.

В трансформаторном режиме передачи мощности Sтип из обмотки НН в ВН (рис.2,г) общая и последовательная обмотки загружены не полностью:

поэтому возможно дополнительно передать из обмотки СН в ВН некоторую мощность (см. пояснения к рис.2,е).

В комбинированном режиме передачи мощности автотрансформаторным путем ВН→СН и трансформаторным путем НН→СН (рис.2,д) ток в последовательной обмотке.

где РB QB - активная и реактивная мощности, передаваемые из ВН в СН.

Нагрузка последовательной обмотки

Отсюда видно, что даже при передаче номинальной мощности SB=Sном последовательная обмотка не будет перегружена.

В общей обмотке токи автотрансформаторного и трансформаторного режимов направлены одинаково:

Io=Io(a)+I(т).

Нагрузка общей обмотки

So=UC(Io(a)+I(т)).

Подставляя значения токов и производя преобразования, получаем:

(6)

где РH, QH - активная и реактивная мощности, передаваемые из обмотки НН в обмотку СН.

Таким образом, комбинированный режим НН→СН, ВН→СН ограничивается загрузкой общей обмотки и может быть допущен при условии

(7)

Если значения cosφ на стороне ВН и НН незначительно отличаются друг от друга, то кажущиеся мощности можно складывать алгебраически и (6) упрощается

(8)

В комбинированном режиме передачи мощности из обмоток НН и СН в обмотку ВН распределение токов показано на рис.2,е. В общей обмотке ток автотрансформаторного режима направлен встречно току трансформаторного режима, поэтому загрузка обмотки значительно меньше допустимой и в пределе может быть равна нулю. В последовательной обмотке токи складываются, что может вызвать ее перегрузку. Этот режим ограничивается загрузкой последовательной обмотки

(9)

где Рс, Qс - активная и реактивная мощности на стороне СН; Рн, Qн - то же на стороне НН.

Комбинированный режим НН→ВН, СН→ВН допустим, если

(10)

Если значения cosφ на стороне СН и НН незначительно отличаются друг от друга, то (9) упрощается

(11)

Возможны и другие комбинированные режимы: передача мощности из обмотки СН в обмотки НН и ВН или работа в понижающем режиме при передаче мощности из обмотки ВН в обмотки СН и НН. В этих случаях направления токов в обмотках изменяются на обратные по сравнению с рис.2,д,е, но приведенные рассуждения и расчетные формулы (6)-(11) останутся неизменными.

Схема включения трансформаторов тока для контроля нагрузки автотрансформатора

Рис.3. Схема включения трансформаторов токадля контроля нагрузки автотрансформатора

Во всех случаях надо контролировать загрузку обмоток автотрансформатора. Ток в последовательной обмотке может контролироваться трансформатором тока ТА1, так как Iп=IB (рис.3). Трансформатор тока ТА2 контролирует ток на выводе обмотки СН, а для контроля тока в общей обмотке необходим трансформатор тока ТАО, встроенный непосредственно в эту обмотку. Допустимая нагрузка общей обмотки указывается в паспортных данных автотрансформатора.

Схема трехфазного трехобмоточного автотрансформатора

Рис.4. Схема трехфазного трехобмоточного автотрансформатора

Выводы, сделанные для однофазного трансформатора [формулы (4)-(11)], справедливы и для трехфазного трансформатора, схема которого показана на рис.4. Обмотки ВН и СН соединяются в звезду с выведенной нулевой точкой, обмотки НН - в треугольник.

К особенностям конструкции автотрансформаторов следует отнести необходимость глухого заземления нейтрали, общей для обмоток ВН и СН. Объясняется это следующим. Если в системе с эффективно-заземленной нейтралью включить понижающий автотрансформатор с незаземленной нейтралью, то при замыкании на землю одной фазы в сети СН на последовательную обмотку этой фазы будет воздействовать полное напряжение UB/√З вместо (UB-UC)√3, напряжение выводов обмотки СН возрастет примерно до UB, резко увеличится напряжение, приложенное к обмоткам неповрежденных фаз. Аналогичная картина наблюдается в случае присоединения повышающего автотрансформатора с незаземленной нейтралью к системе с эффективно-заземленной нейтралью.

Такие перенапряжения недопустимы, поэтому нейтрали всех автотрансформаторов глухо заземляются. В этом случае заземления на линии со стороны ВН или СН не вызывают опасных перенапряжений, однако в системах ВН и СН возрастают токи однофазного КЗ.

Подводя итог всему сказанному, можно отметить следующие преимущества автотрансформаторов по сравнению с трансформаторами той же мощности:

меньший расход меди, стали, изоляционных материалов;
меньшая масса, а следовательно, меньшие габариты, что позволяет создавать автотрансформаторы больших номинальных мощностей, чем трансформаторы;
меньшие потери и больший КПД; более легкие условия охлаждения.

Недостатки автотрансформаторов:

необходимость глухого заземления нейтрали, что приводит к увеличению токов однофазного КЗ;
сложность регулирования напряжения;
опасность перехода атмосферных перенапряжений вследствие электрической связи обмоток ВН и СН.

www.gigavat.com

9.1. Схема соединения обмоток автотрансформатора

Основное отличие АТ и Т заключается в следующем:

в трансформаторе первичная обмотка со вторичной обмоткой имеет только магнитную связь;

Эл. связанные обмотки АО и СО. Часть обмотки между выводами АО называется последовательной, а между выводами СО называется общей.

Последовательная и общая обмотки имеют между собой как магнитную, так и электрическую связь. Обмотка низкого напряжения с двумя другими обмотками имеет только магнитная связь.

В АТ часть мощности передается непосредственно без трансформации, через контактную (электрическую) связь между последовательной и общей обмотками.

Токораспределение у АТ другое. Если мощность передается с ВНСН и с ВННН.

В понижающем АТ ток в общей обмотке (Iтр) определяется разностью токов, замыкающихся через сети ВН и СН. Эта обмотка рассчитывается на ток меньший Iном АТ, определяемого на стороне ВН.

АТ в каждой фазе имеет обмотку ОА-ВН, состоящую из общей обмотки ОС-СН и последовательной обмотки АС. Эти обмотки соединены между собой по автотрансформаторной схеме, т.е. электрически. Третья обмотка - третичная НН всегда соединена треугольником и имеет трансформаторную электромагнитную связь с обмоткой ОА (ВН), т.е. с общей (ОС) и последовательной (АС), что на схеме отражено.

При работе АТ в режиме понижения напряжения в последовательной обмотке проходит ток Iв, который создавая магнитный поток, наводит в общей обмотке ток I0. Ток нагрузки вторичной обмотки Iс складывается из тока Iв, проходящего благодаря гальванической (электрической) связи обмоток, и тока I0, созданного магнитной связью этих обмоток:

Iс= Iв+ I0, откуда I0+ Iс- Iв.

9.2. Схема замещения автотрансформатора

Для АТ справедлива схема замещения трехобмоточного трансформатора.

9.3. Особенности определения параметров и применение автотрансформаторов

АТ также как и трансформатор характеризуются номинальными напряжениями и мощностью.

Под номинальной мощностью АТ понимается предельная проходная мощность, которая может быть передана через АТ на стороне ВН:

Sном = 3 Iв. Uв

Мощность, которую АТ может принять из сети ВН или передать в эту сеть, называется проходной мощностью Sпрох, причем Sпрох= Sтр,+ Sэ,

Sтр - трансформаторная мощность;

Sэ - электрическая мощность.

Для характеристики АТ введено еще понятие типовой номинальной мощности Sт, на которую рассчитывается последовательная обмотка (АС).

Типовая, т.е. трансформаторная мощность АТ при номинальных условиях характеризует способность АТ передавать мощность магнитным путем. Она определяет габариты и стоимость АТ, а также расход материалов и мощность отдельных обмоток.

Для этой последовательной обмотки, протекающая по ней мощность определяется при отсутствии нагрузки НН.

Sт=Sном

- коэффициент трансформации;

или =, где=1-;

 -коэффициент выгодности;

k - коэффициент трансформации.

Т.о. типовая мощность характеризует мощность передаваемую электромагнитным путем, через обмотки, связанные электрически.

При использовании третичной обмотки (НН) в понижающих АТ для питания нагрузки (или для присоединения к ней генератора в повышающих АТ) предельная ее мощность равна типовой.

В понижающем АТ при передаче мощности с ВНСН и ВННН в общей обмотке ОС (СН) протекает разность токов Iв - Iс. Вследствие этого общая обмотка рассчитана на ток меньший номинального, и мощность этой обмотки равна его типовой мощности. (Sобщ.обм.=Sтип.)

Т.о. конструкция понижающего АТ делает возможным передачу мощности больше той, на которую рассчитываются его обмотки. Понижающие АТ поэтому дешевле трех обмоточных трансформаторов той же мощности и характеризуются меньшим расходом активных материалов на их изготовление и следовательно меньшими потерями активной мощности.

Преимущества АТ проявляются в большей степени при малых значениях (коэффициент выгодности), т.е. тогда, когда они связывают сети более близких напряжений.

Sт=Sном; .

АТ, как и трех обмоточные трансформаторы характеризуются потерями и токами ХХ (Рхх, I=Iхх) и тремя значениями напряжений КЗ.

Таблицы параметров АТ содержат при значения потерь КЗ, отвечающие трем опытам КЗ. Причем одно из них Ркз(в-с)= Ркз(1-2) приводятся отнесенными к номинальной мощности АТ, а два других Р’кз(в-н)= Р’кз(1-3) и Р’кз(с-н)= Р’кз(2-3) в ряде случаев указываются отнесенными к типовой мощности.

Эта особенность отвечает условиям осуществления опытов КЗ. При КЗ обмотки НН, рассчитанной на типовую мощность, напряжение поднимается до величины, определяющей в этой обмотке ток, соответствующий типовой, а не номинальной мощности.

При КЗ на стороне СН и подаче напряжения на ВН, это напряжение может подниматься до величины, при которой ток в последовательной обмотке достигнет значения, отвечающего номинальной мощности АТ.

Параметры ветви намагничивания определяются по формулам:

; .

Также как и для трансформаторов реактивные сопротивления могут быть найдены по выражениям:

; ;.

После вычисления по формулам:

;

НО только после приведения всех табличных значений напряжений КЗ к одной номинальной мощности АТ.

и.

При определении активных сопротивлений все значения потерь КЗ (РКЗ) также должны быть приведены к номинальной мощности АТ:

и ;

Тогда

; ;.

И аналогично выражениям для Х1, Х2, Х3:

; ;.

Для вычисления потерь активной и реактивной мощностей в АТ можно выполнить расчет режима его схемы замещения. Можно также воспользоваться табличными значениями потерь КЗ (РКЗ) и напряжений КЗ (Uk%). В последнем случае искомые величины определяются формулами:

;

в которых табличные данные должны подставляться приведенными к номинальной мощности АТ.

studfiles.net

14. Устройство и принцип работы автотрансформатора.

Автотрансформатор представляет собой трансформатор, у которого обмотка низкого напряжения является частью обмотки высокого напряжения (рис. 7.6).

У однофазного автотрансформатора всего одна обмотка. В режиме холостого хода автотрансформатор ничем не отличается от обычного трансформатора. В режиме нагрузки по общей части витков протекает ток, который равен разности токов (i1 - i2), так как вторичный ток ослабляет магнитный поток в сердечнике (т. е. соответствующий магнитный поток имеет знак, противоположный знаку потока, создаваемого током первичной обмотки).

Чаще всего автотрансформаторы изготавливают со скользящим контактом, что позволяет плавно регулировать выходное напряжение в широких пределах. Примером может служить лабораторный автотрансформатор (ЛАТР) (рис. 7.7, а).

Обмотка этого трансформатора выполнена проводом круглого сечения на тороидальном стальном сердечнике. На одной торцевой стороне изоляцию снимают вместе с частью самого провода, но при этом витки остаются изолированными друг от друга (рис. 7.7, б). По оголенной поверхности витков скользит небольшая щетка, подключая нагрузку к различному числу витков и изменяя тем самым выходное напряжение. Так как перемещающаяся щетка замыкает накоротко сразу 1—2 витка, то при хорошем контакте между ними эти витки могут сгореть. Чтобы этого не случилось, щетку делают из графита, сопротивление которого достаточно велико для ослабления токов в короткозамкнутых витках.

Медный срез

.Изоляция ( эмаль )

Если часть обмотки автотрансформатора сделать первичной, а всю обмотку вторичной, то автотрансформатор будет повышающим.

15. Трансформаторы тока и напряжения.

В технике больших токов и высоких напряжений измерения электрических величин производят только через измерительные трансформаторы —трансформаторы тока и трансформаторы напряжения, так как непосредственные измерения с помощью шунтов и добавочных резисторов весьма затруднительны. Так, наибольший ток, который еще можно измерить путем непосредственного включения прибора, составляет 600 А, а напряжение — 2000 В. К тому же шунты и добавочные сопротивления получаются громоздкими и дорогими, а прикосновение к таким приборам в сетях высокого напряжения опасно для жизни.

Трансформатор тока состоит из сердечника и двух обмоток — первичной и вторичной (рис. 7.8).

Первичную обмотку, которая содержит небольшое количество витков, включают последовательно с нагрузкой, в цепи которой необходимо измерить ток, а к вторичной обмотке, с большим числом витков, подключают амперметр. Так как сопротивление амперметра мало, то можно считать, что трансформатор тока работает в режиме короткого замыкания, при котором суммарный магнитный поток равен разности потоков, созданных первичной и вторичной обмотками.

Измеряемый ток, протекая по первичной обмотке с низким сопротивлением, создает на ней весьма небольшое падение напряжения, которое трансформируется во вторичную обмотку. Поскольку число витков вторичной обмотки значительно больше, чем у первичной, то на ней получается значительно большее напряжение при меньшем токе.

Трансформатор тока применяют не только для определения силы тока, но и для включения токовых обмоток ваттметров и некоторых других приборов. Выводы обмоток трансформатора тока маркируют следующим образом: первичная обмотка — Л1 и Л2 (линия), вторичная — И1 и И2 (измеритель). На рис. 7.8 также изображено схематическое обозначение трансформатора тока.

Один и тот же трансформатор тока можно использовать для одновременного включения нескольких измерительных приборов (рис. 7.9), однако желательно, чтобы их было не больше двух. Это объясняется тем, что по мере увеличения числа приборов их общее сопротивление возрастает, и режим работы трансформатора тока все более отходит от режима короткого замыкания (уменьшается ток вторичной обмотки).

Трансформатор тока не только расширяет пределы измерения приборов, но и гальванически отделяет вторичную цепь от первичной, изолируя тем самым прибор от высоких напряжений сети. Поэтому измерительные приборы монтируют обычным способом на распределительных щитах. При этом для безопасности один вывод вторичной обмотки заземляют для того, чтобы при пробое изоляции между обмотками провод с высоким потенциалом оказался замкнутым на землю. Трансформаторы тока изготавливают таким образом, чтобы номинальный ток вторичной обмотки составлял 5 А.

Вторичную обмотку работающего трансформатора тока нельзя размыкать и оставлять разомкнутой. Она всегда должна быть замкнута на прибор или закорочена. Это следует делать потому, что при разомкнутой вторичной обмотке магнитный поток в сердечнике обусловлен лишь большим первичным током, а не разностью потоков первичного и вторичного токов. Этот большой магнитный поток создаст на вторичной обмотке высокое напряжение, опасное для жизни. Кроме того, большой магнитный поток может вызвать перегрев сердечника.

Конструктивно трансформаторы тока выполняют по-разному. Все они, как правило, имеют несколько коэффициентов трансформации. Наиболее удобный переносной трансформатор тока — измерительные клещи (рис. 7.10).

Это трансформатор с разъемным сердечником, смонтированный в одном корпусе с амперметром. При нажатии на рукоятку сердечник размыкается и им обхватывается провод с измеряемым током. После отпускания рукоятки специальная пружина плотно замыкает сердечник, и амперметр показывает силу тока в проводе. В данном случае провод с измеряемым током выступает в роли первичной обмотки. Измерительные клещи очень удобны, так как позволяют измерять ток в любом месте линии без разрыва провода, хотя точность таких измерений невысока.

Трансформатор напряжения состоит из сердечника и двух обмоток — первичной и вторичной (рис. 7.11).

Первичная обмотка содержит значительно больше витков, чем вторичная. На первичную обмотку подается измеряемое напряжение U1, а к вторичной обмотке подсоединяется вольтметр. Поскольку сопротивление вольтметра велико, то по вторичной обмотке течет небольшой ток, и можно считать, что трансформатор напряжения работает в режиме холостого хода, т. е. изменения вторичного напряжения пропорциональны изменениям первичного при постоянном коэффициенте трансформации. Фаза вторичного напряжения противоположна фазе первичного. Выводы трансформатора напряжения обозначают следующим образом: выводы первичной обмотки — А, X, выводы вторичной — а, x. Все трансформаторы напряжения

изготавливают таким образом, чтобы номинальное напряжение вторичной обмотки было равно 100 В.

В целях безопасности обслуживающего персонала один зажим вторичной обмотки и стальной кожух трансформатора напряжения обязательно заземляют для того, чтобы при пробое изоляции между обмотками провод с высоким потенциалом оказался замкнутым на землю. Конструктивно трансформаторы напряжения очень похожи на маломощные силовые трансформаторы.

studfiles.net

Что такое автотрансформатор? - Asutpp

Авто трансформатор – это разновидность электрического трансформатора, в котором первичная и вторичная обмотка представляют собой единое целое.

Автотрансформатор: теоретические основы

В автотрансформаторе одна единственная обмотка используется в качестве как первичной, так и вторичной. Однако в двухобмоточных трансформаторах две различные обмотки используются и с первичной, и с вторичной целью. Схема такого автотрансформатора показана ниже:

Схема автотрансформатора

Обмотка AB и общее число оборотов N1 считается первичной обмоткой. Такую обмотку отводят из точки C, а участок ВС рассматривается как вторичная обмотка. Давайте предположим, что число витков между точками B и C является N2.

Если напряжение V1 проходит через обмотку на участке между A и C, тогда напряжение на отрезке 1 витка в данной обмотке составляет V1/N1.

Таким образом, напряжение на участке ВС будет V1/N1*N2=V2, а значит, V2/V1=N2/N1=константа k.

Так как участок обмотки BC рассматривается как вторичный, можно легко понять, что значение константы ′k′ является ни чем иным, как отношение напряжений данного автотрансформатора.

Когда нагрузка дается на участок между вторичными клеммами, то есть между B и C, тогда показатель тока будет I2. Ток во вторичной обмотке или в общей обмотке – это перепад между I1 и I2.

Видео: Автотрансформаторы и их применение

Автотрансформатор и экономия потребления меди

А сейчас мы обсудим экономию потребления меди в авто трансформаторе и сравним ее с показателями в обычном двухобмоточном электрическом силовом трансформаторе.

Общеизвестно, что вес любой медной обмотки зависит от ее длины и поперечного сечения. Опять же, длина проводника в обмотке пропорциональна числу его оборотов и типу его сечения (площадь поперечного сечения зависит от номинального тока).

Таким образом, вес меди в обмотке прямо пропорционален числу оборотов и показателю номинального тока обмотки.

Итак, вес меди в сечении, где проходит переменный ток, пропорционален (N1 – N2) I1 и, аналогично, вес меди на участке BC пропорционален N2 (I2 – I1), то есть, общий вес меди в обмотке автотрансформатора пропорционален:

(N1 – N2) I1 + N2 (I2 – I1) ⇒ N1I1 – N2I1 + N2I2 – N2I1 ⇒ N1I1 + N2I2 – 2N2I1 ⇒ 2N1I1 – 2N2I1 (поскольку N1I1 = N2I2) ⇒ 2 ( N1I1 – N2I1 ).

Аналогичным образом можно доказать, что удельный вес меди в двухобмоточном трансформаторе пропорционален:

N1I1 + N2I2⇒ 2N1I1 (поскольку в трансформаторе N1I1 = N2I2)

Давайте предположим, что Wa и WTW являются показателями веса меди в авто трансформаторе и двухобмоточном трансформаторе соответственно, а значит:

Формулы

Экономия потребления меди в авто трансформаторе по сравнению с двухобмоточным равна:⇒ WTW – Wa = kWtw

Однофазный трансформатор 400/220 киловольт

Однофазный трансформатор 400/220KV

Автотрансформатор использует только одну обмотку в каждой фазе по сравнению с двумя совершенно отдельными обмотками в обычном силовом трансформаторе.Преимущества использования авто трансформатора

Для коэффициента трансформации 2 размер авто трансформатора будет составлять приблизительно 50% от соответствующего размера 2 в случае с обычным обмоточным трансформатором. Для коэффициента трансформации, скажем, 20, размер должен быть около 95%. Экономия в стоимости, конечно же, будет составлять не аналогичную пропорцию. Экономия затрат весьма заметна тогда, когда коэффициент трансформации является низким, то есть менее 2.

Недостатки использования авто трансформатора

Из-за электропроводности при помощи как первичной, так и вторичной обмоток, низковольтная схема зависит от высокого напряжения. Чтобы избежать сбоя в сети, необходимо разработать схему обеспечения низкого напряжения для того, чтобы выдерживать более мощную нагрузку.
Поток рассеяния между первичной и вторичной обмотками мал, следовательно, сопротивление является достаточно низким. А это может привести к короткому замыканию в условиях неисправности системы.
Соединения на первичном и вторичном блоках обязательно должны быть одинаковыми, за исключением случаев использования взаимосвязанных главных соединений. По сути, возможны осложнения в связи с изменением первичного/вторичного фазового угла, особенно в случае соединения «треугольником».
Из-за общей нейтральности главного подключения в авто трансформаторе нет возможности для функционирования системы с заземленной нейтралью только с одной стороны. Поэтому оба блока должны иметь свой собственный нейтралитет относительно земли или изолированы полностью.
Намного труднее сохранить электромагнитный баланс обмотки, если присутствуют отводы регулировки напряжения. Следует помнить, что такое балансирование в авто трансформаторе напрямую связано с увеличением размера корпуса трансформатора. Если диапазон отвода очень большой, то преимущества экономии на первоначальной стоимости значительно теряются по большому счету.

www.asutpp.ru

Автотрансформаторы, схемы включения обмоток, энергетическая эффективность.

В электромагнитных преобразователях энергии — трансформаторах — передача энергии из одной обмотки в другую осуществляется магнитным полем, энергия которого сосредоточена в магнигопроводе. В автотрансформаторах передача энергии осуществляется как магнитным полем, так и за счет электрической связи между первичной и вторичной обмотками (рис. 66).

Схема автотрансформатора (рис. 66) может быть представлена иначе (рис. 67). Эта схема дает возможность лучше представить преимущества автотрансформатора перед трансформатором при коэффициентах трансформации, близких к единице. В трансформаторах токи в первичной и вторичной обмотках направлены встречно, поэтому в автотрансформаторах за счет совмещения обмоток при небольших коэффициентах трансформации Uвых/Uвх обеспечивается экономия меди. Если Uвых/Uвх = 1, то вся мощность передается за счет электрической связи между первичной и вторичной сторонами. При больших коэффициентах трансформации снижение массы автотрансформатора по сравнению с трансформатором несущественно и применять автотрансформаторы нецелесообразно.

Везде, где необходимо преобразовывать близкие напряжения (110 и 220,220 и 330,330 и 500, 500 и 750 кВ), используются только автотрансформаторыАвтотрансформатор из-за меньшего расхода активных материалов в заданных габаритах удается выполнить на большую мощность, чем трансформатор

Автотрансформаторы применяются также в низковольтных сетях в качестве лабораторных регуляторов напряжения небольшой мощности (ЛАТР).В конструктивном отношении автотрансформаторы, практически, не отличаются от трансформаторов

При проектировании автотрансформаторов следует различать проходную и расчетную мощности. Проходная мощность (т.е. та мощность, которую может передать автотрансформатор) по обозначениям рис.67 равняется

. (113)

Расчетная мощность автотрансформатора — это мощность, которая передается магнитным полем: . (114)Расчетная мощность определяет габариты автотрансформатора и зависит от коэффициента трансформации:

, (115)

где — отношение чисел витков вторичной и первичной обмоток.Из (115) следует, что автотрансформатор при небольших коэффициентах трансформации требует меньше активных материалов. Поэтому при одинаковой проходной мощности применение автотрансформаторов выгоднее — они имеют меньшую стоимость и несколько лучшие энергетические показатели.

Недостатком автотрансформатора является необходимость выполнения изоляции обеих обмоток на большее напряжение, так как обмотки имеют электрическую связь.Автотрансформаторы не могут применяться в качестве силовых в сетях 6 кВ при понижении напряжения до 0,38 кВ, так как напряжение 380 В подводится к оборудованию, на котором работают люди. При авариях из-за наличия электрической связи между обмотками в автотрансформаторе высшее напряжение может оказаться приложенным к обмотке низшего.

Большой ток короткого замыкания - недостаток автотрансформатора Применение автотрансформаторов улучшает КПД энергосистем, обеспечивает снижение стоимости передачи энергии, но приводит к увеличению токов короткого замыкания.

11. Устройство и принцип действия асинхронного двигателя.

Асинхронная машина – это машина переменного тока, у которой в установившемся режиме магнитное поле, участвующее в основном процессе преобразования энергии, и ротор вращаются с разными угловыми скоростями.

Пакет статора выполняется из листов электротехнической стали d=0.5-0.35мм.
Пазы с многофазной обмоткой статора (m=3) для промышленности, для двигателей специальных устройств(m=2), есть двигатели с большим числом фаз (для создания ВМП обмотка выполняется укороченной, распределенной, но без скоса пазов).
Корпус - для установки и крепления машины к рабочему механизму (в основном на лапах с фланцевым креплением).
Вал, - на который крепится ротор
Пакет ротора (выполняется из электротехнической стали, сталь шихтуется).
Обмотка ротора (Между статором и ротором воздушный зазор как можно меньший, для улучшения магнитной связи.)

Принцип действия:U1» i1»Ф1» е12» i2»Ф2»F2»М. Подается напряжение U1» по обмотке статора протекает ток i1» создает магнитный поток Ф1» сцепляясь с катушкой ротора, наводит ЭДС е12» по обмотке ротора протекает ток i2» » создает магнитный поток Ф2» на проводник с током действует сила F2» образуется момент М.

1. Закон электромагнитной индукции: Е=-dФ/dt

2. Закон Ампера Fa=B*I*L*sinα

Создание ВМП.В статоре, катушки сдвинуты в пространстве на 120° и запитаны системой токов Ia=Ia*sin(wt), Ib=Ib*sin(wt+120), Ic=Ic*sin(wt-120).Условие создания ВМП:

1. должно быть не менее двух токов (причем токи должны быть сдвинуты во времени между собой)

2. оси катушек должны быть сдвинуты между собой в пространстве

n1 - частота вращения магнитного поля f – частота напряжения сети, p – число пар полюсов в машине. При промышленной частоте f = 50 Гц частота вращения магнитного поля определяется как n1 = 3000/р.

S - cскольжение – это относительная разность частот вращения или угловых скоростей магнитного поля и ротора, n2 – частота вращения ротора, и - угловые скорости вращения магнитного поля и ротора.Допущения: магнитное поле, создаваемое обмоткой статора - чисто синусоидальное.Емкостным эффектом пренебрегаем, то ток - индуктивный, т.е. момент в АД создается только активной составляющей тока.

12. Схемы замещения асинхронного двигателя.

Уравнениям напряжения и токов соответствует схема замещения АД.

Рис. 1. Рис.2.

r1 – отражает электрические потери в первичной обмотке ω1, r2 – отражает электрические потери во вторичной обмотке ω2

rм – отражает потери в стали , х1 – отражает потери рассеяния магнитного поля ω1, х2 – отражает потери рассеяния магнитного поля ω2

хм – сопротивление взаимной индукции. На рис.1 изображена Т-образная схема замещения. Магнитная связь обмоток статора и ротора в АД заменена электрической связью цепей статора и ротора. Активное сопротивление R2’(1-S)/S можно рассматривать как внешнее сопротивление, включенное в обмотку неподвижного ротора. В этом случае АД аналогичен трансформатору, работающему на активную нагрузку. Сопротивление R2’(1-S)/S- единственный переменный параметр схемы. Значение этого сопротивления определяется скольжением, а, следовательно, нагрузкой на валу. Более удобна для практического применения Г-образная схема (рис.2), у которой намагничивающий контур(Zm=Rm+jXm) вынесен на входные зажимы. Чтобы не изменился намагничивающий ток, в контур последовательно включают сопротивления обмотки статора R1 и Х1. Полученная схема удобна тем, что состоит из двух параллельно соединенных контуров: намагничивающего с током Io и рабочего с током I2’. Расчет параметров рабочего контура схемы замещения требует уточнения, что достигается введением в расчетные формулы коэффициента С1, представляющего собой отношение напряжения сети U1к ЭДС статора Е1 при идеальном холостом ходе (S=0).

lektsia.com

3. Схемы замещения и параметры автотрансформаторов

Автотрансформаторы, как правило, устанавливаются на мощных узловых подстанциях районных сетей и предназначены для связи сетей двух номинальных напряжений. От шин среднего напряжения таких подстанций, обычно, получают электроэнергию целые районы с большим числом потребителей. Изображение автотрансформатора в принципиальной электрической схеме сети при наличии устройства РПН (регулирование напряжения под нагрузкой) представлено на рис. 6.

Автотрансформатор (АТ) имеет последовательную обмотку (П), общую (О) и обмотку низшего напряжения (Н).

Обмотки последовательная и общая электрически соединены друг с другом и пронизываются общим магнитным потоком, тогда как обмотка низшего напряжения связана с ними только магнитной связью, что отражено на рис. 6.

а)

б)

Рис. 6. Автотрансформатор.

а) изображение автотрансформатора в электрических схемах;

б) схема соединения обмоток автотрансформатора

Автотрансформаторы характеризуются двумя значениями мощности: номинальная – это предельная мощность, которая может быть передана со стороны высшего напряжения (),типовая – мощность последовательной обмотки (). Расчётная мощность общей обмотки также равна типовой мощности, а обмотка низшего напряжения рассчитывается на мощность меньшую или равную типовой. Связь между номинальной и типовой мощностью АТ определяется выражением

где – коэффициент выгодности автотрансформатора:

Чем меньше коэффициент выгодности, тем автотрансформатор более экономичен по сравнению с трёхобмоточным трансформатором. В электрических сетях с =0,25; 0,4; 0,5.

При расчёте электрических сетей автотрансформаторы учитываются схемами замещения (рис. 7). Полная схема замещения автотрансформатора имеет вид трёхлучевой звезды, где – активные сопротивления соответствующих обмоток высшего, среднего и низшего напряжений учитывают потери активной мощности на нагрев обмоток;– соответственно индуктивные сопротивления обмоток учитывают индуктивную мощность на потоки рассеяния.

Рис. 7. Полная схема замещения автотрансформатора

Намагничивающая ветвь подключается со стороны питающей обмотки, при этом – активная проводимость обусловлена потерями активной мощности на нагрев магнитопровода, а– реактивная проводимость определяет магнитный поток взаимоиндукции обмоток.

Все параметры схемы замещения приведены к номинальному напряжению обмотки высшего напряжения. Для расчёта действительных значений напряжений и токов в обмотках среднего и низшего напряжений в схему включаются идеальные трансформаторы (трансформаторы без потерь мощности), которые учитывают коэффициент трансформации в режиме холостого хода.

Автотрансформаторы характеризуются следующими каталожными данными [1, 2, 3]:

–номинальная мощность, МВА; – номинальные линейные напряжения соответственно обмоток высшего (ВН), среднего (СН), низшего (НН) напряжения, кВ, т.к. параметры схемы замещения отнесены к напряжению обмотки ВН, то в дальнейших расчётах, напряжения заданы при холостом ходе трансформатора;– максимальное число положительных и отрицательных по отношению к основному выводу обмотки ВН регулировочных ответвлений,– относительное значение изменения напряжения в процентах от, приходящееся на одно ответвление;

–суммарные потери короткого замыкания для двух обмоток, кВт; – напряжения короткого замыкания, %.– потери холостого хода, кВт;– ток холостого хода, %.

Для АТ проводят три опыта короткого замыкания, в каждом участвуют две обмотки. Например, при коротком замыкании на выводах обмотки СН, разомкнутой обмотке НН и подключении к источнику выводов обмотки ВН замеряются значения ипри протекании по обмоткам ВН и СН номинальных токов. Следовательно, величиныиотнесены кавтотрансформатора. Если в опыте короткого замыкания участвует обмотка низшего напряжения, по обмоткам протекают токи, соответствующие номинальной мощности обмотки НН, т.е. типовой мощности автотрансформатора. Следовательнои– отнесены к типовой мощности, поэтому указанные величины приводят к номинальной мощности АТ;

Используя каталожные данные автотрансформатора, проводят расчёт параметров схемы замещения.

При определении активных сопротивлений возможны два случая:

В справочных данных приведены три величины потерь короткого замыкания (кз):

Здесь – потери к.з., отнесённые к номинальной мощности АТ;

–потери кз, отнесённые к типовой мощности АТ; – коэффициент выгодности.

Потери короткого замыкания в каждой обмотке автотрансформатора рассчитываются:

Затем вычисляют активные сопротивления схемы замещения:

(1)

В справочных данных приведено одно значение потерь короткого замыкания . По нему определяют суммарное активное сопротивление двух обмоток:

Мощность обмотки высшего напряжения равна номинальной мощности автотрансформатора, а мощность обмотки низшего напряжения составляет от неё не более 50%. При наличии магнитной связи активные сопротивления в схеме замещения обратно пропорциональны мощностям соответствующих обмоток:

а для обмотки НН

Для расчёта индуктивных сопротивлений используют напряжения короткого замыкания. Заданные в каталожных данных напряжения и предварительно должны быть приведены к номинальной мощности АТ.

и .

Примечание. Если в справочниках [1, 3] напряжения отнесены к номинальной мощности, пересчёта делать не следует.

Суммарные реактивные сопротивления пар обмоток рассчитываются по формулам:

, (2)

а индуктивное сопротивление каждой обмотки находится из следующих выражений:

Примечание. Если индуктивное сопротивление какой-либо обмотки отрицательно, в дальнейших расчётах его не учитывают.

Проводимости исхемы замещения вычисляются по результатам опыта холостого хода (х.х). Потребляемая в этом опыте мощность определяется параметрами цепи намагничивания:

откуда

(3)

Намагничивающая мощность и ток хх в % равны. Так как , следовательно,

(4)

Для АТ с используют упрощенные схемы замещения. В таких схемах отсутствуют идеальные трансформаторы, а ветвь намагничивания учитывается потребляемой мощностью (рис. 8).

Рис. 8. Упрощенная схема замещения АТ

В схеме электрической сети промышленного района, рассчитываемой в курсовой работе, автотрансформаторы установлены на узловых подстанциях 1 и 2 и служат для связи сетей двух номинальных напряжений. Так как , то в расчётную схему сети они вводятся упрощенной схемой замещения.

Если на подстанции установлено два и более АТ, то для упрощенной схемы замещения (см. рис. 8) определяют эквивалентные параметры

где n– количество АТ, установленных на подстанции.

Если обмотка НН автотрансформатора не нагружена (п/ст 1), её в схеме замещения не учитывают. Схема замещения упрощается и принимает вид (рис. 9).

Рис. 9. Упрощенная эквивалентная схема замещения при отсутствии нагрузки на обмотке НН автотрансформатора

studfiles.net

его теоретические основы и инструкция

Авто трансформатор – это специальная разновидность электрического трансформатора, в котором первичная и вторичная обмотка соединяются вместе. Как видите, автотрансформатор имеет достаточно простую конструкцию и разобраться в ней может каждый.

В этой статье мы расскажем о принципе работы этого устройства. Вы сможете узнать не только теоретические основы, но и практическое применение.

Автотрансформатор и его теоретические основы

В автотрансформаторе вы сможете найти единственную обмотку. Она будет использоваться не только в качестве первичной, но и в качестве вторичной обмотки. Схема автотрансформатора указана на фото ниже:

На этом фото вы сможете увидеть, что обмотка AB считается общим числом оборотов. N1 считается первичной обмоткой. Как видите, на фото эта обмотка будет выходить из точки C. В этом случае участок BC будет рассматриваться в качестве вторичной обмотки. Теперь мы можем предположить, что число витков между точками BC будут составлять N2.

Если напряжение в автотрансформаторе будет проходить через V1, тогда напряжение на отрезке первого витка будет составлять V1/N1. Таким образом на участке BC будет V1/N1*N2=V2, а это означает V2/V1=N2/N1=константа k.

Исходя из этих результатов можно сделать вывод о том, что константа будет являться отношением напряжения в автотрансформаторе. Когда нагрузка будет подаваться на участок между вторичными клеммами, тогда показатель тока составит I2. Показатель во вторичной обмотке будет составлять I1 и I2. Теперь мы рекомендуем вашему вниманию соответствующее видео:

Автотрансформатор и экономия потребления меди

Если вы планируете использовать авто трансформатор, тогда сможете значительно сэкономить потребление меди. Электрический силовой трансформатор может использовать значительно больше меди.

На данный момент практически каждый человек знает, что вес меди будет зависеть от ее сечения и длины. Длина проводника в обмотке будет пропорциональна числу его оборотов и типу сечения. Итак, из этого понятно, что вес меди в сечении, где проходит переменный ток пропорционален I1 и вес меди на участке BC также будет составлять I1.

(N1 — N2) I1 + N2 (I2 — I1) ⇒ N1I1 — N2I1 + N2I2 — N2I1 ⇒ N1I1 + N2I2 — 2N2I1 ⇒ 2N1I1 — 2N2I1 (поскольку N1I1 = N2I2) ⇒ 2 (N1I1 — N2I1).

Благодаря этой формуле можно доказать, что удельный вес меди в двух обмоточном трансформаторе будет пропорциональным N1I1 + N2I2⇒ 2N1I1 (поскольку в трансформаторе N1I1 = N2I2).

Теперь давайте представим, что Wa и WTW будут являться показателями веса меди в авто трансформаторе, а в двух обмоточном трансформаторе они будут означать:

Благодаря этой формуле можно сделать вывод, что экономия потребления меди в автотрансформаторе будет составлять ⇒ WTW — Wa = kWtw.

Однофазный трансформатор 400/220 киловольт

Автотрансорматор этого типа может иметь только одну обмотку. Именно поэтому во время его использования вы можете столкнуться с определенными преимуществами.

Для коэффициента трансформации размер авто трансформатора будет составлять 50%. Этот показатель был взят в сравнении с обычным трансформатором. Если говорить о стоимости, тогда можно сделать вывод о том, что она будет значительно меньше. Показатель стоимости будет низким, когда коэффициент трансформации будет являться не менее двух. Если вам будет интересно, тогда можете прочесть про измерительные трансформаторы.

Недостатки авто трансформатора

Как и любое другое устройство конструкция автотрансформатора может иметь определенные недостатки. К основным недостаткам можно отнести:

Низковольтная схема в этом устройстве будет зависеть от высокого напряжения. Если вы планируете избежать, сбоя в сети, тогда вам необходимо разработать схему обеспечения низкого напряжения. Благодаря этому ваше устройство сможет выдержать высокие нагрузки.
Поток рассеивания между обмотками считается небольшим. Это может означать, что, если система будет неисправной, тогда может возникнуть короткое замыкание.
Соединения между первичной и вторичной обмоткой должны быть одинаковыми. Именно поэтому во время соединения у вас могут возникнуть определенные проблемы.
Систему невозможно выполнить с заземляющей нетралью с одной стороны. Именно поэтому нейтраль должны иметь оба блока.
В этой конструкции вам будет сложно сохранить в целостности электромагнитный баланс. Балансирование будет связано с увеличением корпуса этого устройства. Если диапазон будет большим, тогда преимущества первоначальной стоимости значительно растеряются.

Надеемся, что, благодаря нам вы разберетесь с устройством автотрансформатора. Мы постарались предоставить вашему вниманию детальную инструкцию о его применении. Также мы постарались дать полный ответ на вопрос, что такое автотрансформатор.

Читайте также: трансформатор тесла своими руками.

vse-elektrichestvo.ru

Каталог товаров