Третье - Распределение нагрузок в соответствии с номинальной мощностью

  Из условия , полученного из упрощенной схемы замещения трансформаторов, можно найти распределение нагрузок между параллельно включенными трансформаторами.

Известно, что токи в параллельных ветвях распределяются обратно пропорционально их сопротивлениям к.з.:

, т.е.

(пренебрегли токами х.х.)

уравнение можно привести к виду:

 

 

 

Умножим левую часть на U₂Cosφ₂, а правую на , преобразуем

 

 

Следовательно, для того, чтобы нагрузки распределились между параллельно включенными трансформаторами прямо пропорционально их номинальным мощностям, они должны иметь одинаковое напряжение короткого замыкания U_KI=U_KII

 

 

Если U_KI≠U_KII, то относительная нагрузка будет больше у того трансформатора, у которого Uк меньше.

 ГОСТами допускается различие между Uкз трансформаторов включенных параллельно на ± 10% от их среднего значения, т.к. не всегда есть возможность подобрать трансформаторы с одинаковыми Uкз.

Кроме соблюдения этих трех правил для включения любого количества трансформаторов на параллельную работу необходимо соблюдение порядка чередования фаз, которое должно быть одинаковым у всех трансформаторов.

Соблюдение всех перечисленных условий проверяется фазировкой трансформаторов.

 

Автотрансформатор

 

Автотрансформатором называют такой трансформатор, у которого обмотка низшего напряжения электрически (гальванически) связана с обмоткой высшего напряжения, т.е. у него обмотка низшего напряжения является частью обмотки ВН, причем она выполняется из проводников отличающихся по сечению от проводников другой части.

Принципиальная схема автотрансформатора:

 

Первичная обмотка АХ, к ней подведено напряжение U₁, вторичная – ах, причем Х и х зажимы объединены.

Части Аа и аХ можно рассматривать как обмотки двухобмоточного трансформатора имеющие между собой и магнитную и электрическую связь.

Т.к. в каждом витке обмотки индуцируется одинаковая ЭДС , то при холостом ходе напряжения на зажимах ах

 

 

где  - числа витков

К – коэффициент трансформации.

 

Автотрансформатор может служить как для повышения, так и для понижения напряжения. Они выполняются для небольших коэффициентов трансформации, не сильно отличающихся от единицы.

При этом, размеры и масса автотрансформатора при малых коэффициентах трансформации меньше, чем у двухобмоточного трансформатора такой же мощности.

 

За номинальную мощность автотрансформатора принимается мощность

 

S _н = U _1н I _1н = U _2н I _2н

 

Приложенное к обмотке А-Х напряжение U₁ уравновешивается в основном ЭДС Е_1.

 Электродвижущая сила Е₂=Е₁w₁/w₂ создает ток во вторичной цепи, при этом U₂≈Е₂. Следовательно, .

Пренебрегая током холостого хода, согласно закону полного тока можно написать

                                           I ₁ w ₁ + I ₂ w ₂ =0

                                            I ₂ = - I ₁  (1)

  Ток в общей части обмотки а-Х равен геометрической сумме первичного и вторичного токов:

 

                                              

Из векторной диаграммы видно, что токи I₂  и I₁ сдвинуты по фазе на 180⁰, поэтому, пренебрегая I₀ и учитывая (1), имеем

I _ax = I ₁ (1- ).

Части обмотки А-а и а-х магнитно уравновешены, т.е. их МДС равны и противоположно направлены, что следует из соотношений

I_axw ₂ = I ₁ (1 - ) w ₂ = - I ₁ (w ₁ – w ₂)

 

В автотрансформаторе различают проходную мощность Sпр, передаваемую из первичной цепи во вторичную и далее нагрузке S пр=Е₁ I ₁ = E ₂ I ₂

и расчетную (типовую), передаваемую во вторичную цепь электромагнитным полем. S расч=Е₂ I_ax, где I_ax – результирующий ток на участке ах обмотки, к которой подключена нагрузка.

Мощность Sрасч определяет габаритные размеры и массу трансформатора.

 

Следовательно, проходная мощность

 

, где

 - мощность, передаваемая во вторую цепь электромагнитным полем.

 - мощность, передаваемая в эту цепь вследствие электрической связи между первой и второй цепями.

Принимая , получаем,  следовательно, расчетная мощность автотрансформатора

 

 - коэффициент выгодности.

 

Мощность, передаваемая во вторичную цепь электрическим путем:

 

У автотрансформаторов, чем ближе w ₂ к w ₁, т.е. чем ближе Ктр к 1, тем экономичнее автотрансформаторы по сравнению с двухобмоточными трансформаторами.

Т.к. вес обмотки и стали сердечника автотрансформатора меньше, чем вес тех же материалов двухобмоточного трансформатора, то и потери в нем меньше, а КПД выше при той же мощности Sн.

 

 

Активные и индуктивные (обусловленные потоками рассеяния) сопротивления автотрансформатора также меньше, чем соответствующее сопротивление двухобмоточного трансформатора.

Поэтому ток короткого замыкания I кз у автотрансформатора, подключенного к сети со стороны обмотки ВН больше, чем у двухобмоточного трансформатора.

 

Конструктивно обмотки Аа и ах выпускают обычно в виде концентрических катушек. Такое исполнение предотвращает появление больших потоков рассеяния.

Области применения: в технике применяют автотрансформаторы одно- и трехфазные с К ≤ 2,5…3.

При повышении коэффициента выгодность от их применения уменьшается. Силовые автотрансформаторы служат для снижения напряжения при пуске мощных асинхронных и синхронных машин – электрических двигателей, автотрансформаторы большой мощности применяются для соединения высоковольтных сетей различного напряжения (110, 154, 220, 330, 500, 750 кВ).

Для этого трехфазные автотрансформаторы снабжают еще одной обмоткой, соединенной «∆», для подавления третьей гармоники в кривых магнитных потоках и, следовательно, в кривых фазных ЭДС.

 

Недостаток: то, что вторичная цепь электрически соединена с первичной. Т.е. обмотка НН должна иметь такую же изоляцию по отношению к земле, как и обмотка ВН.

 В целях обеспечения электробезопасности не допускается применение автотрансформаторов для питания цепей низкого напряжения от сети высокого напряжения. Это значит, что для автотрансформаторов большой мощности значение коэффициента трансформации выбирают 2-2,5.

Автотрансформаторы выполняют с устройством, позволяющим плавно регулировать их вторичное напряжение.