Ема. Класифікація трансформаторів.

рактичне заняття №17

Автотрансформатори.Трифазні трансформатори

План

1. Класифікація трансформаторів
2. Автотрансформатори
3. Трифазні трансформатори

Сфера використання трансформаторів дуже широка. Конструк­цію трансформатора визначає його призначення. З огляду на це трансформатори підрозділяють на такі основні види.

1. Силові трансформатори — це основний вид, який застосову­ється в системах передачі і розподілу енергії, для установок з пе­ретворювачами струму, в колах управління електроприводами, в мережах місцевого освітлення. На рис. 9.12 показано багатосту­пінчасту систему перетворення електроенергії, що виробляється трифазним синхронним генератором G з лінійною напругою 20 кВ, за допомогою силових трансформаторів.

2. Силові спеціальні — пічні, зварювальні, які мають високі значення струмів вторинних обмоток.

3. Вимірювальні — для вмикання електричних вимірюваль­них приладів у мережі високої напруги або сильного струму (під­розділ 9.14).

4. Випробувальні — для отримання надвисоких напруг.

5. Радіотрансформатори — малопотужні трансформатори у пристроях радіо і провідного зв'язку, в системах автоматики і те­лемеханіки тощо.

6. Повітряні (без осердя) — при високих частотах: 100 кГц і вище.

Є також спеціальний тип трансформатора — автотрансформа­тор, в якому обмотка НН є частиною обмотки ВН (підрозділ 9.12).

Трансформатори одного призначення можуть відрізнятися:

а) за видом охолодження — з повітряним або олійним (масля­ним) охолодженням: у другому випадку застосовується спеціальна трансформаторна олія (масло - рос.), яка знаходиться в баці з трансформатором;

б)за числом фаз, що трансформу­ються, — однофазні, трифазні або бага­тофазні (див. підрозділ 9.13);

в)за формою магнітопроводу: стрижневі, броньові, броньострижневі, тороїдні;

г)за числом обмоток — двохобмот- кові (див. рис. 9.2) і багатообмоткові (одна первинна і дві або більше вторин­них обмоток на різні напруги);

д) за конструкцією обмоток вони можуть бути концентрич­ними або такими, що чергуються.

Як приклади, на рис. 9.13 зображені малопотужні однофазні трансформатори з а) стрижневою і б) з броньовою конструк­цією магнітопроводу. На рис. 9.14 наведені конструкції трифаз­них трансформаторів великої потужності (сотні МВА): а) з пові­тряним охолодженням - сухий (кожух не зображено); б) з олій­ним охолодженням. На рис. 9.13 і рис. 9.14 позначено: 1 - осердя; 2 - обмотки; 3 - панелі виводів обмоток і ізоляторів; 4 - бак для олії. _ч

Трансформатори мають умовне буквено-цифрове позначення: О — однофазний; Т — трифазний (для автотрансформаторів спо­чатку ставиться А); М — олійне (масляне) охолодження; Д — пові­тряне дуття; МЦ — примусова циркуляція олії (масла); С — пові­тряне охолодження; СД — повітряне з дуттям.

Після букв йдуть цифри дробом: номінальна потужність (кВА) / напруга обмотки ВН (кВ), потім — рік розробки, наприк­лад: ТМ-100/10-96.

На щитку трансформатора вказують його номінальні дані:

1. Напруги (лінійні) — вища і нижча. Стандартними є значення напруг: для трансформаторів електростанцій і підстанцій 1200, 787, 525, 347, 242, 165, 121, 38,5 кВ (1150, 750, 500, 330, 220, 150, 110, 35 кВ); на підстанціях підприємств 6,10, 35 кВ; у розподільних ме­режах (лінійна/фазна): 0,69/0,4; 0,4/0,23; 0,23/0,133 кВ (660/380; 380/220; 220/127 В).

2. Номінальна повна потужність (ВА або кВА).

3. Лінійні струми при номінальній потужності (А).

Вказуються також частота (Гц); число фаз; схема і група з'єд­нань обмоток (для трифазного); напруга короткого замикання; режим роботи — короткочасний або тривалий; спосіб охоло­дження.

Виводи обмоток вищої та нижчої напруг позначають: А - по­чаток, X — кінець; а — початок, х — кінець, у трифазних — АХ, В У, CZ, ах, bу, сz.

Схематично автотрансформатор зображено на рис. 9.15, і він відрізняється від звичайного трансформатора тим, що обмотка НН з кількістю витків ω₂ є частиною обмотки ВН з кількістю ви­тків ω₁ .Таким чином, обмотки мають електричний зв'язок.

Співвідношення напруг, як і в підрозділі 9.3, підпорядковуєть­ся коефіцієнту трансформації (9.10).

Подібно рівнянню МДС (9.15), тут можна записати І₁₀ω₁ = = І₁(ω₁ - ω₂) + І₁₂ω₂ якщо знехтувати малою величиною струму

НХ /₁₀, то для діючого значення струму на ділянці з кількістю витків ω₂ можна

приблизно отримати

Якщо це порівнять з виразом (9.17) для струмів звичайного трансформатора,то можна зробити висновок,що тепер струм у вторинній частині обмотки трансформатора суттєво менший,ніж струм I₂ у навантажені

У результаті використання автотрансформатора дозволяе зменшити електричні втрати потужності і ви­трату провідника обмотки (замість двох на ділянці з ю₂ тепер одиночний провідник).

Автотрансформатор можна вми­кати як за схемою зниження на­пруги (рис. 9.16, а), так і за схемою її підвищення (рис. 9.16, б), струми, природно, мають зворотне співвід­ношення (9.17). Стрілка на одному із виводів відповідає рухомому кон­такту, чим забезпечується можливість регулювання вторинної напруги.

Поряд із перевагами, автотрансформатори мають і недолік. Так, при обриві спільної ділянки обмоток (рис. 9.15) більш висока напруга U₁ безпосередньо попадає на навантаження Z_Н, яке на цю напругу, як правило, не розраховане. Результатом може бути по­шкодження цього навантаження і небезпека для обслуговуючого персоналу.

Оскільки виробництво і передача електроенергії на великі від­стані (див. рис. 9.12), а також її використання у трифазних асинх­ронних і синхронних двигунах, в установках з трифазними ви­прямлячами і в інших випадках здійсню­ються у вигляді трифазної системи змінного струму, то для

такої системи необхідно мати трифазні трансформатори.

Трансформування енергії трифазної системи струмів можна здійснювати трьома однофазними трансформаторами або спеціаль­ним трифазним трансформатором, який виходить дешевше і мен­ших габаритів. Конструкція трифазного трансформатора наведена на рис. 9.17 і рис. 9.18, де на кожний зі стрижнів А, В і С осердя на­дівають обмотки ВН і НН, що належать до однієї відповідної фази.

Як первинні, так і вторинні обмотки можуть з'єднуватися в «три­кутник» і «зірку», як показано на рис. 9.19: а) схема «зірка»—«зірка» У /У; б) схема «зірка»-«трикутник» У / ∆. У «зірці» може бути виведена і нейтральна точка, і тоді отримаємо, наприклад, варіантУ /¥.

Залежно від схеми з'єднання лінійні на­пруги на вихідних затискачах вторинної об­мотки можуть збігатися за фазою з одноймен­ними лінійними напругами первинної обмот­ки (як на рис. 9.19, в для схеми на рис. 9.19, а) або бути зсунутими за фазою на 30° (як на рис. 9.19, г для схеми на рис. 9.19, б).

Відповідне взаємне положення векторів лінійних напруг пока­зано на рис. 9.20. З огляду на це введено поняття групи з'єднань. Використовуючи аналогію зі стрілками годинників, варіант на рис. 9.20, а і, відповідно, схему на рис. 9.19, а віднесли до нульової групи (схоже на 0 годин), варіант на рис. 9.20, б і схему на рис. 9.19,6 віднесли до одинадцятої групи (11 годин). Можливі й інші варіанти.