Двухобмоточные трансформаторы с расщепленной обмоткой

Расщепленная обмотка состоит из 2-х самостоятельных, электрически не связанных частей.

СХЕМА

Вторичные обмотки 2 и 3 низшего напряжения размещаются на разных стержнях. Первичная обмотка 1 имеет две параллельные ветви, которые размещаются также на разных стержнях. Магнитная связь между обмотками 2 и 3 получается очень слабой. Передача энергии между обмотками почти полностью исключается, поэтому этот трансформатор можно рассматривать как 2 отдельных трансформатора. При нагружении 1-ой обмотки НН на стороне ВН будет нагружена только та часть первичной обмотки, которая находится на первом стержне с нагруженной обмоткой НН. Такой трансформатор может передавать энергию и в обратном направлении. В этом случае он имеет две первичные и одну вторичную обмотки. Номинальные напряжения U₂ и U₃ может быть одинаковыми и различными.

Если напряжения различны, будут разными и потоки Ф₂≠Ф₃.

Поток, равный разности этих потоков будет замыкаться в крайних стержнях магнитопровода.

Если магнитопровод трансформатора стержневой, то раз-ть потоков будет замыкаться через бак трансформатора и другие конструктивные части трансформатора. Это приведет к значительным потерям от вихревых токов, поэтому для трансформаторов с расщепленной обмоткой предпочтителен бронестержневой магнитопровод.

Преимуществом расщепленного трансформатора по сравнению с обычным является, что он имеет большее сопротивление к.з., так как в обычном трансформатор вторичная обмотка состоит из 2-х параллельных ветвей, каждая из которых имеет такое же сопротивление как одна из расщепленных обмоток. Эта особенность позволяет трансформаторам с расщепленной обмоткой ограничивать ток к.з.

Автотрансформаторы

Автотрансформатором называется трансформатор, который кроме магнитной связи имеет электрическую связь между обмотками. Автотрансформатор имеет 2 обмотки. Обмотку 1 с числом витков W₁ и обмотку 2 с числом витков W₂. Обмотка 1 подключается к сети с низшим напряжением. Обмотка 2 подключается к обмотке 1. Таким образом, чтобы ee напряжение U₂ добавлялось в напряжение U и увеличивало его до напряжения U'.

СХЕМА

U' – напряжение сети ВН. В отличии от обычного трансформатора вторичная обмотка контактирует и с высшим напряжением, поэтому она должна быть рассчитана на наибольшее напряжение U и U_1. Изоляция этой обмотки должна выдерживать большое напряжение.

Коэффициент трансформации автотрансформатора:

Электромагнитные процессы в автотрансформаторе описываются с помощью уравнений напряжений и токов.

U₁= - E₁ + I₁Z₁

U₂=E₂ - I₂Z₂

I0=I₁ + I₂n₁₂

U'=U₁ + U₂

Мощность в автотрансформаторе из первичной сети во вторичную передается частично электрическим путем.

S =S_эм + S_эл

Размеры трансформатора определяются только той мощностью, которая передается электромагнитным путем. Поэтому автотрансформатор при равной передаваемой мощности получается значительно меньше по размерам и дешевле чем трансформатор. В тоже время удорожается изоляция вторичной обмотки, это удорожание окупается уменьшением размеров автотрансформаторов, если коэффициент трансформации его находится в пределах от 1 до 2-х.

Автотрансформаторы широко используются для питания бытовых электроприборов и устройств автоматического управления. Такие автотрансформаторы имеют мощность до 1000 ВА. Автотрансформаторы применяются также в высоковольтных сетях для связи между системами с близкими значениями напряжений. Например: 110 и 220 кВ или 220 и 500кВ, 330 и 750кВ. Мощность таких автотрансформаторов достигает сотен МВА.

Автотрансформаторы чаще применяются как однофазные 2-х и 3-х обмоточные трансформаторы, так и 3-х фазные 2-х и 3-х обмоточные трансформаторы. Они имеют следующие схемы и группы соединения обмоток.

СХЕМА

Однофазный 2-х обмоточный

Однофазный 3-х обмоточный

Трехфазный 2-х обмоточный

Буквами A_m, B_m, C_m обозначают выводы СН.

Недостатком автотрансформатора является очень большой ток к.з. При этом, чем ближе коэффициент трансформации к 1, тем больше токи к.з. При коэффициентах трансформации n>>1 автотрансформаторы могут быть опасны в отношении поражения электрическим током. При отсутствии заземления сети НН между проводами сети НН и землей появляется напряжение U'/2 за счет емкостных связей между проводами и землей. По этой причине применение автотрансформаторов при n>2 запрещено правилами техники безопасности.

Сварочные трансформаторы

Используются для электрической дуговой сварки. Один вывод вторичной обмотки трансформатора присоединяется к свариваемому изделию, 2-ой вывод к сварочному электроду. Между изделием и электродом возникает электрическая дуга, тепло которой расплавляет Me и позволяет выполнить «сварку плавлением». Сварочные трансформаторы понижают напряжение от 220 или 380В до 60-70В (это напряжение на х.х. трансформатора). В процессе сварки напряжение колеблется от максимального значения 60-70В до значений близких к 0. Сопротивление электрической дуги изменяется при перемещении руки сварщика. Если бы напряжение на зажимах вторичной обмотки трансформатора незначительно зависело от нагрузки, как в обычном трансформаторе, то возникали бы резкие колебания тока во вторичной цепи и регулировать тепловыделение было бы невозможно. Поэтому сварочный трансформатор должен быть устроен так, чтобы при резком уменьшении сопротивления дуги ток в цепи увеличивался незначительно, произведение I²R, определяющее количество теплоты, оставалось бы на требуемом уровне.

Для ограничения тока увеличивают сопротивление вторичной обмотки трансформатора. При этом увеличивают не активное сопротивление обмотки, а индуктивное сопротивление рассеяния, так как увеличение активного сопротивления привело бы к возрастанию потерь энергии и к перегреву трансформатора.

Для регулирования величины сварочного тока величина индуктивности должна быть регулируемой. Индуктивное сопротивление рассеяния можно увеличить несколькими способами:

1. Увеличивают поток рассеяния. Для этого вводят в магнитопровод шунтирующий магнитопроводящий стержень, через него замыкается часть основного магнитного потока. Изменяя величину магнитного зазора в шунтирующем стержне, можно изменять магнитный поток рассеяния.

2. В цепь вторичной обмотки включают специальный дроссель с регулируемым воздушным зазором.

СХЕМА

3. Изменяют расстояние между первичной и вторичной обмотками. Благодаря увеличенному внутреннему сопротивлению сварочный трансформатор имеет крутопадающую внешнюю характеристику.

СХЕМА

Сварочный трансформатор выдерживает к.з., которые возникают при прикосновении электрода к сварочному шву. Как показывает внешняя характеристика, ток к.з. ограничен (до 500А). Вторичная обмотка рассчитана на длительное протекание такого тока. Мощность сварочных трансформаторов для ручной сварки до 30кВА, для автоматической сварки 100кВА и более. Для контактной электросварки выпускаются трансформаторы до 100 кВА при напряжении до 30В.