Схема замещения трансформатора и ее параметры

ГЛАВА ТРИНАДЦАТАЯ 13.1. Схема замещения трансформатора и ее параметры Первичные и вторичные токи, напряжения и другие величины имеют одинаковый порядок, если у первичной и вторичной обмоток число витков одинаково. Рассмотрим поэтому вместо реального трансформатора эквивалентный ему т.н. приведенный трансформатор, первичные и вторичные обмотки которого имеют одинаковое число витков. Заменим реальную вторичную обмотку трансформатора с числом витков w2 воображаемой с числом витков, или приведенной, обмоткой с числом витков w2/ = w1. При этом число витков вторичной обмотки изменится в k = w2//w2 = w1/w2 Величина k называется коэффициентом приведения или трансформации. В результате замены или приведения, ЭДС и напряжение приведенной обмотки E2/ = kE2; U2/ = kU2 Чтобы мощность приведенной и реальной обмоток при всех режимах работы были равны, необходимо соблюдать равенство U2/I2/ = U2I2. Отсюда с учетом последних равенств I2 / = I 2 / k Сопротивления вторичной обмотки трансформатора r2/ = k2r2 ; x2/ = k2x2. Схема замещения двухобмоточного трансформатора приведена на рис.13.1. Уравнения равновесия трансформатора: U 1 r 1 I 1  j I 1 x1  j x12  I 1  I2   U2 r2 I2  j x12  I 1  I2  13.2 Коэффициент полезного действия трансформатора Потери активной мощности в трансформаторе подразделяются на электрические потери в обмотках и магнитные потери в магнитопроводе. Значения потерь определяется расчетным путем при проектировании трансформатора или опытным путем в готовом трансформаторе. Коэффициент полезного действия трансформатора вычисляется в предположении, что полезная мощность трансформатора выражается соотношением P2 m U 2н k нг I 2н cos  2 k нг S н cos  2 где k нг  коэффициент нагрузки трансформатора P2  КПД трансформатора P1 имеет максимальное значение при такой нагрузке, при которой переменные потери равны постоянным. 13.3 Параллельная работа трансформаторов Параллельная работа трансформаторов (рис.13.2) необходима для: - обеспечения резервирования в энергоснабжении потребителей в случае аварии и необходимости ремонта трансформаторов; - уменьшения потерь энергии в периоды малых нагрузок путем отключения части параллельно работающих трансформаторов. Для достижения наилучших условий параллельной работы трансформаторов необходимо, чтобы общая нагрузка подстанции распределялась между параллельно работающими трансформаторами пропорционально их номинальным мощностям. Такое распределение нагрузки достигается при условиях, когда параллельно работающие трансформаторы имеют: - одинаковые группы соединений обмоток - равные первичные и вторичные номинальные напряжения (равные коэффициенты трансформации) - равные напряжения короткого замыкания. Если первые два условия соблюдены, то вторичные напряжения соответствующих фаз параллельно включенных трансформаторов на х.х., когда вторичные обмотки разомкнуты, будут равны по значению и по фазе. Поэтому при включении вторичных обмоток на общие шины в этих обмотках при отсутствии нагрузки не возникнет никаких токов. В противных случаях уже на х.х. возникают уравнительные токи, которые будут циркулировать по замкнутым контурам, образуемым вторичными обмотками параллельно включенных трансформаторов и трансформироваться также в первичные обмотки. На рис.13.2а такие токи показаны штриховыми стрелками. Уравнительные токи, если даже и не очень велики и поэтому не приводят к аварии, складываясь при подключении потребителей с токами нагрузки, вызывают неравномерную нагрузку, а также излишние потери и нагрев трансформаторов. Соблюдение третьего условия обеспечивает равномерное распределение нагрузки между трансформаторами. Если же это условие не выполняется, то при повышении нагрузки номинальной мощности прежде всего достигнет трансформатор с наименьшим значением напряжения к.з. Другие трансформаторы при этом будут еще недогружены, и в то же время дальнейшее увеличение общей нагрузки недопустимо, т.к первый трансформатор будет перегружаться. Установленная мощность трансформаторов останется, таким образом, недоиспользованной. ГЛАВА ЧЕТЫРНАДЦАТАЯ РАЗНОВИДНОСТИ ТРАНСФОРМАТОРОВ 14.1 Трехобмоточные трансформаторы Это трансформаторы у которых имеется одна первичная и две вторичные обмотки (рис.14.1). Такие трансформаторы используются на электрических станциях и подстанциях для питания распределительных сетей с различными номинальным напряжениями и позволяют достичь экономии в капитальных затратах за счет установки меньшего числа трансформаторов. 14.1 Автотрансформаторы В обычных трансформаторах первичные и вторичные обмотки имеют между собой только магнитную связь. В ряде случаев вместо таких трансформаторов экономически целесообразно применять трансформаторы, в которых первичные и вторичные обмотки имеют также электрическую связь. Такие трансформаторы называются автотрансформаторами. В автотрансформаторе (рис.14.2) первичная обмотка w1 включается в сеть параллельно, а вторичная w2 – последовательно. Устройство обмоток и их расположение на стержнях такие же, как и в обычном трансформаторе, однако ввиду электрической связи обмоток изоляция каждой из них относительно корпуса должна быть рассчитана на напряжение сети высшего напряжения. На рис.14.2б показаны две возможные схемы соединения обмоток трансформатора, причем каждая схема представлена в двух различных изображениях. На рис.14.2а первичная обмотка включается в сеть НН, а на рис.14.2б – в сеть ВН. В обоих случаях напряжение вторичной обмотки складывается с напряжением НН. Автотрансформатор служит как для повышения, так и для понижения напряжения. 14.2. Сварочные трансформаторы Для электрической дуговой сварки применяются трансформаторы с вторичным напряжением, обеспечивающим надежное зажигание и устойчивое горение дуги. Для ручной сварки используются трансформаторы с напряжением на х.х. 60-75 В при номинальной нагрузке 30 В. Для ограничения сварочного тока при к.з. и устойчивого горения дуги трансформатор должен иметь круто падающую внешнюю характеристику U2 = f(I2), а сварочная цепь – значительную индуктивность. Для регулирования сварочного тока значение этой индуктивности должно быть регулируемым. Широко используются сварочные трансформаторы с дополнительной регулируемой реактивной катушкой (рис.14.3). При уменьшении с помощью соответствующего механизма зазора  в магнитной цепи катушки ее индуктивность возрастает.