книги / Электропитание устройств связи

двух. Концентрические обмотки наиболее широко распространены

вотечественной практике.

Вдисковых чередующихся обмотках катушки низшего и выс­

шего напряжений, изготовленные в виде отдельных дисков, разме­ щаются на магнитопроводе (рис. !.!0). Вся обмотка разделяется:

на симметричные группы, состоящие из одной или нескольких ка­ тушек высшего напряжения и расположенных по обе стороны от них двух (или нескольких) катушек низшего напряжения. Диско­ вые чередующиеся обмотки более сложны, но обладают меньшим рассеянием. Такие обмотки применяются в специальных случаях (в импульсных и выходных трансформаторах), а также в высоко­ вольтных трансформаторах.

Обмотки трансформаторов малой мощности укладываются на каркасе, изготовленном из изоляционного материала. Для изготов­ ления каркасов применяется электрокартон, пропитанный изоли­ рующим лаком, гетинакс, пластмассы и другие изоляционные материалы, обладающие нагревостойкостью и негигроскопичные.

Каркас состоит из гильзы, представляющей собой трубку пря­ моугольного, квадратного или круглого сечения. На концах гиль­ зы укрепляются боковые щеки. При изготовлении каркаса из пластмассы его прессуют целиком. Иногда при прессовке в щеки запрессовывают выводные лепестки, предназначенные для вывода концов обмотки.

В настоящее время широко применяется так называемая бес­ каркасная намотка. При этом способе обмотка наматывается на гильзу, не имеющую боковых щек. Витки обмотки на каркасе ук­ ладываются рядами плотно друг к другу. При укладке первый ряд наматывается в одну сторону, другой ряд — в другую. По­ этому при четном числе рядов выводы начала и конца обмотки будут с одной стороны, а при нечетном — с противоположных. При малых диаметрах провода витки могут «западать» из верхних ря­ дов в нижние, в результате чего напряжение между отдельными витками окажется настолько большим, что вызовет пробой изоля-

При соединении обмоток в звезду концы всех трех фаз соеди­ няются между собой, образуя общую нейтральную (нулевую) точ­ ку, а свободные начала трех фаз подключаются к проводам сети источника или приемника электрической энергии переменного тока.

При соединении обмоток в треугольник (А) начало первой фа­ зы соединяют с концом второй, начало второй — с концом третьей, начало третьей фазы — с концом первой. Точки соединения нача­ ла одной фазы с концом другой подключают к проводам трехфаз­ ной сети переменного тока.

Помимо этих двух основных схем иногда в выпрямительных устройствах применяют схему соединения в зигзаг. В этой схеме (рис. 1.12в) каждая фаза состоит из двух катушек с одинаковым

числом витков, находящихся на различных стержнях и соединен­ ных встречно. ЭДС фазы обмотки, соединенной в зигзаг, равна геометрической разности ЭДС двух катушек Ек. Эти ЭДС сдвину­

ты на 1/3 периода по фазе так же, как и магнитные потоки двух, различных стержней. Поэтому £ф з и г з а г =1/Л3 £ к. Если обмотка име­

ет выведенную нулевую точку, то в соответствующем знаке обо­ значают нулевую точку и показывают вывод от нее.

Для параллельного включения трансформаторы объединяют в> группы, которые обозначают следующим образом: Y/Y—О, Y7A— 11

и т. д., где знак над чертой показывает схему соединения обмоток ВН, знак под чертой — схему соединения обмоток НН, цифра — угол между векторами линейных ЭДС обмоток высшего и низшего напряжения, выраженный числом угловых единиц по 30°. Отсчет угловых единиц производится от вектора линейной ЭДС обмотки ВН по часовой стрелке.

Группы трехфазных трансформаторов зависят от схем соеди­ нения обмоток, обозначения зажимов обмоток ВН и НН и направ­ ления намотки. Если направление намотки обмоток ВН и НН оди­ наково, то ЭДС, индуцируемые в обмотках ВН и НН, расположен­ ных на одном стержне магнитопровода, совпадают по фазе.

Если обмотки ВН и НН соединены в звезду и имеют одинаковое направление намотки, что условно показано на рис. 1.13а, тогда ЭДС, индуцируемые в фазах обмоток ВН и НН, будут совпадать:

ЭДС обмоток НН. В этом случае будут параллельными векторы

Ес и Еа, Еа и Ев, Еъ и Ес, так как катушки фаз с и А, а и В, в и С находятся на одних и тех же стержнях и сцеплены с одним по­ током. Угол между векторами линейных ЭДС ЕЛв и Еаь стал рав­

ным 120°, т. е. получили группу 4 (4x30°= 120°).

Если произвести еще одно изменение обозначения зажимов об­

энергии электромагнитная мощность обмотки Аа должна быть равной электромагнитной мощности обмотки аХ, т. е.

тельно, амплитуда магнитного потока в автотрансформаторе так­ же может быть в п/(п— 1) раз меньше по сравнению с трансфор­ матором, т. е. в п/(п— 1) раз меньше поперечное сечение и масса

стали магнитопровода. Так как для возбуждения магнитного поля с меньшей амплитудой требуется меньшая реактивная энергия, то< коэффициент мощности автотрансформатора несколько выше, чем у трансформатора.

Вес обмоточного провода автотрансформатора также примерно

трансформатора на сердечнике имеется две обмотки — первичная с числом витков wи поперечное сечение которой рассчитано на ток А, и вторичная с числом витков w2, поперечное сечение кото­

/ 12- / 2—А, т. е. на ток, в nl(n— 1) раз меньший, чем у трансформа­

тора.

Средняя длина витка обмоток автотрансформатора существен­ но меньше, чем у трансформатора, так как меньше поперечное се­ чение стержня магнитопровода, также меньше числа витков и по­ перечное сечение провода одной из обмоток.

Поэтому активные и индуктивные сопротивления обмоток ав­ тотрансформатора меньше, чем у трансформатора. Следовательно, автотрансформатор обладает большей стабильностью напряжения1 при изменениях нагрузки и для него с большей точностью выпол­ няется равенство Ui = —£ ь

Меньшая масса активных материалов автотрансформатора носравнению с трансформатором обусловливает меньшие потери, а- следовательно, более высокий КПД.

Существенным недостатком автотрансформатора является на­ личие электрической связи между сетью и приемником энергии,,

что не позволяет применять его, если приемник энергии имеет за­ земленный полюс (в выпрямительных устройствах).

Следует иметь в виду, что токи короткого замыкания в авто­ трансформаторе существенно больше, чем в трансформаторах, из-за меньших сопротивлений обмоток. Поэтому аварийное корот­ кое замыкание для автотрансформатора представляет большую опасность.

Достоинства автотрансформаторов тем больше, чем ближе к единице коэффициент трансформации. Поэтому автотрансформа­ торы применяются при небольших коэффициентах трансформации (/2= 1 —2). Автотрансформатор рассчитывается так же, как и

обычный трансформатор, но расчетной мощностью является элек­ тромагнитная мощность, и автотрансформатор заменяется эквива­ лентным трансформатором, в котором первичной обмоткой яв­ ляется обмотка Аа с числом витков W\—w% первичное напряжение Ui— Uz, ток Л, вторичной обмоткой является обмотка аХ с числом витков w2t вторичное напряжение U2, ток /12 = / 2—Л.

1.7. о п ы т ы х о л о с т о г о ХОДА и к о р о т к о г о

ЗАМЫКАНИЯ ТРАНСФОРМАТОРА

Параметры эквивалентной схемы замещения и эксплуатацион­ ные характеристики трансформатора могут быть определены или рассчитаны по данным опытов холостого хода и короткого замы­ кания.

Эксплуатационные характеристики трансформатора могут быть ■определены и непосредственно его испытанием. Если подключить к трансформатору какую-либо нагрузку и изменять ее, то по по­ казаниям приборов можно определить, как будет изменяться на­ пряжение на зажимах вторичной обмотки и КПД трансформато­ ра. Однако при испытании нагруженного трансформатора проис­ ходит очень большой расход электроэнергии (тем больший, чем больше мощность трансформатора) и для имитации активной, ин­ дуктивной и емкостной нагрузки необходимо очень громоздкое оборудование (реостаты, индуктивные катушки и конденсаторы). Кроме этого, непосредственное испытание трансформатора дает очень неточные результаты.

Для проведения опытов холостого хода и короткого замыка­ ния требуются сравнительно малые затраты энергии и отпадает надобность в громоздком нагрузочном оборудовании, т. е. в реоста­ тах, катушках индуктивности и конденсаторах. Кроме того, экс­ плуатационные характеристики определяются с высокой точно­ стью.

При проведении опыта холостого хода к первичной обмотке трансформатора подводится номинальное напряжение UiE, изме­ ряемое вольтметром Vi (рис. 1.16). Амперметр А в первичной це­

пи дает возможность определить ток холостого хода /о, величину которого принято измерять в процентах от номинального тока первичной обмотки (в %) /0= (Iol1т) ЮО.

Обычно трансформаторы малой мощности рассчитываются так, чтобы при номинальной нагрузке потери в стали были равны по­ терям в обмотках, что обеспечивает (как будет показано в § 1.9) максимальное значению КПД при номинальной нагрузке.

а в первичной обмотке относительно малы вследствие небольшого значения тока холостого хода /о, тогда как потери в стали при

холостом ходе остаются практически равными потерям в стали при номинальной нагрузке. Следовательно, потери в обмотках при

стью более 200 ВА ток холостого хода обычно составляет (0,1—0,3)/iH. У трансформаторов меньшей мощности он может до­ стигать значения (0,4—0,6)/ щ.

По данным опыта холостого хода определяются коэффициент трансформации п; сопротивления х0 и Го эквивалентной схемы

замещения и коэффициент мощности cosqp0.

Эти величины определяются по следующим формулам:

При опыте короткого замыкания вторичная обмотка транс­ форматора замкнута накоротко (рис. 1.17), а к первичной обмот­ ке подводится такое пониженное напряжение UK, при котором по

обмоткам протекают номинальные токи. Это напряжение называет­ ся напряжением короткого замыкания и измеряется оно в % от номинального, т. е. ии= (UK/Utn) 100 и составляет величину поряд­ ка uv%= 3,0— 10,0 % •

При столь малом напряжении магнитный поток будет незначи­ телен, следовательно, будет мал и намагничивающий ток, т. е. /о КЗ — 0.

Поэтому можно считать, что НС первичной обмотки транс­ форматора идет лишь на компенсацию НС вторичной обмотки. Таким образом, пренебрегая намагничивающим током, уравнение

магнитного равновесия можем записать как hwi + /2 ^ 2 = 0 , откуда

= —/'2.

видно, что полное сопротивление короткого замыкания трансфор­ матора

роткого замыкания t/к, ток в первичной обмотке, который устанав­

Полное, активное и индуктивное сопротивления короткого за­

если опыт короткого замыкания проводится при «холодном» (неработающем) трансформаторе, то активное и полное сопротив­ ления короткого замыкания следует привести к рабочей темпера­ туре, которая обычно принимается равной 75°С.

При испытании трехфазного трансформатора следует опреде­ лить фазные значения тока и напряжения, а также мощность Рк

на одну фазу и эти значения подставить в выражения для опреде­ ления полного активного и реактивного сопротивлений короткого замыкания трансформатора.

Напряжение короткого замыкания, его активная и реактивные составляющие определяются следующими выражениями (в %):

Фазовый сдвиг между напряжением и током при коротком за­

мыкании фь— arctg — = arctg — называется углом короткого за-

мыкания.

Величина «к% позволяет рассчитать ток короткого замыкания трансформатора в условиях эксплуатации. В этих условиях корот­ кое замыкание является аварийным режимом, который возникает в результате электрического пробоя изоляции, неправильных сое­ динений в цепи вторичной обмотки и т. п. Установившееся значе­ ние тока короткого замыкания в первичной обмотке /iK (рис. 1Л8) можно выразить через ток /щ, как 7iK= (100/nKj/in.