В этой схеме фазное напряжение в  раз больше напряжений полуфаз.
5. Параллельная работа трансформаторов
Рассмотрим на примере работы однофазных трансформаторов.
Рисунок 5.1
5.1 Условия параллельной работы
Необходимо обеспечить равенство первичных и вторичных напряжений, как следствие – равенство коэффициентов трансформации – КТр1=Ктр2±0,5%.
Трансформаторы должны иметь равные напряжения короткого замыкания UкТр1%=U ктр2|% ±10%. Это означает, что различие номинальных мощностей параллельно работающих трансформаторов не должно превышать предела соотношения 3:1.
Трансформаторы должны иметь одну и ту же группу соединения обмоток.
5.2 Порядок включения трансформаторов на параллельную работу
Включить первичные обмотки обоих трансформаторов в сеть (S1 и S2).
При равенстве напряжений V1=V2 включить S3.
Включить S4 и при V3=0 включить S5.
Подключить нагрузку (S6).
5.3 Параллельная работа трансформаторов при несоблюдении условий параллельной работы
5.3.1 Параллельная работа при разных коэффициентах трансформации КТр1≠КТр2 ( )
Рисунок 5.2
В этом случае в трансформаторах протекают уравнительные токи (смотри рисунок 5.1), которые могут перегружать их.
5.3.2 Параллельная работа трансформаторов при неравенстве напряжений короткого замыкания ( )
Схема замещения при параллельной работе трансформаторов может быть представлена в виде (рисунок 5.3).
Рисунок 5.3
По схеме
, (5.1)
где β – относительные значения токов,  - отношение напряжений короткого замыкания трансформаторов.
Внешние характеристика параллельно работающих трансформаторов имеют вид.
Рисунок 5.4
Вывод: трансформатор Тр1 - недогружен, Тр2 - перегружен за счет уравнительных токов.
5.3.3 Параллельная работа трансформаторов, принадлежащих к разным группам соединения обмоток
В этом случае параллельная работа трансформаторов невозможна. Если параллельно работающие трансформаторы имеют группы 0 и 6, то
Рисунок 5.5
Даже при группах соединения обмоток 0, 11 уравнительный ток превышает номинальный в несколько раз.
Рисунок 5.6
 ;  , (5.2)
Т.е. здесь уравнительный ток может достигать пятикратного значения от номинального тока.
Лекция №4
6. Специальные трансформаторы
К специальным трансформаторам можно отнести:
Автотрансформаторы;
Многообмоточные трансформаторы;
Трансформаторы напряжения и тока;
Трансформаторы – делители частоты и фазопреобразователи;
Сварочные трансформаторы;
Импульсные и частотные трансформаторы и другие.
6.1 Автотрансформаторы (АТР)
Автотрансформатором называется такой трансформатор, у которого обмотка низшего напряжения является частью обмотки высшего напряжения. На рисунке 6.1 показан понижающий трансформатор. Как и у однофазного двухобмоточного трансформатора (ОТ):
 =
 (без учёта потерь) , (6.1)
Рисунок 6.1
Преимущество АТР по сравнению с соответствующей мощности однофазным трансформатором.
Размеры и масса АТР при малых коэффициентах трансформации меньше, чем у аналогичного по мощности однофазного двухобмоточного трансформатора. В двухобмоточном трансформаторе расчётная мощность обоих обмоток
 , (6.2)
В АТР расчётную мощность можно представить в виде суммы мощностей обмоток на участках Аа и ax, т.е.:
 , (6.3)
 , (6.4)
На участке ax через обмотку проходит ток, равный векторной сумме токов.
Следовательно, расчётная мощность обмотки на участке:
 , (6.6)
Расчётная мощность всех участков обмоток АТР:
 , (6.7)
Таким образом, расчётная мощность АТР меньше, чем мощность обмоток двухобмоточного трансформатора при той же самой проходной мощности S = I1E1 ≈ I2 E2, передаваемой из первичной цепи во вторичную.
-
Потери в обмотках АТР меньше, чем в соответствующей мощности двухобмоточного трансформатора.
В АТР электрические потери определяются суммой потерь на участках Аа и ax.
∆Pэл. АТР = ∆PAa + ∆Pax, (6.8)
или
∆Pэл. АТР = I2AarAa + I2axrax = I21rAa + I212rax, (6.9)
rAa r1 r1 r1 , (6.10)
где r1 – сопротивления обмотки Ax АТР, равное сопротивлению первичной обмотки двухобмоточного трансформатора соответствующей мощности.
На участке ax АТР проходит ток:
 , (6.11)
Таким образом из (6.10) и (6.11) потери в АТР определяются:
∆PАТР=I12r1(1- )+ I22r12(1-)2=[( I12r1+ I22r2) (1-)](1-), (6.12)
Формула (6.12) показывает, что потери мощности в АТР меньше, чем в двухобмоточном трансформаторе на (1- ) и незначительны при К→1.
Недостатки АТР.
Малое сопротивление к.з., а следовательно большие токи к.з.
Возможен переход первичного высокого напряжения в цепь обмотки низкого напряжения.
Рисунок 6.2
Многообмоточные трансформаторы
В силовых передачах электроэнергии довольно широко применяются трёхобмоточные трансформаторы, в радиотехники и автоматике – многообмоточные.
Рассмотрим работу многообмоточных трансформаторов на примере трёхобмоточных (рисунок 6.3).
Коэффициенты трансформации:   .
Рисунок 6.3
Установившиеся процессы в обмотках описываются следующими основными уравнениями.
Схема замещения с приведенными параметрами основных уравнений трансформатора имеет вид (рисунок 6.4):
Рисунок 6.4
Векторная диаграмма показана на рисунке 6.5:
Рисунок 6.5
Параметры схемы замещения и векторной диаграммы можно определить расчётным или опытным путём. Параметры контура намагничивания определяют опытом холостого хода как и у обычного трансформатора. Параметры Z1, Z’2, Z’3определяют тремя опытами короткого замыкания (рисунок 6.6).
Рисунок 6.6
Решая, три уравнения получаем:
Z1 = ZK12 - 
Z2’ = ; Z3’ =  , (6.14)
где a = 
Согласно ГОСТ силовые трёхобмоточные трансформаторы выполняются на одну номинальную мощность для всех трёх обмоток.
Схемы и группы соединений силовых трёхфазных трёхобмоточных трансформаторов ограничена в соответствии с ГОСТ только двумя вариантами.
-
Трансформаторы для преобразования числа фаз
Схема преобразования трёхфазного напряжения в двухфазное (схема Скотта).
Рисунок 6.7
Необходимо при этом согласовать коэффициенты трансформации Тр1 и Тр2 так чтобы U2Тр1= U2Тр2. Для этого KТр1= KТр2.
Схема преобразования трёхфазного напряжения в шестифазное (рисунок 6.8)
Рисунок 6.8
Трансформаторы для преобразования частоты
Рассмотрим схему удвоителя частоты на примере использования двух однофазных трёхобмоточных трансформаторов (рисунок 6.9).
Рисунок 6.9
i11=i12
При Iу=0 диаграмма напряжений имеет вид.
Рисунок 6.10
При Iу=пост диаграмма имеет вид.
Рисунок 6.11
Рисунок 6.11
6.5 Сварочные трансформаторы
Эти трансформаторы представляют собой понижающие сухие однофазные трансформаторы с вторичным напряжением при холостом ходе 60-75 В. Такие напряжения необходимы для надежного зажигания дуги. При номинальной нагрузке вторичное напряжение уменьшается до 30 В. При работе сварочного трансформатора короткое замыкание является его нормальным эксплуатационным режимом. Поэтому для ограничения тока короткого замыкания и устойчивого горения дуги такой трансформатор должен иметь мягкую внешнюю характеристику, а цепь сварочного трансформатора должна обладать значительной индуктивностью (рисунок 6.12).
Рисунок 6.12
6.6 Измерительные трансформаторы
Измерительные трансформаторы подразделяются в основном на два типа: трансформаторы напряжения и трансформаторы тока. Применяются при измерении больших напряжений и токов с помощью электроизмерительных приборов, рассчитанных на меньшие напряжения и токи.
Трансформаторы напряжения, как правило, двухобмоточные понижающие, отличаются классом точности 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1; 3. Классы точности определяются погрешностями:
а) относительной погрешностью:
γ=[(U2k-U1)/U1]100%,
б) угловой погрешностью – это угол между векторами U1 и U2.
Чтобы уменьшить эти погрешности, трансформаторы напряжения выполняют из высококачественных сталей с наибольшей магнитной проницаемостью (μ), наименьшей петлей гистерезиса и малыми активными сопротивлениями обмоток. Рассчитывают их для работы на линейных участках кривых намагничивания. Материалы – холоднокатаная электротехническая сталь и пермолой. Схема включения показана на рисунке 6.13.
Рисунок 6.13
Трансформаторы тока, как правило, двухобмоточнае повышающие. Включаются по схеме, показанной на рисунке 6.14.
Рисунок 6.14
Поскольку сопротивление амперметра мало, то трансформатор тока работает, по сути, в режиме короткого замыкания, при котором токи I1 и I2 >>I0 и при отключении, например, амперметра от вторичной обмотки возникают большие перенапряжения  , которые могут пробить изоляцию обмоток трансформатора и даже чувствительно поразить оператора. Поэтому перед отключением амперметра вторичную обмотку трансформатора следует закоротить, к тому же она должна быть обязательно заземлена.
Виды погрешностей и классы точности, применяемые материалы у трансформаторов тока аналогичные, как и у трансформаторов напряжения.
6.7 Высокочастотные и импульсные трансформаторы
Такие трансформаторы должны передавать на вторичные обмотки напряжения высокой частоты (от 5-10 до 20-30 кГц и выше) без потери амплитуды, фазы и формы сигнала (напряжения) (рисунок 6.15).
Рисунок 6.15
Для высокочастотных (ВЧ) и импульсных (И) трансформаторов применяют магнитные материалы, которые должны иметь узкую петлю гистерезиса, большую индукцию насыщения, малые потери на вихревые токи и перемагничивание, его магнитные свойства не должны зависеть от температуры, давления и времени. К таким материалам, которые используются для ВЧ и И трансформаторов относятся ферриты, альсиферы, пресспермы – это магнито-диэлектрики на основе пермаллоя.
Высокочастотные трансформаторы обычно работают на линейном участке кривой намагничивания до насыщения.
Импульсные трансформаторы работают на двух участках кривой намагничивания: линейном и насыщенном (рисунок 6.16).
Рисунок 6.16
На линейном участке кривой намагничивания происходит трансформация напряжения (импульса) из первичной обмотки во вторичную обмотку, в связи с тем, что при этом происходит изменение магнитного потока в сердечнике трансформатора. После насыщения железа сердечника, изменения магнитного потока не происходит, ЭДС самоиндукции близко к нулю и всё напряжение U1 падает на резисторе R, при этом U20.
Лекция №5
7. Несимметричные режимы работы трёхфазных трансформаторов
В эксплуатации отдельные фазы трансформатора могут быть нагружены несимметрично из – за неравномерного распределения по фазам осветительной и другой однофазной нагрузки. Иногда имеют место и несимметричные режимы, вызванные авариями – одно или двухфазными короткими замыканиями в электрических сетях, питающихся от трансформаторов и обрывами фаз нагрузки трансформаторов.
Основным методом анализа несимметричных режимов работы электрических машин и трансформаторов является метод симметричных составляющих.
7.1 Метод симметричных составляющих при анализе несимметричных режимов работы трансформаторов
Любую несимметричную трёхфазную систему напряжений и токов можно, в общем случае, разложить на три симметричные: с прямой, обратной и нулевой последовательностью.
Рисунок 7.1
 (7.1)
Введём понятие о единичном векторе поворота – а, то есть множителя, показывающего, что данный вектор нужно повернуть относительно исходного на угол  против часовой стрелки. = е j2/3, 2 = е j4/3.
Свойство единичных векторов:
3 = 1; 2 + + 1 = 0
С применением единичных векторов равенство (7.1) запишутся в виде:
1 2
  , где  (7.2)
Суммируя почленно равенство 7.2 получим:
 (7.3)
Далее, перемножив почленно равенство 7.2 на значение единичных векторов в столбцах 1, 2; затем сложив их почленно, получим:
1)  (7.4)
___________________
2)  (7.5)
____________________
Таким образом по измеренным фазным токам IA, IB, IC определяют токи прямой, обратной и нулевой последовательности.
Аналогично можно вычислить симметричные составляющие напряжений для несимметричной системы Ua, Ub, Uc.
7.2 Использование метода симметричных составляющих при анализе несимметричных режимов работы трансформатора
Примем следующие допущения:
Сеть, питающая трансформатор имеет бесконечную мощность.
Поэтому система первичных линейных напряжений UAB, UBC, UCA – всегда симметричны и не зависят от режима работы трансформатора.
Вторичная обмотка трансформатора приведена к первичной:
4. Ток холостого хода трансформатора Io = 0.
Рассмотрим вначале схемы замещения трансформаторов для токов прямой и обратной последовательности.
Токи нулевой последовательности, как совпадающие по фазе, отсутствуют, если трансформатор соединён по схеме
Положим, что в обмотках трансформатора соединённых по указанной схеме имеют место только токи прямой последовательности.
Рисунок 7.2
В соответствии с рисунком 7.2
  (7.6)
Поэтому здесь очевидно, что при анализе рассматриваемой схемы соединения обмоток можно использовать известную схему замещения для одной фазы трансформатора. Далее поменяем фазы трансформатора (рисунок 7.3)
Рисунок 7.3
Здесь имеют место токи обратной последовательности. В трансформаторе ничего не изменилось, только поменялся порядок чередования фаз.
Следовательно, и для такого соединения обмоток трансформатора можно применять обычную схему замещения для одной фазы.
Таким образом, для анализа токов и напряжений прямой и обратной последовательностей в трансформаторе можно использовать следующую схему замещения:
Рисунок 7.4а – Полная схема
|
Скачать 13.56 Mb.
