Потребляемая трансформатором
Потребляемая реактивная мощность определяется уровнем напряжения у потребителя и характеризуется так называемой статической характеристикой нагрузки, выражающей зависимость реактивной мощности от изменения напряжения. В свою очередь генерируемая реактивная мощность для источника соизмеримой мощности с нагрузкой характеризуется статической характеристикой генерации. Совместные точки обоеих этих характеристик и определяют устойчивый режим работы системы. ,На 11-1 приведены кривые, выражающие зависимость потребляемой и генерируемой реактивной 306
Приведенное соотношение показывает, что чем больше магнитное сопротивление пути магнитного потока R тем больше потребляемая реактивная мощность. Нали-422
Пример 3.5. Нагрузка участка цеха присоединяется к шинопроводу и равномерно распределена по его длине /= 100 м. Длина магистральной части шинопровода (до начала ответвлений) /„=130 м. Суммарная потребляемая реактивная
3. На 7.26 изображена симметричная четырех-проводная трехфазная цепь. Полная мощность, потребляемая цепью, 5=10 кВт. Потребляемая реактивная мощность Q = 6 кВ-А. Определить коэффициент мощности.
3. На 7.26 изображена симметричная четырех-проводная трехфазная цепь. Полная мощность, потребляемая цепью, 5=10 кВт. Потребляемая реактивная мощность Q==6 кВ-А. Определить коэффициент мощности.
Увеличивая значение «к, можно уменьшить токи КЗ на вторичной стороне трансформатора, но при этом значительно увеличивается потребляемая реактивная мощность и увеличивается стоимость трансформаторов. Если трансформатор 110 кВ, 25 MB-А выполнить с «к = 20% вместо 10%, то расчетные затраты на него возрастут на 15,7%, а потребляемая реактивная мощность возрастет вдвое (с 2,5 до 5,0 Мвар).
Для того чтобы при такой замене потребляемая реактивная мощность не изменилась, действующее значение эквивалентного синусоидального тока IQr должно быть равно действующему значению несинусоидального тока холостого хода г„, т. е.
где Эр, ЛЭР — потребляемая реактивная энергия за время Т и ДГ (при ДГ= Г/т); остальные обозначения те же, что и при выводе (2.23) и (2.27).
Если работа генератора в режиме недовозбуждения (потребления реактивной мощности) допустима, то необходимо, чтобы ток возбуждения был больше /„,„,,-„. Кроме того, необходим быстродействующий автоматический регулятор возбуждения (АРВ) для устойчивой работы генератора в этом режиме (потребляемая реактивная мощность не должна превышать Qmax)- В табл. 15.8 приведены допустимые нагрузки турбогенераторов в режимах недовозбуждения. Таблица 15.8. Допустимые нагрузки турбогенераторов в режимах недовозбуждения
Допустимая потребляемая реактивная
Пример 3.5. Нагрузка участка цеха присоединяется к шинопроводу длиной 230 м и равномерно распределена на его участке длиной L= 100 м, длина магистральной части шинопровода (до начала ответвлений) Lo=130m ( 3.14), суммарная потребляемая реактивная мощность 2 = 500 квар. мощность установленной БК Qc = 400 квар. Определить расстояние от ТП до места установки БК из условия минимума потерь в шинопроводе.
Пример 8.1. Как изменятся амплитуда магнитной индукции, ток холостого хода, напряжение на вторичной обмотке, токи во вторичной и первичной обмотках трансформатора, а также мощность, потребляемая трансформатором, и потери мощности в магнитопроводе трансформатора, если уменьшить число витков первичной обмотки на 5—10% (выключатель В переключить из положения а в положение б, 8.11)?
6. Ток в первичной обмотке /, и мощность, потребляемая трансформатором Р, увеличится что следует из закона сохранения энергии,
Потребляемая* трансформатором мощность холостого хода Р0 обусловлена активной составляющей «yta холостого хода Тол_ и .
*лдность, потребляемая трансформатором при коротком замыкании, равна потерям короткого замыкания Рк , которые равны потерям в меди трансформатора /J*j , состоящим ив потерь Рн± в меди первичной обмотки и потерь в меди вторичной
где Р2 — мощность вторичной цепи, отдаваемая нагрузке трансформатора; PI — мощность, потребляемая трансформатором из сети. Так как Р! ж Р2, более точное значение к. п. д. трансформатора получают, учитывая мощность потерь трансформатора Р^\
Зависимость г\ (Р) трансформатора представлена на 8.8. К. п. д достигает максимального значения при р = /Р1х/Рк. Реактивная мощность, потребляемая трансформатором,
Мощность, потребляемая трансформатором при холостом ходе, расходуется на потери в стали (Рх ж Рст).
Мощность, потребляемая трансформатором в опыте короткого замыкания, расходуется в обмотках трансформатора (Рк « Рм).
718. Нагрузка с активным сопротивлением 1 Ом и индуктивным 2 Ом питается от вторичной обмотки трансформатора. Чему равна активная мощность, потребляемая трансформатором от сети, если его кпд 93%, а напряжение на вторичной обмотке 36 В?
Активная мощность, потребляемая трансформатором в режиме холостого хода РО, затрачивается на потери мощности в магнитопроводе и электрические потери мощности в первичной обмотке: Ро = Рм + Рз\.
Так как активное сопротивление первичной обмотки /?i, так же как и ток холостого хода /0 трансформатора, обычно незначительно, электрические потери в этой обмотке оказываются небольшими и ими можно пренебречь. В результате этого можно принять, что мощность, потребляемая трансформатором в опыте холостого хода и измеряемая ваттметром, расходуется на потери в магнитопроводе, обусловленные гистерезисом и вихревыми токами: Ро = РН- При нагрузке трансформатора ко вторичной его обмотке подключается потребитель электрической энергии.
От чего зависит ток потребляемый трансформатором из сети
1.7. Трансформаторы и электрические сети.
Трансформатор имеет замкнутый магнитопровод (рис. 4,г, д) из материала с высокой относительной проницаемостью (трансформаторной стали, феррита) и содержит несколько обмоток. Магнитопроводы бывают кольцевые — для тороидальных трансформаторов — или набранные из пластин Ш-образной формы. Применяются также, например, в трансформаторах питания телевизоров, магнитопроводы из двух U-образных половинок с пришлифованными торцами. Они называются ленточными разрезными (серии ПЛ), поскольку наматываются из тонкой ферромагнитной ленты, смазанной клеем или лаком, а после высушивания разрезаются на две половинки, которые затем вставляются в катушку трансформатора и туго сжимаются.
На принципиальных схемах трансформаторы обозначают так, как показано на рис. 7. Первичная обмотка (I) присоединяется к источнику переменного тока (на постоянном токе трансформатор не работает!), обычно к электрической сети, и поэтому часто называется сетевой обмоткой. Для разбора принципа действия трансформатора предположим вначале, что к вторичным обмоткам (II, III) ничего не присоединено — это будет режим холостого хода.
Рис. 7
Через первичную обмотку потечет реактивный ток, намагничивающий сердечник трансформатора и равный напряжению сети, деленному на индуктивное сопротивление первичной обмотки. У правильно спроектированного трансформатора он не должен быть слишком большим, чтобы не вызывать бесполезный нагрев проводов, поэтому первичная обмотка должна иметь достаточное число витков. Очень часто из мнимой экономии берут малое количество витков, и тогда трансформатор гудит, греется и создает большие внешние поля рассеяния, т.е. электромагнитные помехи.
Реактивный ток холостого хода не вызывает потребления мощности из сети, другими словами, электрический счетчик от включенного на холостом ходу трансформатора крутиться не должен. Переменный магнитный поток сердечника по закону электромагнитной индукции создает на выводах всех обмоток переменное напряжение, пропорциональное их числу витков. На первичной обмотке это напряжение равно напряжению сети, а на вторичных обмотках может быть любым, в зависимости от числа витков. Соответственно и вторичные обмотки, а иногда и сам трансформатор, называют повышающими или понижающими. Универсальным показателем для всех обмоток служит число витков на один вольт напряжения.
Подключим теперь к вторичной обмотке (II) какую-либо нагрузку, например лампочку накаливания. Потечет активный ток, и лампочка загорится. Но магнитный поток в сердечнике существенно измениться не может, поскольку он определяется напряжением на первичной обмотке и числом ее витков. Значит, по первичной обмотке тоже потечет ток, компенсирующий магнитное поле тока вторичной обмотки. Этот ток потребляется из сети, и если отношение напряжений на вторичной и первичной обмотках равно коэффициенту трансформации n, то отношение токов составляет 1/n. Активная мощность в первичной и вторичной обмотках одинакова за вычетом небольших потерь в самом трансформаторе.
Поясним сказанное примером. Допустим, первичная обмотка имеет 2200 витков и подключена к сети напряжением 220 В, а вторичная — 125 витков. Значит, трансформатор намотан из расчета 10 витков на вольт, и напряжение на вторичной обмотке будет 12,5 В, т.е. трансформатор понижающий. Коэффициент трансформации составит n = 12,5/220 = 125/2200 = 0,056. Если лампа, подключенная к вторичной обмотке, потребляет 1 А, то в цепи первичной обмотки потечет ток только 0,056 А, или 56 мА. Мощность, потребляемая от сети, равна мощности лампы, т.е. 12,5 Вт. Таким образом, с помощью трансформатора можно понизить напряжение, увеличив ток нагрузки, либо, напротив, повысить напряжение, уменьшив ток.
Это свойство трансформатора широко используется при построении электрических сетей. Когда надо передать электроэнергию на большие расстояния, неизбежны потери в проводах, вызванные их активным сопротивлением R. Мощность потерь равна I2R, поэтому выгодно передавать одну и ту же мощность при высоком напряжении и малом токе, что и делают, строя повышающие и понижающие трансформаторные подстанции и высоковольтные линии электропередач.
Даже маленькая деревенька или один многоквартирный дом могут потреблять мощность 220 кВт. При напряжении сети 220 В ток составит 1000 А. Для передачи такого тока нужны кабели большого поперечного сечения. Перейдя на напряжение 22 кВ, мы получим ток всего 10 А, который можно передать по стандартному проводу диаметром 3 мм.
Почему при увеличении тока нагрузки увеличивается ток, потребляемый трансформатором из сети? — вопрос №5100111
При подключении нагрузки к трансформатору, ток во вторичной обмотке трансформатора увеличивается, так как обмотка нагрузки является нагрузочным сопротивлением для трансформатора. Сопротивление нагрузки определяет, какой ток будет потребляться из трансформатора для поддержания требуемого тока в нагрузке. С увеличением тока в нагрузке, сопротивление нагрузки снижается, что приводит к увеличению тока во вторичной обмотке трансформатора. Таким образом, чем больше ток потребляет нагрузка, тем больше ток будет потребляться из трансформатора из сети.
апрель 8, 2023 г.
Ответ понравился автору
Трансформаторы
Назначение трансформатора состоит в изменении параметров передаваемой электроэнергии переменного тока, а именно одного напряжения на другое такой же частоты. Трансформатор применяется, когда необходимо согласовать параметры сети электроснабжения с параметрами нагрузки.
Трансформатор имеет как минимум две обмотки, гальванически разделённые между собой и намотанные на стержни сердечника, закрытые ярмами, через которые проходит магнитный поток. Сердечник трансформатора представляет собой его магнитную цепь. Он изготовлен из пакета, изолированных друг от друга, тонких листов электротехнической стали.
Однофазный трансформатор
В зависимости от направления прохождения энергии через трансформатор обмотка может быть первичной и вторичной.
Первичная обмотка получает энергию от источника питания, а вторичная – отдаёт энергию в нагрузку.
Отношение количества витков обмотки Z1/ Z2 приблизительно равно отношению
первичного напряжения к вторичному напряжению U1/ U2 и называется коэффициентом трансформации ϑ.
Обмотка трансформатора может быть исполнена как цилиндрическая или как дисковая, в зависимости от предназначения и свойств трансформатора. Материалом для изготовления обмотки служит медь, реже – алюминий.
Обмотки разделены между собой:
- основной изоляцией – в случае разделяющих трансформаторов;
- дополнительной или усиленной изоляцией – в случае сепарационных трансформаторов.
В зависимости от класса защиты от поражения электрическим током трансформаторы могут принадлежать к трём классам защиты (I; II; III).
В зависимости от охлаждающего вещества трансформаторы подразделяются на сухие и масляные (охлаждаемые, соответственно, воздухом или маслом с естественной или принудительной циркуляцией).
Подбор мощности трансформатора для питания трёхфазного двигателя
Трансформатор, обеспечивающий питание двигателя, должен быть подобран таким образом, чтобы он не влиял на изменение параметров двигателя. При запуске двигатель потребляет большой пусковой ток, вызывая падение напряжения на обмотках трансформатора и значительное понижение напряжения в сети электроснабжения. Это оказывает негативное влияние на работу других потребителей и может привести к остановке двигателя при включении и отключении иных потребителей. Падение напряжения при запуске можно ограничить до допустимого значения (чаще всего Udop ≥ 0,85xUn), используя трансформатор с большей мощностью и провода с большим сечением, однако это повышает себестоимость установки.
Поэтому, в некоторых случаях необходимо искать другие методы минимизации пусковых токов, чтобы не увеличивать элементы сети (трансформаторы) без нужды.
Ниже приводится упрощённый пример подбора мощности трансформатора в зависимости от мощности питаемого трёхфазного двигателя. Указанная на щитке мощность двигателя является его номинальной механической мощностью, отдаваемой на валу (это активная мощность, выраженная в киловаттах [кВт]). Активная мощность, потребляемая двигателем из сети электроснабжения при номинальной нагрузке, зависит от его коэффициента полезного действия и выражается в виде формулы:
 |
| где: Pn – механическая мощность, отдаваемая механизму на валу двигателя, ηn – номинальный коэффициент полезного действия двигателя |
Ток, потребляемый двигателем из сети при нормальной работе и номинальной механической нагрузке, зависит от коэффициента мощности двигателя и выражается в виде формулы:
 |
| где: Un – номинальное напряжение двигателя, cos φn – коэффициент мощности при номинальной нагрузке |
Полная мощность, потребляемая двигателем в процессе номинальной работы выражаемая в [kBA], составляет:
Мощность трансформатора, питающего трёхфазный двигатель ST, должна быть больше мощности, потребляемой двигателем Sc и выраженной в [kBA], согласно упрощённой формуле:
 |
| где: k — коэффициент ( k > 1) |
При подборе мощности трансформатора для двигателя небольшой мощности коэффициент k можно опустить.
При подборе мощности трансформатора для двигателя большой мощности необходимо учитывать коэффициент k,
Значение, которого будет зависеть от:
- пускового момента, пускового тока, продолжительности запуска и коэффициента мощности при запуске двигателя, который в момент пуска значительно ниже номинального
Автотрансформаторы
Автотрансформатор – это специальный трансформатор, в котором первичная и вторичная обмотка соединены между собой без применения гальванического разделения цепей.
Если на первичную часть автотрансформатора с количеством витков Z1 подать напряжение U1, то во вторичной части с количеством витков Z2 мы получим напряжение U2 в соответствии с коэффициентом трансформации:
 |
| где: ϑ — коэффициент трансформации автотрансформатора; U1,U2 – первичное и вторичное напряжение; Z1,Z2 – количество витков первичной и вторичной обмотки |
Схемы трансформатора и автотрансформатора
Гальваническое соединение обмоток позволяет сократить расход железа и меди при производстве трансформатора. Это сокращает потери и повышает коэффициент полезного действия автотрансформатора, а, следовательно, уменьшается масса, габариты и стоимость изделия.
Из сравнения трансформатора и автотрансформатора с аналогичной проходной (выходной) мощностью SPRZECH следует, что автотрансформатор характеризуется меньшей собственной мощностью SWT :
поэтому меньше весит:
 |
| где: SPRZECH – проходная (выходная) мощность автотрансформатора; SWT – собственная мощнос трансформатора; mA, mT – масса соответствующего автотрансформатора и трансформатора |
 |
- если проходная мощность SPRZECH = 100 kVA;
- первичное и вторичное напряжение U1 = 230 V, U2 = 115 V
- то собственная мощность автотрансформатора
- и, соответственно, отношение массы автотрансформатора к массе трансформатора
Из этого следует, что для трансформации мощности 100 кВА с применением понижающего автотрансформатора достаточно сердечника, соответствующего мощности трансформатора 50 кВА, а вес автотрансформатора будет составлять около 60% веса трансформатора 100 кВА.
Уменьшение веса и габаритов автотрансформатора – это его преимущество по сравнению с трансформатором.
Однако, у автотрансформаторов есть свои недостатки:
- гальваническое соединение первичной и вторичной обмотки, из-за которого любые помехи или перенапряжение непосредственно переходят во вторичную цепь,
- автотрансформаторы передают все короткие замыкания на землю, что может вызывать риск ухудшения безопасности пользователей,
- пониженное напряжение короткого замыкания автотрансформатора по сравнению с трансформатором, вызванное пониженным полным сопротивлением обмоток автотрансформатора по сравнению с трансформатором:
 |
где: UZA, UZT – напряжения короткого замыкания автотрансформатора и трансформатора соответственно
Поэтому возможности использования автотрансформаторов ограничены. Они применяются в составе электроэнергетических систем для соединения сетей с разным уровнем напряжения и пусковых узлов мощных асинхронных двигателей, в лабораториях, а также везде, где допускается отсутствие гальванического разделения первичной и вторичной цепи, а выгода от сокращения веса и потерь превышает расходы на ограничение тока короткого замыкания.
Например, не допускается использование автотрансформаторов для энергоснабжения устройств в горной промышленности, медицине или на суднах.
Автотрансформатор ELHAND, модель EA3M-8/30kBA
Автотрансформаторы для запуска асинхронных двигателей
В зависимости от мощности и вида асинхронных двигателей их запуск может происходить путём:
- непосредственного включения в электросеть;
- понижения напряжения питания двигателя (переключатель звезда/треугольник, автотрансформатор, устройство мягкого пуска);
- повышения активного сопротивления цепи ротора (для асинхронных двигателей с фазным ротором);
- изменения количества пар полюсов (переключатель полюсов);
- изменения частоты напряжения питания (преобразователь частоты)
С целью ограничения пускового тока асинхронных двигателей большой мощности, можно подать на них напряжение, пониженное с помощью автотрансформатора. Запуск с использованием автотрансформаторов в принципе похож на пуск с переключателем звезда-треугольник. Однако, в случае с автотрансформатором можно понизить напряжение на время запуска двигателя таким образом, чтобы ток, потребляемый из сети, не превышал заданного значения.
Выгода от применения данного метода запуска состоит в ограничении тока:
- проходящего по обмотке двигателя IRS и уменьшенного на коэффициент трансформации автотрансформатора:
- потребляемого из питающей сети в момент запуска I1 и уменьшенного на квадрат коэффициента трансформации автотрансформатора:
Недостаток данного метода запуска состоит в том, что настолько же, насколько и ток, потребляемый из сети, уменьшается пусковой момент двигателя MPR :
где: ϑ – коэффициент трансформации автотрансформатора , IP – начальный пусковой ток при питании двигателя полным напряжением, IRS – ток, проходящий по обмотке двигателя, I2 – вторичный ток автотрансформатора, I1 – первичный ток автотрансформатора (потребляемый из питающей сети), MPR – начальный пусковой момент двигателя при питании от автотрансформатора, MP – начальный момент, развиваемый двигателем при полном напряжении.
Поэтому, подбирая коэффициент трансформации пускового автотрансформатора, следует обязательно убедиться в том, что момент, развиваемый двигателем при пониженном напряжении, больше чем момент сопротивления механизма, приводимого в движение.
Пусковой узел асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором с использованием пускового автотрансформатора
Схема, изображённая на рисунке выше, часто используется для запуска асинхронных двигателей. Запуск происходит в два этапа, без перерывов напряжения, и может длиться несколько десятков секунд.
На первом этапе запуск двигателя начинается с подачи автотрансформатором пониженного напряжения при замкнутых контактах Q1 иQ2 и разомкнутом контакте Q3.
В этот момент пусковой ток ограничивается соответственно подобранным коэффициентом трансформации автотрансформатора.
На втором этапе при разомкнутых контактах Q2 и Q3 двигатель получает питание от сети через Q1 и последовательно соединённые индуктивности части обмоток автотрансформатора. Эти обмотки выполняют функцию дросселей, ограничивающих пусковой ток. По достижении двигателем соответствующей скорости вращения при замкнутых контактах Q1 и Q3 двигатель получает непосредственно из сети.
При необходимости и по согласованию с клиентом фирма «ELHAND» изготавливает автотрансформаторы с несколькими ответвлениями.
Следует помнить о том, что значение пускового тока значительно превышает значение номинального тока автотрансформатора.
Чтобы не допустить перегрева обмоток трансформатора при многократном запуске, необходимо контролировать их температуру с помощью датчиков температуры, встроенных в обмотку.
Пусковой автотрансформатор ELHAND, модель EA3R с датчиками температуры
Медицинские сепарационные трансформаторы
Медицинские сепарационные трансформаторы – это основной элемент комплексов питания изолированной электрической сети „IT” в медицинских помещениях. На основании стандарта EN 61558-2-15 к данным трансформаторам предъявляются очень высокие технические требования, определяющие бесперебойность и безопасность эксплуатации.
Медицинские сепарационные трансформаторы могут быть однофазными (модель ET1MED) и трёхфазными (модель ET3MED). Указанный стандарт устанавливает пределы допустимой мощности от 0,5 до 10 кВА. Кроме того, стандарт ограничивает первичное напряжение питания, которое не может превышать 1000В, и вторичное напряжение, максимальное значение которого должно составлять до 250В. Номинальная частота медицинских сепарационных трансформаторов не должна превышать 500Гц.
Для обеспечения соответствия требованиям, касающимся токов утечки, данные трансформаторы предусматривают усиленную изоляцию. Согласно стандарту EN 61558-2-15 ток утечки вторичной обмотки трансформатора на землю, измеряемый в ненагруженном состоянии, не должен превышать 0,5 мА. Ток утечки от экрана на землю, измеряемый в нагруженном состоянии, не должен превышать 3,5 мА.
Следующие требования касаются вторичного напряжения при холостом ходе, тока холостого хода и напряжения короткого замыкания. Разница ΔW между вторичным напряжением при холостом ходе UWJ и вторичным напряжением при номинальной нагрузке UWOB, выраженная в процентах вторичного напряжения под нагрузкой, не должна превышать 5%:
Ток холостого хода медицинских сепарационных трансформаторов должен быть не более 3% номинального тока первичной обмотки при питании номинальным напряжением, а напряжение короткого замыкания не может превышать 3% номинального напряжения питания.
Схемы соединений медицинских сепарационных трансформаторов модели ET3MED и ET1MED
В аварийной ситуации медицинские трансформаторы могут работать с перегрузкой. Допускается перегрузка на уровне 1,6xIn в течение одного часа или 2xIn в течение 30 мин. Контроль рабочей температуры трансформатора обеспечивает реле, взаимодействующее с датчиками температуры. Медицинские трансформаторы модели ET1MED и ET3MED оснащены датчиками температуры PTC и PT1000, встроенными в обмотку, которые позволяют эффективно контролировать работу трансформатора.
Важный параметр, на который обращает внимание стандарт EN 61558-2-15 — это ток импульсного включения. Стандарт требует, чтобы сама конструкция трансформатора, без дополнительных элементов в составе установки, ограничивала значение тока импульсного включения до 12-кратного максимального значения номинального первичного тока.
 |
 |
| Пример тока импульсного включения трансформатора ELHAND модели ET1MED-6,3kVA в нагруженном состоянии | |
Трансформаторы для питания выпрямительных устройств
Выпрямительные устройства чаще всего получают питание от трансформаторов, параметры которых подобраны под выпрямительное устройство.
Такие трансформаторы работают в крайне сложных условиях. Их вторичные токи содержат обширный спектр высших гармоник. Качественный и количественный состав гармоник тока зависит от схемы выпрямления, в которой работает трансформатор. В выпрямительных системах с нейтральным проводом ток во вторичной обмотке трансформатора приобретает вид однонаправленных прямоугольных импульсов. Это вызывает подмагничивание сердечника магнитным потоком, содержащим постоянную составляющую. С энергетической точки зрения этот эффект носит неблагоприятный характер.
Такие трансформаторы, как правило, имеют большие размеры и весят больше, чем обычные силовые трансформаторы. Причина такого различия состоит в преднамеренном снижении магнитной индукции в сердечнике трансформатора уже на этапе проектирования. Это продиктовано необходимостью ограничения чрезмерных потерь, вызванных большим содержанием высших гармоник во вторичном токе.
От выпрямительных трансформаторов требуется, чтобы кроме приведения уровня напряжения в соответствие с требованиями нагрузки, они также обеспечивали защиту силовых элементов выпрямителя (диодов или тиристоров). Выпрямительные трансформаторы обладают высокой индуктивностью рассеяния, которая ограничивает скорость нарастания тока силовых элементов. У выпрямительных трансформаторов усиленная межвитковая изоляция. Принимая во внимание вышеуказанные особенности, выпрямительные трансформаторы характеризуются большими габаритами и более высокой стоимостью, чем обычные.
В зависимости от схемы выпрямления трёхфазные трансформаторы производятся в различных модификациях. Одна из самых простых конструкций – трансформатор для систем трехпульсных выпрямителей. Первичная обмотка такого трансформатора чаще всего соединена в треугольник, а вторичная — в звезду с выведенным нейтральным зажимом (группа Dyn):
Схема 3-пульсного выпрямителя с нейтральным проводом
Более широко применяются трансформаторы, изготовленные для шестипульсных выпрямителей. Такая система получает питание от трансформатора или от сетевых дросселей. Трансформатор используется тогда, когда необходимо привести выходное напряжение выпрямителя в соответствие с напряжением нагрузки. Мостовая схема выпрямителя не требует вывода нейтрального провода во вторичной обмотке трансформатора, а его обмотки могут быть выполнены с использованием следующих схем соединений: Yy, Yd ,Dy, Dd.
Еще одно возможное конструктивное решение – специальный трансформатор для питания шестифазного выпрямителя. Первичная обмотка такого трансформатора соединена в треугольник, а вторичная создаёт шестифазную схему с выведенным нейтральным зажимом:
Схема 6-пульсного преобразователя с выведенным нейтральным проводом
Многочисленную группу составляют трансформаторы, которые работают в составе систем сложных многопульсных выпрямителей.
Схема 12-пульсного выпрямителя
Трансформаторы для эксплуатации на кораблях и судоверфях
Трансформаторы находят многочисленные применения на кораблях и судоверфях. Могут работать на суше в составе производственного оборудования и на судах, плавающих во всех климатических зонах, служат для питания цепей управления и освещения, обеспечивают пуск двигателей струйных рулей.
Поэтому эти трансформаторы должны отвечать жестким требованиям к работе (вибро– и ударостойкость, климатические условия), отличаясь конструктивно от трансформаторов, применяемых в обычных условиях.
Корабельные силовые трансформаторы
Трансформаторы этого профиля должны быть изготовлены в соответствии с требованиями норм EN(IEC) 61558 и EN(IEC) 60726, кроме того при производстве трансформаторов должны быть учтены специфические требования отдельных положений морских классификационных обществ, осуществляющих контроль за строительством и ремонтом судов.
Без допуска или без сертификата этих обществ установка трансформаторов на судне невозможна.
Суда чаще всего строятся под надзором перечисленных ниже классификационных обществ:
- ABS – American Bureau of Shipping — США
- BV – Bureau Veritas — Франция
- CCS – China Classification Society — Китай
- DNV – Det Norske Veritas — Норвегия
- GL – Germanischer Lloyd — Германия
- LR – Lloyds Register of Shipping — Великобритания
- NKK – Nippon Kaiji Kyokai — Япония
- RINA – Registro Italiano Navale — Италия
- PRS – Польский Регистр Судов — Польша
- RMRS – Российский Морской Регистр Судоходства — Россия
Для нужд кораблей Военно-морского Флота НАТО трансформаторы должны также иметь сертификат
- AQAP, – выдаваемый военным национальным учреждением страны, входящей в НАТО.
Корабельный силовой трансформатор ELHAND типа ET3SM в корпусе IP23
Пусковые автотрансформаторы струйных рулей
Пусковые автотрансформаторы типа EA3RM-COMPACT служат для пуска двигателей струйных рулей с целью снижения величины пусковых токов. Эти автотрансформаторы работают с двигателями мощностью от нескольких кВт до нескольких МВт. Уровни напряжений на клеммах, время запуска и различные параметры, определяющие условия работы устройства, обстоятельно согласовываются на этапе проектирования.
Способ пуска с использованием пускового автотрансформатора применяется, в частности, в приводных устройствах большой мощности, когда критическим параметром является пусковой ток мотора при запуске. В случае пускового автотрансформатора мы можем произвольно снизить напряжение на время запуска двигателя путем соответствующего подбора коэффициента трансформации так, чтобы ток, поступающий из сети, не превысил заданного значения.
Преимущества автотрансформаторного пуска двигателя:
- Снижается ток двигателя IRS пропорционально коэффициенту автотрансформатора:
- уменьшается ток, поступающий из сети питания во время запуска I1, – меньше пропорционально квадрату коэффициента автотрансформатора:
- исключается возможность аварийного отключения прочего электрооборудования судна в результате глубокого провала напряжения в сети электроснабжения, возникающего при прямом пуске двигателя руля от сети электроснабжения.
где: ϑ – коэффициент трансформации автотрансформатора, IP – начальный ток запуска при питании двигателя полным напряжением, IRS – ток статора двигателя, I2 – вторичный т автотрансформатора, I1 –первичный ток автотрансформатора (поступающий из сети питани
Система пуска асинхронного двигателя с пусковым автотрансформатором
Пуск происходит в два этапа без интервалов просадки напряжения в сети электроснабжения судна.
Вначале запуск двигателя проходит при питании через автотрансформатор пониженным напряжением при замкнутых контактах Q1 и Q2 и разомкнутом Q3.
При этом ток запуска ограничивается соответственно подобранным коэффициентом трансформации автотрансформатора.
На втором этапе при разомкнутых контактах Q2 и Q3 двигатель питается от сети через Q1 и последовательно включенные индуктивности части обмоток автотрансформатора. Эти обмотки играют роль дросселей, ограничивающих пусковой ток. При достижении двигателем соответствующей скорости вращения при замкнутых Q1 и Q3 двигатель запитывается номинальным напряжением непосредственно от сети.
Пусковой автотрансформатор ELHAND двигателя струйного руля типа EA3RM-COMPACT
Трансформаторы безопасного напряжения для бригад, работающих на судоверфях
В ответ на нужды судоверфей ELHAND разработал проект переносного трехфазного трансформатора безопасного напряжения. Трансформаторы типа ET3oM предназначены для питания безопасным напряжением 42 или 24 В выделенных рабочих мест на судоверфях. Служат для питания устройств и переносных электроинструментов, используемых ремонтными бригадами.
Переносные трансформаторы безопасного напряжения типа ET3oM мы производим в морском исполнении, по первому классу защищенности. Они отвечают требованиям нормы EN 61558 и положений PRS. Конструктивно трансформатор приспособлен к тяжелым условиям эксплуатации на судоверфях, а также имеет повышенную стойкость к механическим повреждениям. Кроме того, герметичный корпус с уровнем защиты IP54 предохраняет трансформатор от загрязнений и влажности.
Переносной трехфазный трансформатор безопасного напряжения ELHAND типа ET3oM для питания переносных электроприемников
Трансформаторы с обмоткой по схеме Vv
Трансформаторы с обмоткой по схеме Vv могут уменьшать неблагоприятную асимметрию, возникающую в случае питания однофазной нагрузки от трёхфазной сети.
Специальный трансформатор модели ET3V1
Проблема сохранения симметрии нагрузки возникает особенно тогда, когда трёхфазная сеть должна обеспечивать питание однофазного потребителя высокой мощности.
Традиционное питание таких устройств линейным напряжением трёхфазной сети вызывает значительную асимметрию в сети электроснабжения, так как нагружено только две фазы.
Из рисунка №1 следует, что в результате применения трансформатора модели ET3V1 нагрузка распределяется на все три фазы питающей сети. В представленном решении также имеет место асимметрия нагрузки, однако она существенно меньше, чем в случае питания однофазного потребителя непосредственно от сети. Кроме того, с точки зрения безопасности эксплуатации потребляющего устройства важное значение имеет гальваническое разделение цепей трансформатора.
Рис. 1. Схемы питания потребителя от трансформатора модели ET3V1 и непосредственно от сети электроснабжения
Правильная защита от перегрузки и короткого замыкания трансформатора Vv в первичной части может вызывать некоторые сложности, принимая во внимание двойной ток в фазе 1V. В данной ситуации следует произвести расчёты короткого замыкания с учётом специфики конструкции трансформатора, после чего подобрать плавкие вставки индивидуально для каждой фазы.
Рис. 2 Конфигурация соединений обмоток трансформатора модели ET3V1
Трансформатор с обмоткой по схеме Vv трудно однозначно отнести к однофазным или трёхфазным. Он получает напряжение от трёхфазной сети, а его нагрузка – это однофазное потребляющее устройство. Данный трансформатор возник вследствие модификации трансформатора с группой соединений Dy. С центрального стержня трансформатора была снята первичная и вторичная обмотка. Оставшиеся две крайние катушки соединили по схеме Vv, представленной на рисунке №2.
Основное достоинство данного трансформатора – существенное ограничение асимметрии нагрузки, что имеет большое значение для использования в технически сложных ситуациях, например, в случае питания однофазных устройств бесперебойного питания (UPS) от трёхфазной сети.
Специфическая конструкция влияет на эксплуатационные параметры трансфарматора.
Трансформатор модели ET3V1 компании ELHAND
Трансформаторная схема Скотта
Соединения между двумя различными электрическими цепями либо между нагрузками и электросетью часто выполняются с использованием элементов-посредников. Эти элементы приводят параметры электроэнергии или конфигурации питающей сети в соответствие с потребностями потребителя. Примером такого посредника в соединении сеть – нагрузка является трансформаторная схема Скотта.
Она состоит их однофазных трансформаторов, работающих в конфигурации, которая представлена на рисунке ниже. Это пример согласования трёхфазной сети электроснабжения и двухфазной нагрузки либо группы однофазных нагрузок.
Схема соединений трансформаторной схемы Скотта
Трансформаторы – базовый Tb и добавочный Td – однофазные с одинаковой мощностью. Посередине первичной обмотки трансформатора Tb изготавливается ответвление, предназначенное для соединения с концом первичной обмотки трансформатора Td. Чтобы вторичные напряжения трансформаторов Ud и Ub были равными, трансформаторы должны получать питание от симметричной сети, а количество витков первичных обмоток должно соответствовать следующей пропорции:
Если конструкция обеспечит соблюдение указанной пропорции между первичными витками трансформаторов, то при равном количестве витков вторичных обмоток Z2d=Z2b удастся получить идентичное вторичное напряжение трансформаторов Ud=Ub. В таком случае модули токов I1U, I1V и I1W будут равны, а угол сдвига фаз между ними составит 2π/3.
Топографическая диаграмма напряжений и векторная диаграмма схемы
Существенное достоинство схемы Скотта состоит в том, что при симметричной двухфазной нагрузке обеспечивается симметричная нагрузка трёхфазной питающей сети.
Трансформаторы, работающие по схеме Скотта, часто используются в электротермии.
Трансформаторы для железной дороги
Питание путевых железнодорожных электрических цепей, принимая во внимание безопасность эксплуатации, происходит, чаще всего, при посредничестве разделительных трансформаторов, параметры и конструкция которых соответствуют изменяющимся, сложным условиям работы.
Чаще всего такие трансформаторы используются для питания устройств путевых блокировок, для подогрева железнодорожных стрелочных переводов и питания цепей управления железнодорожным движением.
Трансформаторы питания устройств автоматических путевых блокировок:
Обеспечивают питание устройств управления железнодорожным движением
Трансформатор питания устройств путевых блокировок ELHAND модели ET3KOL-16kVA
Автоматические путевые блокировки применяются Польскими государственными железными дорогами на линиях с большой интенсивностью движения. Они позволяют повысить пропускную способность путей, на которых установлены такие устройства управления железнодорожным движением. Благодаря своему строению автоматические блокировки обеспечивают более высокую безопасность, чем путевые устройства, применявшиеся ранее. Условие нормальной работы – бесперебойное питание. Эту функцию выполняют цепи промышленной автоматики, которые составляют единое целое с питающими трансформаторами.
Питание осуществляется через разделительные трансформаторы модели ET3KOL. Трансформаторы устанавливаются на обеих концах питающей линии. Это гарантирует резерв питания блокировок в случае аварии на одном из трансформаторов. Определённой последовательностью соединения трансформаторов руководит система автоматики. Трёхфазные разделительные трансформаторы в железнодорожном исполнении ET3KOL благодаря специальной конструкции и очень эффективному вакуумному импрегнированию могут работать в любой климатической зоне. Ограничители перенапряжения в сочетании с усиленной изоляцией обеспечивают устойчивость трансформаторов к перенапряжениям и атмосферным перепадам. Высокая устойчивость трансформаторов модели ET3KOL к грозовым перенапряжениям сокращает количество повреждений путевой электроники, применяемой в составе элементов взаимовлияния путь-поезд. Применение данных трансформаторов позволяет сократить эксплуатационные расходы (отсутствие необходимости ремонта выключателей).
Трансформаторы питания систем электрического подогрева стрелочных переездов ЭПП:
Трансформаторы питания систем электрического подогрева стрелочных переездов (ЭПП) — это специфические разделительные трансформаторы. Предназначены для эксплуатации в очень влажной среде при значительных перепадах годовой и суточной температуры. Работают, как правило, в комплекте с несколькими трансформаторами, отделяющими цепи нагревателей электрического подогрева стрелочных переводов. Чаще всего это автоматические системы, расположенные в колодцах или шкафах по краям железнодорожного полотна.
Работают при температуре окружающей среды от -40OC до +10OC. Предусмотрена работа при 20% постоянной перегрузке без повреждения изоляции. Дополнительно трансформаторы заливаются смолой, что обеспечивает водонепроницаемость и абсолютную устойчивость к воздействию воды, которая может попасть в монтажный колодец.
В отличие от тороидальных данные трансформаторы имеют незначительный пусковой ток, ограниченный уже на этапе проектирования. Трансформаторы могут быть оснащены защитой от токов короткого замыкания в виде выключателей максимального тока S301 с характеристикой C.
Трансформатор питания устройств подогрева стрелочных переездов ELHAND модели ET1KOLŻ-2,5kVA
Трансформаторы питания цепей управления железнодорожным движением:
Играют важную роль в устройствах управления железнодорожным движением.
Их технические параметры должны соответствовать требованиям стандарта EN(IEC)61558, а также требованиям отраслевых стандартов, которые касаются токов холостого хода, устойчивости к коротким замыканиям и перегрузкам, а также к перепадам рабочей температуры.
Наша фирма производит трансформаторы, предназначенные для питания железнодорожных сетей управления мощностью от 40 до 500 ВА модели ET1KOL.
Трансформатор питания цепей управления железнодорожным движением ELHAND модели ET1KOL-0,70 kVA
Пятистержневой трансформатор
Во многих случаях возникает необходимость подбора габаритов трансформатора под имеющийся корпус машины. Конструкция пятистержневого сердечника позволяет уменьшить высоту трансформатора.
В пятистержневом сердечнике есть два внешних стержня без обмотки, которые продлевают и соединяют нижнее и верхнее ярмо. Применение такого магнитопровода в трёхфазном трансформаторе позволяет при сохранении полной мощности трансформатора и неизменных размерах стержней уменьшить сечение ярма приблизительно на 60% сечения ярма в обычном трёхстержневом сердечнике.
Это позволяет уменьшить высоту трансформатора приблизительно на 80% высоты одного ярма.
Общий эскиз пятистержневого сердечника
На эскизе представлен сердечник трёхфазного пятистержневого трансформатора. Выделены ярма разной длины (m`, m«, n) и с разной площадью сечения (Ajm`, Ajm«, Ajn).
На практике используется несколько разных конструкций пятистержневого сердечника:
- одинаковые сечения ярма, равные 50-58% сечения стержня (обозначение, например, 50/50)
- сечение ярма между основными стержнями около 58%, а сечение возвратного ярма около 45% сечения стержня (обозначение 58/45)
- сечение всех горизонтальных частей ярма составляет около 58% сечения стержня, а сечение вертикальных частей возвратного ярма составляет около 45% сечения стержня (обозначение 58/58-45)
Изготовляемые нашей фирмой пятистержневые трансформаторы часто обладают одинаковым сечением ярма, равного половине сечения стержня – пропорция 50/50. При таком решении максимальная индукция ярма стержня приблизительно на 5% больше, а индукция закрывающего ярма на 5-10% меньше, чем в стержнях.
Пропорция размеров сердечника 50/50 обеспечивает максимальную экономию материала и оптимальное согласование размеров трансформатора и имеющегося корпуса машины.
Закрывающее ярмо в пятистержневой конструкции сердечника может представлять собой цепь с низким магнитным сопротивлением для магнитных потоков гармоник кратным трем. Прохождение потоков третьей гармоники привело бы к сильной деформации потоков в стержнях с обмотками, следствием чего стало бы искажение формы фазных напряжений. Чтобы предотвратить это явление, следует помнить о необходимости соединения первичной или вторичной обмотки трансформатора в треугольник (D) либо первичной обмотки – в звезду с нейтральным проводом (YN).
Пятистержневой трансформатор ELHAND модели ET3oGH