Расчет автотрансформатора мощностью до 1 кВт

СОДЕРЖАНИЕ:

Особенности конструкции и режимы работы автотрансформаторов

В установках 110 кВ и выше широкое применение находят автотрансформаторы большой мощности. Объясняется это рядом преимуществ, которые они имеют по сравнению с трансформаторами.

Рис.1. Схема однофазного автотрансформатора

Однофазный автотрансформатор имеет электрически связанные обмотки ОВ и ОС (рис.1). Часть обмотки, заключенная между выводами В и С, называется последовательной, а между С и О — общей.

При работе автотрансформатора в режиме понижения напряжения в последовательной обмотке проходит ток Iв, который, создавая магнитный поток, наводит в общей обмотке ток Io. Ток нагрузки вторичной обмотки Ic складывается из тока Iв, проходящего благодаря гальванической (электрической) связи обмоток, и тока Io, созданного магнитной связью этих обмоток: Ic=Iв+Io, откуда Io=Ic-Iв.

Полная мощность, передаваемая автотрансформатором из первичной сети во вторичную, называется проходной.

Если пренебречь потерями в сопротивлениях обмоток автотрансформатора. можно записать следующее выражение:

Преобразуя правую часть выражения, получаем:

где (Uв — Uc)Iв=Sт — трансформаторная мощность, передаваемая магнитным путем из первичной обмотки во вторичную; UcIв=Sэ — электрическая мощность, передаваемая из первичной обмотки во вторичную за счет их гальванической связи, без трансформации.

Эта мощность не нагружает общей обмотки, потому что ток Iв из последовательной обмотки проходит на вывод С, минуя обмотку ОС.

В номинальном режиме проходная мощность является номинальной мощностью автотрансформатора S=Sном, а трансформаторная мощность — типовой мощностью Sт=Sтип.

Размеры магнитопровода, а следовательно, его масса определяются трансформаторной (типовой) мощностью, которая составляет лишь часть номинальной мощности:

где nBC = UBUC — коэффициент трансформации; kвыг коэффициент выгодности или коэффициент типовой мощности.

Из (4) следует, что чем ближе UB к UC, тем меньше kвыг и меньшую долю номинальной составляет типовая мощность. Это означает, что размеры автотрансформатора, его масса, расход активных материалов уменьшаются по сравнению с трансформатором одинаковой номинальной мощности.

Наиболее целесообразно применение автотрансформаторов при сочетании напряжений 220/110; 330/150; 500/220; 750/330.

Из схемы (рис.1) видно, что мощность последовательной обмотки

мощность общей обмотки

Таким образом, еще раз можно подчеркнуть, что обмотки и магнитопровод автотрансформатора рассчитываются на типовую мощность, которую иногда называют расчетной мощностью. Какая бы мощность ни подводилась к зажимам В или С, последовательную и общую обмотки загружать больше чем на Sтип нельзя. Этот вывод особенно важен при рассмотрении комбинированных режимов работы автотрансформатора. Такие режимы возникают, если имеется третья обмотка, связанная с автотрансформаторными обмотками только магнитным путем.

Третья обмотка автотрансформатора (обмотка НН) используется для питания нагрузки, для присоединения источников активной или реактивной мощности (генераторов и синхронных компенсаторов), а в некоторых случаях служит лишь для компенсации токов третьих гармоник. Мощность обмотки НН SН не может быть больше Sтип, так как иначе размеры автотрансформатора будут определяться мощностью этой обмотки. Номинальная мощность обмотки НН указывается в паспортных данных автотрансформатора.

Рассмотрим режимы работы трехобмоточных автотрансформаторов с обмотками ВН, СН и НН (рис.2).

Рис.2. Распределение токов в обмотках автотрансформатора в различных режимах
а,б — автотрансформаторные режимы,
в,г — трансформаторные режимы,
д,е — комбинированные режимы

В автотрансформаторных режимах (рис.2,а,б) возможна передача номинальной мощности Sном из обмотки ВН в обмотку СН или наоборот. В обоих режимах в общей обмотке проходит разность токов IС-IВ=kтипIC, а поэтому последовательная и общая обмотки загружены типовой мощностью, что допустимо.

В трансформаторных режимах (рис.2,в,г) возможна передача мощности из обмотки НН в обмотку СН или ВН, причем обмотку НН можно загрузить не более чем на Sтип. Условие допустимости режима НН→ВН или НН→СН:

Если происходит трансформация Sтип из НН в СН, то общая обмотка загружена такой же мощностью и дополнительная передача мощности из ВН в СН невозможна, хотя последовательная обмотка не загружена.

В трансформаторном режиме передачи мощности Sтип из обмотки НН в ВН (рис.2,г) общая и последовательная обмотки загружены не полностью:

поэтому возможно дополнительно передать из обмотки СН в ВН некоторую мощность (см. пояснения к рис.2,е).

В комбинированном режиме передачи мощности автотрансформаторным путем ВН→СН и трансформаторным путем НН→СН (рис.2,д) ток в последовательной обмотке.

где РB QB — активная и реактивная мощности, передаваемые из ВН в СН.

Нагрузка последовательной обмотки

Отсюда видно, что даже при передаче номинальной мощности SB=Sном последовательная обмотка не будет перегружена.

В общей обмотке токи автотрансформаторного и трансформаторного режимов направлены одинаково:

Нагрузка общей обмотки

Подставляя значения токов и производя преобразования, получаем:

где РH, QH — активная и реактивная мощности, передаваемые из обмотки НН в обмотку СН.

Таким образом, комбинированный режим НН→СН, ВН→СН ограничивается загрузкой общей обмотки и может быть допущен при условии

Если значения cosφ на стороне ВН и НН незначительно отличаются друг от друга, то кажущиеся мощности можно складывать алгебраически и (6) упрощается

В комбинированном режиме передачи мощности из обмоток НН и СН в обмотку ВН распределение токов показано на рис.2,е. В общей обмотке ток автотрансформаторного режима направлен встречно току трансформаторного режима, поэтому загрузка обмотки значительно меньше допустимой и в пределе может быть равна нулю. В последовательной обмотке токи складываются, что может вызвать ее перегрузку. Этот режим ограничивается загрузкой последовательной обмотки

где Рс, Qс — активная и реактивная мощности на стороне СН; Рн, Qн — то же на стороне НН.

Комбинированный режим НН→ВН, СН→ВН допустим, если

Если значения cosφ на стороне СН и НН незначительно отличаются друг от друга, то (9) упрощается

Возможны и другие комбинированные режимы: передача мощности из обмотки СН в обмотки НН и ВН или работа в понижающем режиме при передаче мощности из обмотки ВН в обмотки СН и НН. В этих случаях направления токов в обмотках изменяются на обратные по сравнению с рис.2,д,е, но приведенные рассуждения и расчетные формулы (6)-(11) останутся неизменными.

Рис.3. Схема включения трансформаторов тока
для контроля нагрузки автотрансформатора

Во всех случаях надо контролировать загрузку обмоток автотрансформатора. Ток в последовательной обмотке может контролироваться трансформатором тока ТА1, так как Iп=IB (рис.3). Трансформатор тока ТА2 контролирует ток на выводе обмотки СН, а для контроля тока в общей обмотке необходим трансформатор тока ТАО, встроенный непосредственно в эту обмотку. Допустимая нагрузка общей обмотки указывается в паспортных данных автотрансформатора.

Рис.4. Схема трехфазного трехобмоточного автотрансформатора

Выводы, сделанные для однофазного трансформатора [формулы (4)-(11)], справедливы и для трехфазного трансформатора, схема которого показана на рис.4. Обмотки ВН и СН соединяются в звезду с выведенной нулевой точкой, обмотки НН — в треугольник.

К особенностям конструкции автотрансформаторов следует отнести необходимость глухого заземления нейтрали, общей для обмоток ВН и СН. Объясняется это следующим. Если в системе с эффективно-заземленной нейтралью включить понижающий автотрансформатор с незаземленной нейтралью, то при замыкании на землю одной фазы в сети СН на последовательную обмотку этой фазы будет воздействовать полное напряжение UB/√З вместо (UB-UC)√3, напряжение выводов обмотки СН возрастет примерно до UB, резко увеличится напряжение, приложенное к обмоткам неповрежденных фаз. Аналогичная картина наблюдается в случае присоединения повышающего автотрансформатора с незаземленной нейтралью к системе с эффективно-заземленной нейтралью.

Такие перенапряжения недопустимы, поэтому нейтрали всех автотрансформаторов глухо заземляются. В этом случае заземления на линии со стороны ВН или СН не вызывают опасных перенапряжений, однако в системах ВН и СН возрастают токи однофазного КЗ.

Подводя итог всему сказанному, можно отметить следующие преимущества автотрансформаторов по сравнению с трансформаторами той же мощности:

  • меньший расход меди, стали, изоляционных материалов;
  • меньшая масса, а следовательно, меньшие габариты, что позволяет создавать автотрансформаторы больших номинальных мощностей, чем трансформаторы;
  • меньшие потери и больший КПД; более легкие условия охлаждения.
  • необходимость глухого заземления нейтрали, что приводит к увеличению токов однофазного КЗ;
  • сложность регулирования напряжения;
  • опасность перехода атмосферных перенапряжений вследствие электрической связи обмоток ВН и СН.

Пример 2.. Рассчитать повышающий автотрансформатор по следующим данным: напряжени.. 1155

Рассчитать повышающий автотрансформатор по следующим данным: напряжение питающей сети U1=127 В, частота питающей сети f=50 Гц, напряжение вторичной обмотки U2=220 В, мощность вторичной обмотки S2=220 ВА.

1. Первичная полная мощность автотрансформатора

2. Поперечное сечение сердечника трансформатора (трансформатор стержневого типа)

При учете изоляции между листами размер сечения сердечника получается на 10 % больше, т. е. QC=1,1·1477=1620 мм 2 . Принимают QС·Ф=30·60=1800 мм 2 .

3. Определяют токи первичной и вторичной обмоток: I1=S1/U1= =236,5/127=1,86 А; I2=S2/U2=220/220=1 А.

4. Находят сечение первичной и вторичной обмоток:

По таблице 7 принимают провод марки ПЭВ-1 для обеих обмоток одинакового сечения, т. е. s1=s2=0,5672 мм 2 .

5. Определяют число витков отдельных секций обмотки:

Таблица 7 – Диаметры и расчетные значения обмоточных проводов

Номинальный диаметр проволоки, мм Сечение проволоки, мм 2 Максимальный внешний диаметр провода, мм
ПЭВ-1 ПЭВ-2 ПЭС-3 ПЭТ-155 ПЭТимид. ПНЭТи-мид. ПЭФ-155
1 0,02 0,025 0,032 0,040 0,050 (0,060) 0,063 0,071 0,080 0,090 0,100 0,112 (0,120) 0,125 (0,130) 0,140 (0,150) 0,160 (0,170) 0,180 (0,190) 0,200 (0,210) 0,224 (0,236) 0,250 (0,265) 0,280 1 (0,300) 0,315 (0,335) 0,355 (0,380) 0,40 (0,425) 0,450 (0,475) 0,500 (0,530) 0,560 (0,600) 0,630 (0,670) 0,710 0,750 0,80 0,85 0,90 0,95 1,000 1,06 1,12 1,18 1,25 1,32 1,400 1,500 1,600 1,700 1,80 1,90 2,00 2,12 2,24 2,36 2,50 0,000314 0,000491 0,000804 0,00126 0,00196 0,00280 0,00283 0,00385 0,00503 0,00636 0,00785 0,00985 0,01131 0,0123 0,01327 0,01539 0,01767 0,0201 0,0227 0,0255 0,0284 0,0314 0,0346 0,0394 0,0437 0,0491 0,0551 0,0615 0,0706 0,0779 0,0989 0,099 0,1134 0,1256 0,1417 0,159 0,1771 0,1963 0,221 0,2462 0,2826 0,3116 0,353 0,3957 0,4416 0,503 0,5672 0,636 0,7085 0,785 0,882 0,985 1,093 1,227 1,368 1,539 1,767 2,0096 2,269 2,543 2,834 3,14 3,528 3,939 4,372 4,906 0,035 0,040 0,045 0,055 0,070 0,085 0,085 0,095 0,105 0,115 0,125 0,135 0,145 0,150 0,155 0,165 0,180 0,190 0,20 0,210 0,220 0,230 0,240 0,260 0,275 0,290 0,305 0,320 0,340 0,355 0,375 0,395 0,420 0,440 0,465 0,500 0,525 0,550 0,580 0,610 0,65 0,680 0,720 0,76 0,81 0,86 0,91 0,96 1,01 1,07 1,13 1,19 1,26 1,33 1,4 1,48 1,58 1,68 1,78 1,89 1,99 2,09 2,21 2,34 2,46 2,6 — — — — 0,080 0,090 0,090 0,1 0,11 0,12 0,13 0,14 0,15 0,155 0,160 0,170 0,190 0,200 0,21 0,220 0,230 0,240 0,250 0,270 0,285 0,300 0,315 0,330 0,350 0,365 0,385 0,415 0,440 0,460 0,485 0,510 0,545 0,570 0,600 0,630 0,67 0,700 0,75 0,79 0,84 0,89 0,94 0,99 1,04 1,10 1,16 1,22 1,28 1,35 1,42 1,51 1,61 1,71 1,81 92 2,020 2,12 2,24 2,37 2,49 2,63 — — — — — — 0,085 0,095 0,105 0,116 0,128 0,140 — 0,154 — 0,170 — 0,198 0,200 0,220 0,230 0,240 — 0,264 — 0,300 — 0,330 — 0,364 — 0,414 — 0,460 — 0,510 — 0,568 — 0,630 — 0,700 — 0,790 0,830 0,880 0,930 0,990 1,040 1,090 1,150 1,210 1,270 1,350 1,420 1,50 1,60 1,710 1,810 1,910 2,010 2,120 2,240 2,36 2,480 2,630 — — — — — 0,090 0,090 0,100 0,11 0,12 0,13 0,140 0,150 0,155 0,160 0,170 0,19 0,20 0,21 0,22 0,23 0,240 0,26 0,27 0,285 0,3 0,315 0,330 0,350 0,365 0,385 0,405 0,440 0,460 0,490 0,520 0,545 0,57 0,60 0,63 0,67 0,71 0,75 0,79 0,83 0,89 0,94 0,99 1,040 1,090 1,160 1,22 1,28 1,35 1,42 1,51 1,61 1,71 1,81 1,92 2,02 2,12 2,24 2,37 2,49 2,63 — — 0,040 0,050 0,062 (0,075) 0,078 0,088 0,098 0,110 0,121 0,134 0,144 0,149 0,150 0,166 0,177 0,187 0,199 0,209 0,220 0,230 0,242 0,256 0,270 0,284 0,300 0,315 0,337 0,352 0,375 0,395 0,422 0,442 0,470 0,495 0,523 0,540 0,581 0,611 0,654 0,684 0,727 0,767 0,809 0,861 0,913 0,965 1,017 1,068 1,13 1,192 1,254 1,325 1,397 1,479 1,581 1,683 1,785 1,886 1,990 2,092 2,22 2,340 2,460 2,600 — — — — — — 0,078 0,086 — — — — — — — — — — — — — — — — — — — 0,33 — 0,370 0,390 0,410 — 0,460 — 0,510 — 0,56 0,6 0,63 — 0,700 0,750 0,79 0,83 0,88 0,93 0,99 1,040 1,090 1,150 1,210 1,270 1,350 1,420 1,500 1,60 1,71 1,810 1,910 — — — — — —

Порядок выполнения работы:

1. Выполнить расчет по данным задания.

2. Составить отчет.

3. Ответить на контрольные вопросы.

Ход работы:

Внимательно изучить примеры расчетов данной практической работы. Аналогично примеру 1 выполнить упрощенный расчет трансформатора (трансформатор однофазный понижающий стержневого типа с двумя вторичными обмотками).

Автотрансформаторы

Основные принципы

В трансформаторе первичная и вторичная обмотки с напряжением U1и U2имеют токи I1и I2, протекающие в противоположных направлениях. В автотрансформаторе соединения делают возможным использовать часть первичной обмотки в качестве вторичной и понизить напряжение во вторичной обмотке до U2 ( cм.рис. ).
При этом сама первичная обмотка включает в себя вторичную и дополнительную часть с напряжением (U1 — U2). Ток, протекающий в общей части обмотки автотрансформатора, является разностью двух токов (I2 — I1). Поэтому общая часть обмотки может быть изготовлена из провода меньшего сечения, рассчитанного на разность токов (I2 — I1) вместо полного тока I2.
С другой стороны, первичная обмотка, имеющая более высокое напряжение, как бы уменьшена до последовательной части автотрансформатора, имеющей n1 — n2 витков вместо полного числа витков n1. Следовательно, первичная обмотка уменьшается пропорционально величине (n1-n2)/n1, а вторичная пропорционально ( I1-I2)/I2.
Это позволяет получить экономию активных материалов и размеров.
Автотрансформаторы применяются в сетях от низкого напряжения, например, в распределительных сетях 110В и 220 В, и вплоть до очень высоких напряжений: 500 (525), 750 (787) и 1150 (1200) кВ (в скобках — наибольшее рабочее напряжение).
Существует несколько типов автотрансформаторов в зависимости от их применения:
♦ Для связи между двумя системами различного напряжения, возможно с регулированием напряжения;
♦ Для регулирования напряжения трансформатора в широких пределах, при этом вторичным является низкое напряжение, например в трансформаторах, питающих электрические печи, выпрямители для электролиза и (или) тяги;
♦ Для питания синхронных или асинхронных двигателей пониженным напряжением при их запуске.

Эквивалентные размеры

Для сравнения трансформаторов с различными характеристиками, таким, как мощность, регулирование напряжения обмотки, используется двухобмоточный эквивалент. Для обмотки или части обмотки мощность определяется произведением максимального тока и максимального напряжения в условиях эксплуатации. Для всего трансформатора двухобмоточный эквивалент будет иметь мощность, равную полусумме мощностей всех обмоток.
Трансформатор с двумя обмотками, без регулирования и при неизменном напряжении имеет эквивалентную мощность, равную мощности каждой из его обмогок. В случае введения регулирования в одной из обмоток и при полной требуемой мощности на каждом ответвлении, эквивалентная двухобмоточная мощность увеличивается на величину мощности дополнительной регулировочной обмотки.
Для сравнения автотрансформаторов и трансформаторов приняты такие понятия как «проходная» (Sap) и «типовая» (St) мощности автотрансформатора.
Проходная мощность — мощность, передаваемая автотрансформатором во вторичную сеть, типовая мощность — мощность двухобмоточного трансформатора, имеющего размеры данного автотрансформатора.
Выгоды, которые дает автотрансформатор за счет совмещения обмоток, видны из схемы на рис. 6.1.

Благодаря автотрансформаторному соединению обе обмотки уменьшаются в размерах в одинаковой пропорции либо за счет уменьшения числа витков при том же сечении провода, либо за счет уменьшения сечения провода при том же числе витков. Такой автотрансформатор передает ту же мощность Snp, что и исходный трансформатор, имеющий то же соотношение напряжений. Однако, типовая мощность автотрансформатора — эквивалентная двухобмоточная мощность St, которая определяет физические размеры, будет соотноситься с проходной мощностью Snp как

Отсюда видно, что по мере уменьшения к12 величина р также уменьшается, стремясь к нулю, когда к12 приближается к единице. Это имеет место благодаря тому, что в трансформаторе вся энергия трансформируется из первичной обмотки во вторичную, тогда как в автотрансформаторе только часть всей энергии трансформируется, а другая часть передается непосредственно из системы одного напряжения в систему другого напряжения без трансформации.
Чем ближе значения напряжения двух систем, тем большая выгода достигается с помощью автотрансформатора.
Наиболее часто значения коэффициента выгодности находятся в пределах 0,3—0,7.
В таблице 6.1 приведены значения коэффициентов выгодности при различных коэффициентах трансформации.

Регулирование напряжения в автотрансформаторах

В зависимости от предъявляемых требований к регулированию напряжения применяются различные схемы соединения обмоток.
Регулирование напряжения без возбуждения может осуществляться так же, как в трансформаторе, при этом регулировочные витки или катушки могут располагаться либо в последовательной обмотке при необходимости регулирования высокого напряжения, либо в общей обмотке при регулировании среднего напряжения, причем в этом случае регулирование получается «связанным», т. к. общая обмотка является обмоткой СН и в то же время является частью обмотки ВН.
При необходимости в автотрансформаторах применяют регулирование напряжения под нагрузкой.
Выбор вида и схемы регулирования зависит от условий в энергосистеме, из которых вытекают требования к автотрансформатору.
При выборе схемы регулирования учитываются расход материалов, возможная конструкция обмоток, в том числе регулировочной обмотки, требуемые характеристики переключающего устройства, перевозбуждение автотрансформатора и пр.
В зависимости от условий регулирования напряжения применяются различные схемы регулирования напряжения под нагрузкой.
Все применяемые схемы можно разделить на три группы: схемы регулирования на стороне ВН (рис. 6.2), на стороне СН (рис. 6.3) и в общей нейтрали ВН—СН (рис. 6.4).
Регулирование целесообразно осуществлять в той обмотке, напряжение которой изменяется в больших пределах. Это следует учитывать при выборе схемы — с регулированием на стороне ВН или СН.

Регулирование на стороне ВН или СН

Помимо сказанного выше, эти два способа регулирования равноценны, На рис. 6.2 приведены некоторые схемы регулирования на стороне ВН. Схема 6.2, б имеет то преимущество перед схемой 6.2, а, что позволяет применить переключающее устройство класса напряжения СН, т. е. требует переключающее устройство более низкого класса напряжения. Поэтому схема 6.2, а может иметь практическое применение только в тех случаях, когда напряжения U1 и U2 близки друг к другу.

Реверсирование регулировочной обмотки на схеме 6.2 в позволяет вдвое увеличить диапазон регулирования по сравнению со схемой 6.2 б.
Схема рис. 6.2 г содержит дополнительный вольтодобавочный трансформатор со своим магнитопроводом. Вольтодобавочный трансформатор может располагаться в баке основного автотрансформатора или вне его. Регулирование осуществляется в главном автотрансформаторе.
Преимуществом схемы 6.2, г является возможность выбора наиболее удобного для регулирования тока и напряжения во вспомогательной цепи, содержащей переключающее устройство. Однако, косвенное регулирование требует дополнительного вложения материалов и некоторого увеличения габаритных размеров автотрансформатора. Отметим, что схемы 6.2, б и 6.2, в, регулируя напряжение на стороне ВН требуют регулировочной аппаратуры на класс СН.
На рис. 6.3. приведены схемы регулирования напряжения на стороне СН. Схема 6.3, б позволяет с помощью реверсирования расширить диапазон регулирования. Схема 6.3, в позволяет использовать регулировочную аппаратуру низкого класса напряжения.
Преимуществом схемы 6.3, г перед предыдущей является постоянное значение индукции в магнитопроводе вольтодобавочно-го трансформатора. Эта схема может быть использована для продольно-поперечного регулирования на стороне СН (т. е., одновременного регулирования напряжения по величине и фазе).

Регулирование напряжения в нейтрали

Метод регулирования напряжения в нейтрали (рис. 6.4.) позволяет применить регулировочную обмотку и переключающее устройство на класс напряжения, значительно более низкий, чем напряжение U1и U2, что является большим преимуществом этого метода.
Недостатком метода являются значительные колебания магнитной индукции в процессе регулирования, особенно при коэффициенте трансформации меньше двух. Поэтому его применяют в случае сравнительно небольшого диапазона регулирования в автотрансформаторах очень высокого класса напряжения.
Применение косвенного регулирования в нейтрали позволяет существенно упростить обмотку главного автотрансформатора, особенно когда вольтодобавочный трансформатор размещается в отдельном баке.

Сравнение методов регулирования на основе типовой мощности

В предыдущих разделах приведено качественное сравнение методов регулирования напряжения в автотрансформаторах. Ниже приведено сопоставление увеличения типовой мощности автотрансформатора с регулированием по сравнению с таким же трансформатором без регулирования.
Типовой мощностью автотрансформатора будем называть полусумму мощностей его обмоток
мощность k-ой обмотки, равная произведению максимальных значений тока и напряжения в ней; n — число обмоток.
Сравнение производится с автотрансформатором без регулирования под нагрузкой с проходной мощностью Snp для обмоток ВН и СН, соединенных по автотрансформаторной схеме, и с третичной обмоткой (НН), мощность которой равна типовой мощности автотрансформатора.
Типовая мощность такого трехобмоточного автотрансформатора будет равна St= 1,5 pSnp, где р — коэффициент выгодности автотрансформатора, равный р = 1-1/k12, k12— коэффициент трансформации между сторонами ВН и СН автотрансформатора, равный отношению номинальных напряжений.
При наличии регулирования под нагрузкой мощность автотрансформатора возрастает, так как появляются новые (регулировочные) обмотки и увеличивается мощность имеющихся обмоток.
Типовая мощность регулируемого автотрансформатора равна

В таблице 6.2 даны значения увеличения типовой мощности ASt рсг при введении регулирования согласно схемам рис. 6.2—6.4 для случаев симметричных диапазонов регулирования ± в процентах соответствующего напряжения.
При этом проходная мощность неизменна для всех ступеней напряжения.

Каждый электрик должен знать:  Характеристики электроизоляционных материалов

Для большей наглядности в таблице 6.2. указаны значения
Из данных таблицы 6.2. видно, в частности, что косвенные методы регулирования приводят к удвоению процента увеличения типовой мощности автотрансформатора по сравнению с прямыми (например, схема на рис. 6.2, г против а, б и в, а также на рис. 6.3, в против б), а в некоторых случаях они связаны даже с еще большей затратой материалов (например, схема рис. 6.4, в против а и б).

Применение схем с реверсированием, удваивая диапазон регулирования, в некоторых случаях приводит к дополнительному вложению материалов (схема на рис. 6.3, б против а), а в других нет (схема на рис. 6.2, в против а и б, а также на рис. 6.4, б против а).

На основании формул, приведенных в таблице 6.2, на рис. 6.5 построены зависимости St.neper.от кп при р = ±10 %. Из графиков следует, что характер зависимости различен для схем регулирования на сторонах ВН и СН (кривые 1—3) и в нейтрали (кривые 4 и 5): в первых схемах Д5т-рсг гиперболически падает с ростом кп, а при регулировании в нейтрали — линейно возрастает.

Это объясняется тем, что при регулировании на стороне ВН или СН абсолютный прирост типовой мощности не зависит от К12 и при данном значении р является величиной постоянной. Поэтому относительный прирост мощности St.neper.с увеличением кп падает, так как при этом возрастает типовая мощность автотрансформатора £т.исрсг без регулирования, к которой отнесен абсолютный прирост типовой мощности Л^т.рСГ.

В противоположность этому при регулировании в нейтрали прирост типовой мощности Д5т рсг также зависит от К12, возрастая с увеличением К12быстрее, чем St.neper.. Поэтому для этих схем относительный прирост типовой мощности AsT рсг возрастает по мере увеличения К12. Точки пересечения кривых 1—3 с кривыми 4 и 5 (рис. 6.5) определяют границы, ниже которых меньших вложений материалов требуют схемы с регулированием в нейтрали, а выше — схемы с регулированием на стороне ВН или СН. На рис. 6.6 показана зависимость St.p.от пределов регулирования при К12= 2. Для всех схем St.p.возрастает линейно с увеличением р.

Напряжение короткого замыкания автотрансформатора

Автотрансформаторная схема соединения обмоток существенно влияет на величину полного сопротивления короткого замыкания. Действительно, если в схеме на рис. 6.1, б предположим, что вторичная сторона автотрансформатора замкнута накоротко, первичное напряжение U1 окажется приложенным не к точкам АС, как при нормальной работе, а к точкам АВ. Отношение числа витков на участке АВ к полному числу витков АС как раз равно коэффициенту выгодности р.
В результате полное сопротивление короткого замыкания автотрансформатора, отнесенное к проходной мощности автотрансформатора Snp, составляет только pz, где z — полное сопротивление короткого замыкания в% трансформатора мощностью 150/ 110 кВ, образуемого обмотками АВ и ВС. Это существенным образом влияет на проектирование автотрансформатора, так как приходится выбирать его размеры так, чтобы его эффективное сопротивление короткого замыкания было достаточно для ограничения токов при коротком замыкании по соображениям динамической устойчивости обмоток.
Так, если для трансформатора мощностью S с передаточным отношением 150/110 кВ токи короткого замыкания (без учета сопротивления системы) не должны превосходить 12-кратного значения номинального тока, то его сопротивление должно составлять 8,3%.

Если же мы вместо трансформатора создается автотрансформатор с тем же ограничением тока короткого замыкания в обмотках и с тем же значением сопротивления короткого замыкания, то мы должны выбрать модель трансформатора мощностью Sт = 0,275 (здесь 0,27 — коффициент выгодности для автотрансформатора 150/110 к В), но имеющего сопротивление короткого замыкания
Практически это приводит к меньшему сечению, диаметру и массе сердечника и более тяжелым обмоткам, чем у трансформатора данной типовой мощности Sт с сопротивлением порядка 10%.
При этом измененяется соотношение масс и потерь: масса электротехнической стали и потери холостого хода снижаются значительно, а масса меди и нагрузочные потери снижаются в меньшей степени.
Благодаря этому легко удается получить небольшое значение эффективного сопротивления, достаточное по соображениям динамической устойчивости обмоток при коротких замыканиях.

Вообще же имеются два возможных решения [5]:
а) Если мы хотим, чтобы ток короткого замыкания не достиг чрезмерно большого значения, мы должны увеличить значение z, что соответствует очень высокому значению zт в связи с малым значением р.

б) Если мы не хотим сильно отклоняться от сбалансированного проекта, мы должны избегать большого увеличения zт и принять достаточно низкое значение z при низком значении р.

Обычно приходят к разумному компромиссу между противоположными требованиями, в результате автотрансформаторы имеют относительно большое сопротивление короткого замыкания по отношению к типовой мощности и очень низкое сопротивление короткого замыкания по отношению к проходной мощности.

Поэтому в автотрансформаторах следует ожидать относительно высоких значений токов короткого замыкания.
Для примера ниже приведены характеристики реальных автотрансформаторов:

1. Однофазный автотрансформатор со следующими характеристиками:

— номинальная трехфазная мощность 250/250/50 MB • А;

— номинальное напряжение 525 : / 220 : л/3 /35 кВ;

— сопротивление короткого замыкания обмоток ВН/СН, отнесенное к проходной мощности 250 MB • А — 12%;

— коэффициент выгодности р (525 — — 230)/525 = 0,562;

— типовая мощность последовательной и общей обмоток 250 х 0,562 — 140,5 MB • А;

— сопротивление короткого замыкания обмоток ВН/СН, приведенное к типовой мощности 12/0,562 — 21,35%;

— типовая мощность двухобмоточного трансформатора = (140,5 + НО,5 + 50)/2 = = 165,5 MB • А.

Отметим, что для трансформаторов связи более характерным является сопротивление 15-17%.

2. Однофазный автотрансформатор:

— номинальная трехфазная мощность 500/500/150 MB • А;

— номинальное напряжение 500 : J3 / 230 : л/3 /35 кВ;

— частота 50 Гц;
— сопротивление короткого замыкания обмоток ВН/СН, отнесенное к проходной мощности 500 MB • А — 11 %;

— коэффициент выгодности р (500 — — 230)/500 = 0,54:

— типовая мощность последовательной и общей обмоток Sт 250 х 0,54 = 270 MB • А;

— сопротивление короткого замыкания обмоток ВН/СН, приведенное к типовой мощности 11/0,54 = 20,37%;

— типовая трехфазная мощность двухоб-моточного трансформатора Sт = (270 + 270 + + 150)/2 = 345 MB • А.

Режимы работы автотрансформаторов

Расположение обмоток автотрансформатора

В автотрансформаторе стержневого типа две обмогки располагаются обычно последовательно в радиальном направлении от сердечника и имеют одинаковую высоту (рис. 6.7.). Автотрансформаторное соединение обмоток в трехфазной системе требует соединения в звезду с заземленной нейтралью во избежание попадания высокого потенциала на зажимы вторичных обмоток вследствие наличия их гармонической связи.

Следовательно, системы, соединенные через автотрансформатор, должны быть с заземленными нейтралями.

Мы называем «последовательной обмоткой» обмотку между выводами А и Аm на рис. 6.7 и «общей обмоткой» — обмотку, которая является общей частью двух систем, подсоединенных соответственно между выводами А и Аm и нейтралью. Отсюда высоковольтная сторона автотрансформатора состоит из общей обмотки вместе с последовательной обмоткой.

Однако, для краткости иногда называют последовательную часть «обмотка ВН», а общую часть — «обмотка СН».

Как правило, автотрансформаторы имеют третичную обмотку. В зависимости от режима ее работы различают понижающие и повышающие автотрансформаторы. В первых третичная обмотка располагается первой у магнитного стержня, во втором — между последовательной и общей обмотками автотрансформатора (рис. 6.8.).

Режимы работы автотрансформаторов

Наибольший интерес представляют следующие основные режимы [2]:

а) Режимы ВН-СН и СН—ВН являются чисто автотрансформаторными режимами. В этих режимах в понижающих автотрансформаторах с обмотками ПО (последовательная обмотка) и ОО (общая обмотка), расположенными рядом, может быть, как правило, передана полная номинальная мощность автотрансформатора. В повышающих же трансформаторах с обмоткой НН, расположенной между обмотками ПО и ОО, проходную мощность в этих режимах приходится в некоторых случаях ограничивать ниже номинальной во избежание чрезмерно больших добавочных потерь в конструкции, обусловленных магнитным потоком рассеяния. При этих режимах потери короткого замыкания в понижающих автотрансформаторах могут достигать 60—70 % максимальных.

б) Режимы ВН—НН и НН—ВН являются чисто трансформаторными и позволяют осуществлять передачу энергии с мощностью, равной типовой мощности обмотки НН. В этих режимах потери короткого замыкания составляют около 50% максимальных.

в) Режимы СН—НН и НН—СН позволяют осуществить передачу с мощностью вплоть до типовой мощности обмотки НН. Эти режимы — чисто трансформаторные и обуславливают потери короткого замыкания, составляющие 45—55% максимальных (в понижающих автотрансформаторах).

г) Комбинированные трансформаторно-автотрансформаторные режимы ВН—СН и одновременно ВН—НН, а также СН—ВН и одновременно НН—ВН. В этих режимах имеют место максимальные потери короткого замыкания. Наибольшая допустимая мощность ограничивается током в последовательной обмотке, который не должен превосходить ее номинального тока. Если нагрузка на стороне НН отсутствует, то эти режимы переходят в автотрансформаторные ВН—СН и СН—ВН. При возрастании нагрузки обмотки НН должна соответственно снижаться мощность на стороне СН с тем, чтобы последовательная обмотка не перегружалась.

На рис. 6.9 приведены расчетные значения допустимой нагрузки на стороне СН и НН при заданных значениях coscp3 для случая coscp2 = 1. Индексы 1, 2, 3 относятся к стороне ВН, СН и НН соответственно. Кривые рис. 6.9 получены из условия полной загрузки последовательной обмотки, т. е. ток /j имеет номинальное значение.

д) Комбинированные трансформатор-но-автотрансформаторные режимы ВН—СН и одновременно НН—СН или СН—ВН и одновременно СН—НН. При этих режимах наибольшая мощность, которую можно подвести или снять со стороны СН, ограничивается током в общей обмотке. Примем, что общая обмотка полностью загружена, т. е. по ней протекает номинальный ток. При условии cos(pi = 1 и значении коэффициент выгодности р = 0,5 (автотрансформатор 220/110 кВ) построены кривые рис. 6.10.

Особенности перенапряжений в автотрансформаторах

Наличие непосредственной электрической связи обмоток определяет особенности импульсных перенапряжений в обмотках автотрансформаторов.

Последовательная обмотка автотрансформатора может подвергаться импульсным воздействиям как со стороны линейного конца ВН, так и со стороны линейного конца СН.

При воздействии грозовых импульсов со стороны ввода А последовательная обмотка автотрансформатора в отношении перенапряжений, воздействующих на продольную изоляцию, так называемых градиентов (в катушечных обмотках это главным образом воздействия на изоляцию между катушками), ведет себя как обмотка ВН трансформатора. Это происходит благодаря двум обстоятельствам. Во-первых, длина последовательной обмотки обычно достаточно большая и начальное распределение импульсного напряжения, определяющее величину перенапряжений в обмотке, в трансформаторе и в автотрансформаторе мало отличаются. Конечно, речь идет об автотрансформаторах, имеющих достаточно большой коэффициент трансформации, т. е. соотношения напряжений, встречающиеся на практике в энергетических системах, приведенные в таблице 6.1.

Во-вторых, при рассмотрении градиентных перенапряжений на продольной изоляции большая емкость на землю ввода Аmплюс волновое сопротивление подключенных линий равносильны заземлению этой точки.

Схема замещения для воздействия атмосферных перенапряжений в этом случае выглядит так, как показано на рис. 6.11.

Эта схема соединения обмоток применяется при испытаниях автотрансформаторов грозовыми импульсами, поскольку в этом случае именно продольная изоляция определяет импульсную прочность.

В случае небольшого коэффициента, т. е. при близких значениях напряжений вводов ВН и СН, продольная изоляция последовательной обмотки будет подвергаться очень жестким воздействиям со стороны обоих вводов. Однако на практике в энергосистемах такое сочетание напряжений (см. таблицу 6.1) не встречается.

В случаях отключения ввода Аmот сети и при воздействии полного грозового импульса на ввод А, колебания напряжения в обмотках, не создавая высоких перенапряжений на продольной изоляции, могут вызвать недопустимо высокие напряжения по отношению к земле на вводе Аm.

Такое же положение может быть в обратной схеме, т. е. недопустимо высокое напряжение на холостом вводе А при воздействии на ввод Аm.

В таблице 6.3 приведено сравнение потенциалов линейных концов ВН и СН однофазных автотрансформаторов и трансформатора при воздействии на один из них полного грозового импульса. Из этих данных видно, что при воздействии полного грозового импульса на ввод А (ВН) на вводе Ат (СН) потенциал достигает в понижающих трансформаторах 750 x 0,25 = 187,5 кВ, а в автотрансформаторах 750 x 0,68 = 510 кВ, вто время как испытательное напряжение для класса 110 кВ составляет 480 кВ (750 кВ — испытательное напряжение полною грозового импульса для класса 220 кВ.

При воздействии полного iрозового импульса на ввод Аm(110 кВ) на вводе А (220 кВ) соответственно получаем в трансформаторе 480 х 1,17 = 561,6 кВ и в трансформаторе 480 х 2,12 = 1051,6 к В, что 1акже превышает испыииельное напряжение полною фозового импульса для класса 220 кВ — 750 кВ.

В автотрансформаторе 500/230 к В напряжение на вводах Ат — 985,2 кВ, и А — 1950 кВ также превышает испытательное напряжение этих вводов.

Таким образом, во избежание пробоя изоляции автотрансформаюров в результате воздействия импульсных перенапряжений, линейные концы ВН и СН в эксплуатации должны быть защищены cooтвеютвующими разрядниками независимо от юю, подключен ли данный ввод авюфансформаюра к линии или нет.

Максимальные воздействия на продольную изоляцию, в частности на межкатушечную изоляцию, в трансформаторах и в автотрансформаторах практически не отличаются как при воздействии полною грозовою импульса, так и срезанного. Исключение составляет зона переключающего устройства (для переключения без возбуждения), в которой разница может быть значительной. Так в приведенном выше примере автотрансформатора 220/110 кВ максимальное значение напряжения полною грозовою импульса составило 34 % против 19,5% в трансформаторе. Это объясняется тем, что при одном и том же проценте регулирования количество отключаемых витков, отнесенное к числу витков последовательной обмотки, получается вдвое большим (при кп = 2), чем отнесенное к обмотке ВН в трансформаторе.

Для автотрансформаторов, имеющих регулирование напряжения под нагрузкой, возникает проблема обеспечения достаточной элекфпческоп прочности обмотки и переключающего устройства, когда они располагаются на линейном конце обмотки СН, как в схемах рис. 6.2 и 6.3.

В этом случае регулировочная обмотка и переключающее устройство должны выдерживать все воздействия, присущие классу обмотки СН. В некоторых случаях, когда напряжение ввода СН достаточно высоко, например 330 или 525 кВ, это оказывается затруднительным. Тогда приходится прибегать к косвенным методам регулирования, либо к регулированию в нейтрали.

Схема рис. 6.2. в которой регулировочная обмотка расположена на линейном конце ВН, применяется только в специальных трансформаторах с напряжением ВН не более 35 кВ. В этом случае затруднений с обеспечением импульсной прочности регулировочной обмотки и переключающею устройства обычно не бывает.

Третичная обмотка автотрансформатора

Третичная обмотка автотрансформатора (обмотка НН), как правило, бывает соединена в треугольник. В автотрансформаторе обмотка НН, соединенная по схеме треугольника, выполняет те же функции, что и в трансформаторе.

Стабилизация междуфазовых напряжений при несбалансированной нагрузке

Если однофазная нагрузка включена между двумя фазами, система токов на первичной стороне содержит составляющие прямой и обратной последовательности, но не содержит составляющих нулевой последовательности.

В случае однофазной нагрузки, включенной между фазой и нейтралью, токи обмоток содержат составляющую нулевой последовательности. Более благоприятны для однофазной нагрузки трансформаторы с большим сопротивлением нулевой последовательности.

Для трехстержневых трехфазных трансформаторов благодаря взаимному влиянию магнитных потоков трех стержней условия для однофазной нагрузки более благоприятны, чем, например, для группы однофазных трансформаторов или пятистержневых трансформаторов как и для трансформаторов броневого типа.

Без третичной обмотки (рис. 6.12) ток, протекающий в некомпенсированных фазах, является чисто намагничивающим, и насыщение приводит к искажению фазовых напряжений, смещению нейтрали и нагреву стенок бака вследствие искажения потока рассеяния. Введением треугольника третичной обмогки достигается баланс ампервит-ков в фазах и устраняются эти явления (рис. 6.13).

В любом случае однофазная нагрузка 10% от номинальной трехфазной мощности, включенная между линейным выводом фаз и нейтралью, может быть получена от трехстержневого трансформатора без чрезмерного смещения нейтрали.

Рис. 6.13. Распределение токов при однофазной нагрузке в трансформаторе с соединением обмоток звезда-звезда и в автотрансформаторе при наличии третичной обмотки, соединенной в треугольник.

Подавление третьей и кратных ей гармоник

При заземленной нейтрали третья гармоника присутствует в токе холостого хода Третья и кратные ей гармоники создают помехи в ближайших низковольтных кабелях, особенно в телефонных линиях, которые не защищены экранами.

В случае изолированной нейтрали гармоники появляются в напряжении и магнитном потоке, вызывая смещение нейтрали.

Треугольник третичной обмотки подавляет эти явления.

Применение магнитно-ориентированной стали для изготовления магнитной системы снижает ток холостого хода до минимального значения. При этом отрицательный эффект гармоник не очень заметен.

Уменьшение сопротивления нулевой последовательности

Соединение в треугольник применяется для уменьшения сопротивления нулевой последовательности трансформаторов, соединенных по схеме звезда — звезда, и, следовательно, сопротивления системы. Следствием этого является стабилизация ней i рал и как при однофазных замыканиях, так и при несимметричной нагрузке между фазой и нейтралью, а также уменьшение коэффициента заземления системы и возможных токов однофазных коротких замыканий.1

Для системы с эффективно заземленной нейтралью коэффициент заземления не превышает 1,4.

7.3.1. Сопротивление нулевой последовательности со стороны обмотки, соединенной в звезду с заземленной нейтралью, при разомкнутой вторичной обмотке
Возможны следующие случаи : Отсутствует обмотка, соединенная в треугольник:

1.1. Группа однофазных трансформаторов. Так как весь намагничивающий поток

может протекать в сердечнике, сопротивление нулевой последовательности при разомкнутой вторичной обмотке равно сопротивлению прямой последовательности, т.е. равно сопротивлению намагничивания и может быть принято равным бесконечности. При этом в баке тока нет.

1.2. Трехфазный трехстержневой трансформатор.

Коэффициентом заземления называют отношение напряжения рабочей частоты между здоровой фазой и землей при однофазном замыкании к напряжению этой фазы до замыкания.

Намагничивающие потоки одинаковы во всех трех стержнях. Поэтому поток должен замыкаться вне магнитопровода в среде с низкой магнитной проводимостью. В результате сопротивление нулевой последовательности оказывается сравнительно низким. Однако при разомкнутой вторичной обмотке оно все же оказывается в 5—10 раз больше, чем сопротивление короткого замыкания между обмотками. Это объясняется влиянием бака на магнитную проводимость вне магнитопровода, а, следовательно, на сопротивление нулевой последовательности.

Бак можно рассматривать как коротко-замкнутую обмотку. При низком напряжении бак является для потока рассеяния высокопроницаемой средой, причем значение сопротивления нулевой последовательности оказывается зависимой от напряжения.

1.3. Трехфазный пятистержневой трансформатор.

В пятистержневом трансформаторе боковые стержни, не несущие обмоток, могут служить путем для замыкания потока стержней. Поэтому сопротивление нулевой последовательности будет высоким. До напряжения примерно 30% номинального (в зависимости от конструкции) оно равно сопротивлению намагничивания.

При более высоком напряжении происходит насыщение боковых ярем и сопротивление уменьшается. Зависимость тока от напряжения будет соответствовать кривой намагничивания. При номинальном напряжении боковые стержни и ярма оказываются полностью насыщенными, и сопротивление нулевой последовательности будет примерно таким, как в случае 1.2.

2. При наличии третичной обмотки, соединенной в треугольник.

2.1. Группа однофазных трансформаторов.

Сопротивление нулевой последовательности при разомкнутой вторичной обмотке то же, что и сопротивление короткого замыкания между рассматриваемой обмоткой и третичными обмотками, так как треугольник третичных обмоток для токов нулевой последовательности аналогичен закороче-нию этих обмоток. Тока в стенках бака нет.

2.2. Трехфазный трехстерхневой трансформатор.

Бак действует как наружная обмотка, соединенная в треугольник, и сопротивление может быть определено с помощью методов расчета полей рассеяния.

Влияние бака несколько уменьшает сопротивление нулевой последовательности по сравнению с сопротивлением короткого замыкания возбуждаемой обмотки и обмотки, соединенной в треугольник.2.3. Трехфазный пятистержневой трансформатор.

До напряжения несколько выше 30% номинального сопротивление нулевой последовательности холостого хода равно сопротивлению короткого замыкания между рассматриваемой обмоткой и обмоткой, соединенной в треугольник. При напряжении, близком к номинальном, в баке появляется ток, и сопротивление может быть определено как в 2.2.

7.4. Подключение источников реактивной мощности или питание местных сетей
Возможна также выдача энергии в сеть ВН и СН при подключении генератора к обмотке НН. В этом случае обмотку удобно располагать между концентрами последовательной и общей обмоткой автотрансформатора.

Низкое значение сопротивления короткого замыкания между основными обмотками автотрансформатора и обмоткой НН может привести к высоким значениям тока короткого замыкания в этой обмотке. Кроме того, обмотка НН подвергается воздействию больших токов однофазных коротких замыканий. Поэтому часто возникает необходимость увеличить электродинамическую прочность третичной обмотки или увеличить ее сопротивление короткого замыкания.

Наличие третичной обмотки мощностью 1/3 S, где S — проходная мощность трансформатора, увеличивает его стоимость примерно на 10 %.

Для автотрансформаторов увеличение стоимости в зависимости от напряжений может достигать 50 % [4].

Поэтому, если нет требований подключения источников энергии НН, необходимость третичной обмотки с учетом п.п. 7.1 — 7.3 определяется условиями системы и конструкции трансформатора.

Обычно трехфазный трехстержневой трансформатор, мощность которого не превышает нескольких десятков MB • А, может изготавливаться без обмотки, соединенной в треугольник.

Такой же анализ всех условий необходим и для автотрансформатора, если по соображениям экономии стремиться определить возможность отказа от третичной обмотки.

Автотрансформаторы без третичной обмотки работают как в странах Европы и Америки, так и в России.

8. Преимущества и недостатки автотрансформаторов

При благоприятном соотношении первичного и вторичного напряжений автотрансформатор имеет существенные преимущества перед трансформатором с тем же соотношением напряжений и той же проходной мощностью. Автотрансформатор имеет меньшие массу, размеры, потери холостого хода и нагрузочные, намагничивающий ток и сопротивление короткого замыкания.

Как известно, линейные размеры трансформатора пропорциональны его мощности в степени 0,25 (S0,025), а объем и масса — в степени 0,75 (S0,75) при прочих равных условиях.

Таким образом, чем меньше типовая мощность по сравнению с проходной, тем меньше размеры, масса и потери автотрансформатора. Так при типовой мощности вдвое меньшей проходной, масса потери и ток холостого хода автотрансформатора будут на 10% меньше, чем у трансформатора той же проходной мощности. Благодаря снижению потерь повышается коэффициент полезного действия.

Снижение сопротивления короткого замыкания позволяет уменьшить падение напряжения при работе автотрансформатора.

Сниженные масса и размеры автотрансформатора создают более благоприятные условия для его доставки к месту установки. В случае необходимости трансформации очень большой мощности, например при связи двух очень мощных энергосистем, только автотрансформатор может быть изготовлен в пределах транспортных ограничений по массе и габаритным размерам, т. е. в одной транспортной единице.

8.2. Недостатки
Наличие гальванического соединения обмоток в автотрансформаторе имеет следствием определенные недостатки.

Как правило, обмотки автотрансформатора соединяют в звезду с заземленной нейтралью. Другие соединения теоретически возможны, но связаны с определенными неудобствами и поэтому применяются крайне редко. Режим заземления нейтрали обоих систем должен быть одинаковым: глухое заземление или заземление через сопротивление. При этом значение сопротивления должно быть таким, чтобы не возникало недопустимых напряжений на вводах СН здоровых фаз при замыкании на землю одной фазы в системе ВН.

Такая опасность возрастает по мере увеличения разницы напряжений двух систем. По той же причине не применяются автотрансформаторы в системах с заземленной нейтралью.

Каждый электрик должен знать:  Применение точечных потолочных светильников

Высокие потенциалы грозовых перенапряжений на холостом вводе автотрансформатора при воздействии волны перенапряжений на другой ввод вызывают необходимость установки на вводах разрядников, не отключаемых при отключении линии, присоединенной к этому вводу.

Последовательная обмотка автотрансформатора и его продольная изоляция может подвергаться очень жестким грозовым воздействиям в случае, когда значения напряжений двух систем близки. Однако на практике таких сочетаний напряжений не бывает.

Регулировочная обмотка при регулировании в линии ВН или СН подвергается всем воздействиям, нормированным для линейного ввода. Иногда обеспечить электрическую прочность изоляции регулировочной обмотки и переключающего устройства бывает затруднительно, особенно для сверхвысокого напряжения СН (класс 525 кВ и выше).

Сопротивление короткого замыкания автотрансформатора относительно мало, что является причиной более жестких воздействий токов короткого замыкания. Приходится принимать специальные меры для увеличения сопротивления короткого замыкания.

Особого внимания требует обеспечение прочности при однофазных замыканиях. Наличие обмотки НН (третичной обмотки) требует обеспечения ее динамической прочности, например, путем увеличения сопротивления нулевой последовательности (сопротивление в нейтрали или в треугольнике) [4].

8.3. Условия применения автотрансформаторов

По сравнению с обычными трансформаторами тех же параметров, автотрансформаторы имеют меньшие размеры, но требуют определенных условий, ограничивающих их применение в энергосистемах.

Без учета специальных применений, где альтернатива отсутствует, автотрансформаторы должны выбираться после детальною рассмотрения всех условий эксплуатации.

В общем случае решение о применении авютрансформаторов может быть принято при следующих условиях [4]:

— система с заземленной нейтралью;

— система имеет ограниченную мощность короткого замыкания:

— благоприятная ситуация с перенапряжениями;

— коэффициент трансформации, близкий к единице (0,5—2);

С.Д.Лизунов А.К.Лоханин «Силовые трансформаторы»

Автотрансформатор 220/100 1кВт

Описание и технические характеристики

Автотрансформатор 220/100 1кВт рассчитан на работу с различными устройствами общей мощностью до 1000Вт

  • Санкт-Петербург
  • Ириновский пр. 2 Проезд от метро Ладожская автобус № 15 ,№ 28 трамвай № 10 маршрутное такси № 90
  • Контактное лицо: Сергей Геннадьевич
  • Написать сообщение

похожие товары из категории Автотрансформаторы

Орбита сервис

Интернет-магазин создан на Energoportal.ru © 2006-2020

Предложения товаров не являются публичной офертой. Администрация не несет ответственность за достоверность
информации, размещенной пользователями портала.

Расчет автотрансформатора

Название Расчет автотрансформатора
Дата конвертации 17.11.2012
Размер 6.82 Kb.
Тип Документы
РАСЧЕТ АВТОТРАНСФОРМАТОРА.

Рассчитаем автотрансформатор по следующим исходным данным:

Максимальная мощность нагрузки – 3кВт;

Напряжение сети (напряжение на первичной обмотке) – 160В;

Выходное напряжение автотрансформатора – 220В.

Напряжение на вторичной обмотке автотрансформатора – 220В – 160В = 60В.

Ток в нагрузке – 3000Вт / 220В = 13,7А.

Если бы мы применяли для повышения напряжения обычный силовой трансформатор 160В / 220В, его мощность составляла бы тех самых 3кВт.

Расчет автотрансформатора мощностью до 1 кВт

В настоящее время наиболее распространены магнитопроводы следующих типов:

Кое-где еще можно встретить Ш-образные плаcтинчатые сердечники, расчет таких трансформаторов аналогичен расчету Ш-образного ленточного.

Тороидальный трансформатор может использоваться при мощностях от 30 до 1000 Вт, когда требуется минимальное рассеяние магнитного потока или когда требование минимального объема является первостепенным. Имея некоторые преимущества в объеме и массе перед другими типами конструкций трансформаторов, тороидальные являются вместе с тем и наименее технологичными (удобными) в изготовлении.

Исходными начальными данными для упрощенного расчета являются:

  • напряжение первичной обмотки U1;
  • напряжение вторичной обмотки U2;
  • ток вторичной обмотки I2;


1.Расчет трансформатора

Расчет габаритной мощности трансформатора

При выборе железа для трансформатора надо учитываять, чтобы габаритная мощность трансформатора была строго больше расчетной электрической мощности вторичных обмоток.

Мощность вторичной обмотки Р2 = I2 * U2 = Рвых

Если обмоток много, то мощность, отдаваемая трансформатором, определяется суммой всех мощностей вторичных обмоток (Рвых).

Другими словами — габаритная мощность трансформатора — это мощность которую способно «вынести» железо. Прежде чем перейти к формуле, сделаем несколько оговорок:

  • Главный качественный показатель силового трансформатора для радиоаппаратуры это его надежность. Следствие надежности — это минимальный нагрев трансформатора при работе (иными словами он должен быть всегда холодным!) и минимальная просадка выходных напряжений под нагрузкой (иными словами, трансформатор должен быть «жестким»).
  • В расчетах примем КПД трансформатора 0,95
  • Так как речь в статье пойдет об обычном сетевеом трансформаторе, примем рабочую частоту равной 50Гц.
  • Учитывая то, что нам нужен надежный трансформатор, и учитывая то, что напряжение в сети может иметь отклонения от 220 вольт до 10%, принимаем В=1,2 Тл
  • Плотность тока принимаем 3,5 А/мм2
  • Коэффициент заполнения сердечника сталью принимаем 0,95
  • Коэффициент заполнения окна принимаем 0,45

Исходя из принятых допущений, формула для расчета габаритной мощности у нас примет вид:

Р=1.9 * Sc * So
Где:
Sc и So — площади поперечного сечения сердечника и окна, соответственно [кв. см];

2. Определение количества витков в обмотках.

Прежде всего расчитываем количество витков в первичной обмотке.

упрощенная формула будет иметь вид:

Р=40 * U / Sc Где:
Sc — площадь поперечного сечения сердечника, соответственно [кв. см]; U — напряжение первичной обмотки [В];

Количество витков во вторичной обмотке можно расчитать по этой же формуле, увеличив число витков примерно на 5% (КПД трансформатора), но можно поступить проще: после того как намотана первичка — наматываем поверх нее 10 витков и измеряем напряжение. Зная какое напряжение требуется получить на выходе трансформатора и зная какое напряжение приходится на 10 витков — определяем необходимое число витков.

3. Расчет диаметра провода.

Рассчитываем диаметры проводов обмоток исходя из протекающих в них токов по следующим формулам (для меди, серебра или алюминия):

Автотрансформаторы

Наряду с трансформаторами для связи сетей и их элементов с разли­чающимися номинальными напряжениями широко применяют автотранс­форматоры.

Автотрансформатор представляет собой многообмоточный трансфор­матор, у которого две обмотки связаны магнитно и электрически (контактно). Наиболее экономически целесообразно применять автотрансформаторы для связи сетей с глухозаземленными нейтралями напряжением 110 кВ и выше с соотношением номинальных напряжений до 3-4, например, 220 и 110 кВ, 500 и 220 кВ и др. В энергосистемах нашли применение трехобмоточные ав­тотрансформаторы — трехфазные и однофазные, собираемые в трехфазные группы.

На рис. 6.4 изображена схема соединений обмоток трёхобмоточного автотрансформатора. Обмотка высшего напряжения (ВН) 1 состоит из двух обмоток — общей и последовательной. Обмотка среднего напряжения (СН) 2 является частью обмотки ВН и называется общей обмоткой, а остальная часть обмотки ВН — последовательной обмоткой. Третья обмотка 3 представляет собой обмотку низшего напряжения (НН) и связана с другими обмотка­ми только магнитно.

Рассмотрим условия работы понижающего трёхобмоточного авто­трансформатора (рис. 6.4). Автотрансформаторы могут работать в авто­трансформаторных и комбинированных режимах. При работе в автотранс­форматорном режиме мощность передаётся из сети ВН в сеть СН или наобо­рот. Третичная обмотка НН при этом не нагружена. При работе в комбини­рованном режиме к обмотке НН автотрансформатора присоединяется на­грузка или компенсирующие устройства. При этом мощность в последова­тельной и общей обмотке состоит из мощности, передаваемой в автотранс­форматорном режиме, и мощности, передаваемой через обмотку НН.

В отличие от трансформатора, где вся мощность с первичной обмотки ВН передается на вторичную обмотку СН магнитным полем, в автотранс­форматоре часть мощности передается непосредственно — без трансформа­ции, через электрическую (контактную) связь между последовательной и общей обмотками (электрическая мощность):

а также с помощью пронизывающего их магнитного потока, т. е. магнитным путем (трансформаторная мощность)

Сумма трансформаторной и электрической мощности равна проходной мощности автотрансформатора:

Под номинальной мощностью автотрансформатора понимается пре­дельная мощность, которая может быть передана через автотрансформатор по обмоткам ВН и СН, имеющим между собой автотрансформаторную связь. Для отечественных автотрансформаторов мощности обмоток ВН и СН оди­наковые и равны номинальной или проходной.

В общей обмотке протекает разность токов сетей ВН и СН. Поэтому эту обмотку рассчитывают на ток меньше номинального тока автотрансфор­матора, определяемого на стороне ВН, и она может иметь меньшую площадь сечения, чем обмотка того же напряжения двухобмоточного трансформатора. Меньшую площадь имеет и магнитопровод автотрансформатора. В результа­те, чем ближе к единице коэффициент трансформации

тем меньше расход активных материалов (меди обмоток, стали магнитопро-вода и изоляционных материалов) и приблизительно стоимость автотранс­форматора. Поэтому понижающие автотрансформаторы оказываются дешев­ле трансформаторов равной номинальной мощности, а применение авто­трансформаторов взамен трансформаторов становится тем выгоднее, чем ближе друг к другу напряжения

Мощность общей части обмоток 2 автотрансформатора

где =(1-1/к)=1-UСН/UВН -так называемый коэффициент выгодности.

Для характеристики автотрансформаторов введено также понятие ти­повой мощности, на которую рассчитывается последовательная обмотка:

Типовая мощность отображает экономическую сторону конструкции автотрансформаторов, т. е. расход активных материалов. Различие технико-экономических показателей трансформаторов и автотрансформаторов зави­сит от соотношения между номинальной и типовой (расчетной) мощностью, т. е. от коэффициента выгодности ав. Поскольку

то очевидно, что преимущества автотрансформатора проявляются в большой степени тогда, когда с его помощью связываются сети более близкие по но­минальным напряжениям.

Мощность обмотки НН, обычно равную 50 % номинальной мощности автотрансформатора, рассчитывают на передачу типовой мощности.

В отдельных автотрансформаторах мощность обмотки НН составляет 20, 25 и 40 % и не равна типовой мощности. В этом случае коэффициент вы­годности = (1 — Uсн/Uвн) не равен отношению = Sнн/Sвн) именуемому в дальнейшем коэффициентом приведения (пересчета).

Обмотка НН соединяется в треугольник, что способствует подавлению третьей гармоники фазных ЭДС, предотвращая их появление в линиях. Тре­тья обмотка (НН) предназначена для питания нагрузок, расположенных в районе рассматриваемой подстанции, а также для подключения компенси­рующих реактивную мощность устройств (батарей конденсаторов, синхрон­ных компенсаторов и др.). Номинальное напряжение третьей обмотки в зави­симости от удаленности нагрузок может быть 6,6; 11 и 38,5 кВ.

Наличие электрической связи между обмотками ВН и СН обусловлива­ет возможность применения автотрансформаторов только в сетях с глухозаземленной нейтралью, т. е. в сетях напряжением 110 кВ и выше, а сами авто­трансформаторы изготавливают с высшим напряжением не менее 150 кВ и средним 110 кВ. При отсутствии заземления нейтрали и замыкания на землю одной фазы в сети ВН потенциал относительно земли двух других фаз сети СН повысится до недопустимого значения. Если, например, выполнить авто­трансформатор напряжением 115/38,5/11кВ с изолированной нейтралью, то при замыкании на землю фазы А сети 110 кВ потенциал относительно земли фаз а и с сети 35 кВ повысится до 3,5 Uср. Это недопустимо как для изоляции обмотки 38,5 кВ автотрансформатора, так и аппаратуры сети 35 кВ.

Расчетная схема замещения трехобмоточного автотрансформатора, представляющая собой трехлучевую звезду с сопротивлениями обмоток ВН ­- Rв, Хв, СН — Rc, Xc, НН Rн, Хн, аналогична схеме замещения трехобмоточного трансформатора. Автотрансформаторы, как и трехобмоточные трансформа­торы, характеризуются потерями активной мощности ( Рх) и токами холостого хода (1х=1м) Сопротивления обмоток автотрансформаторов, так же как и трансформаторов, определяют по табличным данным трех опытов коротко­го замыкания.

Паспортные таблицы параметров автотрансформаторов содержат поте­ри короткого замыкания на три пары обмоток ( Ркв-с, Ркв-н, Ркс-н) или на одну пару обмоток ( Ркв-н). Указывают также и значения напряжения корот­кого замыкания к вс, ик вн, ик сн). Причем величины Рк вс, ик вс дают отне­сенными к номинальной мощности, а две пары других параметров в ряде случаев указывают приведенными к мощности обмотки НН или типовой мощности. Эта особенность записи параметров автотрансформаторов отра­жает условия выполнения опытов короткого замыкания.

При коротком замыкании обмотки НН, мощность которой меньше но­минальной автотрансформатора, напряжение поднимается до значения, определяющего в этой обмотке ток, соответствующий номинальной мощно­сти обмотки НН, а не номинальной мощности автотрансформатора ^ном. При коротком замыкании на стороне СН напряжение на стороне ВН может подняться до значения, при котором ток в последовательной обмотке дости­гает значения, определяющего номинальную мощность автотрансформатора.

В связи с этим паспортные данные автотрансформаторов на пару обмо­ток Рк вс приводятся отнесенными к номинальной мощности автотрансфор­матора, а значения Рк вн и Рк сн (обозначим в виде Рк) — к номинальной мощности обмотки НН:

которые необходимо пересчитать к номинальной мощности авто­трансформатора:

Взяв отношение выражений (6.15) к (6.16) , получим

где = Sнн / S ном — коэффициент приведения.

После этого расчет активных сопротивлений автотрансформатора вы­полняют по формуле (6.5), предварительно определив по выражениям (6.3) потери короткого замыкания соответствующих обмоток. Если заданы потери короткого замыкания на одну пару обмоток, например величина Рк в-с, то расчет выполняют по выражениям (6.5), если известны потери Рк в-н, то, учитывая, что

определяют сопротивления автотрансформатора по формулам

Реактивные сопротивления лучей Хв, Хс, Хн схемы замещения вычисля­ют с помощью соответствующих выражений. При этом напряжения коротко­го замыкания uк в-н, uк с-н, отнесенные к номинальной мощности третьей об­мотки

должны быть приведены к номинальной мощности автотрансформатора:

Если выполнить деление выражений (6.19) на соответствующие вели­чины (6.20), то получим значения, приведенные к номинальной мощности автотрансформатора:

В технических справочниках, как правило, даются уже приведенные значения и , которые непосредственно подставляют в формулы для определения индуктивного сопротивления.

Являются ли значения приведенными, можно выяснить, вычислив по (6.4) для одного из автотрансформаторов значения uкв, uкс, uкн. Если одно из них, например , будет нулевым или близким к нулю, то табличные данные автотрансформатора являются приведенными к номинальной мощности ав­тотрансформатора.

Трехобмоточные автотрансформаторы имеют несколько вариантов ре­гулирования напряжения под нагрузкой (РПН): в нейтрали обмоток ВН и СН (рис. 6.5, а), на выводах обмотки СН (рис. 6.5, б) либо со стороны ВН (рис. 6.5, в). При задании трансформации идеальными трансформаторами в схеме замещения следует учитывать расположенные РПН. Для автотранс­форматоров с РПН в общей нейтрали обмоток коэффициенты трансформации определяются следующим образом:

В случае автотрансформаторов с РПН только на ступени СН:

При установке РПН на стороне ВН определим коэффициенты транс­формации в виде

В этих выражениях U — добавочное напряжение при переходе на от­ветвления, при которых коэффициент трансформации отличается от номи­нального.

В схемах замещения автотрансформатора (рис. 6.6) используются толь­ко два коэффициента трансформации, например kв-с и kв-н в случае (а), когда поток мощности направлен от ВН к СН, kс-в и kс-н в случае (б), если поток мощности имеет направление СН-ВН.

Проводимости поперечных ветвей, как и двухобмоточного трансфор­матора, вычисляют по формулам (5.17) и (5.18).

ЛЕКЦИЯ 7. МОДЕЛИРОВАНИЕ ТРАНСФОРМАТОРОВ С РАСЩЕПЛЁННЫМИ ОБМОТКАМИ И КОМПЕНСИРУЮЩИХ УСТРОЙСТВ

1. Особенности двухобмоточных трансформаторов с расщеплённой обмоткой низшего напряжения. Схема соединения обмоток, схема замеще­ния.

2. Определение параметров схемы замещения.

3. Условные и буквенные обозначения трансформаторов.

4. Определение коэффициента трансформации.

5. Назначение и необходимость использования компенсирующих уст­ройств.

6. Назначение конденсаторной батареи.

7. Применение устройства продольной ёмкостной компенсации.

8. Использование синхронных компенсаторов.

9. Принципиальные схемы и особенности применения статических ти-ристорных компенсаторов.

РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН ТРАНСФОРМАТОРОВ И АВТОТРАНСФОРМАТОРОВ

Расчет трансформатора начинается с определения основных электрических величин — мощности на одну фазу и стержень, номинальных токов на стороне ВН и НН, фазных токов и напряжений.

Мощность одной фазы трансформатора, кВ·А,

мощность на одном стержне

где с — число активных (несущих обмотки) стержней трансформатора; S — номинальная мощность трансформатора, кВ·А.

Для трехобмоточного трансформатора под мощностью S следует понимать наибольшее из трех значений номинальной мощности для обмоток ВН, СН и НН.

Номинальный (линейный) ток обмотки ВН, СН и НН трехфазного трансформатора, А,

где S — мощность трансформатора, кВ·А; для трехобмоточного трансформатора S — мощность соответствующей обмотки ВН, СН или НН; U — номинальное линейное напряжение соответствующей обмотки, В.

Для расщепленных обмоток S — мощность соответствующей части обмотки. В трансформаторах классов напряжения 35—500 кВ, отвечающих требованиям современных стандартов, расщепление обмотки производится на две части, равные по мощности.

Номинальный ток однофазного трансформатора, А,

Фазный ток обмотки одного стержня трехфазного трансформатора, А:

при соединении обмоток в звезду или зигзаг

при соединении обмоток в треугольник

где номинальный ток I определяется по (3.3).

Фазное напряжение трехфазного трансформатора, В:

при соединении в звезду или зигзаг

здесь U — номинальное линейное напряжение соответствующей обмотки, В.

при соединении в треугольник

При соединении в зигзаг результирующее фазное напряжение образуется геометрическим сложением напряжений двух частей обмотки, находящихся на разных стержнях (рис. 3.1). В силовых трансформаторах общего назначения обе части обмотки на каждом стержне имеют равное число витков. В этом случае фазное напряжение образуется суммой равных напряжений двух частей обмотки, сдвинутых на 60°. Напряжение одной части обмотки фазы при этом может быть получено из формулы

Общее число витков такой обмотки на одном стержне будет определяться не Uф, как при соединении в звезду, а 2Uф / , т, е. увеличится в 1,155 раза.

Рис. 3.1. Схема соединения в зигзаг:

а — общая схема; б — диаграмма фазных и линейных напряжений при разделении фазных обмоток на две равные части; в — то же, когда обмотки делятся на неравные части

При соединении в зигзаг обмотка фазы может разделяться на две неравные части. В этом случае может быть получен поворот системы фазных и линейных напряжений схемы на любой угол в зависимости от того, в каком отношении находятся числа витков двух частей обмотки фазы (рис. 3.1,в ). При заданном угле β обмотка каждой фазы должна быть разделена в отношении

Фазный ток и напряжение однофазного трансформатора равны его номинальным току и напряжению. Ток и напряжение обмотки одного стержня в однофазном трансформаторе зависят от соединения обмоток стержней — последовательного или параллельного. При последовательном соединении обмоток двух стержней ток обмотки одного стержня равен номинальному току, а напряжение — половине номинального напряжения. При параллельном соединении обмоток двух стержней ток обмотки одного стержня равен половине номинального тока, а напряжение — номинальному напряжению. В обоих случаях предполагается, что числа витков обмоток обоих стержней равны.

Для определения изоляционных промежутков между обмотками и другими токоведущими частями и заземленными деталями трансформатора существенное значение имеют испытательные напряжения, при которых проверяется электрическая прочность* изоляции трансформатора. Эти испытательные напряжения определяются по табл. 4.1 для каждой обмотки трансформатора по ее классу напряжения.

Потери короткого замыкания, указанные в задании, дают возможность определить активную составляющую напряжения короткого замыкания, %:

Реактивная составляющая при заданном ик определяется по формуле

Расчет основных электрических величин для автотрансформатора имеет некоторые особенности. Типовая или расчетная мощность однофазного автотрансформатора

может быть определена по заданным проходной мощности Sпрох и номинальным напряжениям U и U’:

Рис. 3.2. Схема соединения обмоток однофазного двухобмоточного повышающего автотрансформатора

Рис. 3.2. Схема соединения обмоток однофазного двухобмоточного понижающего автотрансформатора

для повышающего автотрансформатора (рис. 3.2)

для понижающего автотрансформатора (рис. 3.3)

Коэффициент kв=(U’-U)/U’ для повышающего или kв=(U-U’)/U для понижающего автотрансформатора, показывающий, какую долю составляют типовая (расчетная) мощность Sтип от проходной мощности Sпрох, иногда называют коэффициентом выгодности автотрансформатора (

* Здесь и далее электрическая прочность понимается как способность изоляции трансформатора и его частей выдерживать без повреждений те воздействия электрического напряжения, которые возникают при проведении испытаний, установленных нормативными документами (ГОСТ, технические условия), и в эксплуатации.

Для трехфазного автотрансформатора (рис. 3.4) с обмотками, соединенными в звезду, под U и U’ в (3.12) следует понимать линейные напряжения. Соединение обмоток в треугольник для силовых автотрансформаторов обычно не применяется.

Рис. 3.4. Схема соединения обмоток трехфазного двухобмоточного повышающего трансформатора

Коэффициент kв всегда меньше единицы и Sтип 3 /( U) = 100000·10 3 /( ·231000) = 250 А;

I’ = Sпрох·10 3 /( U’) = 100000·10 3 /( ·121000) = 480 А;

Iл3= Sпрох·10 3 /( UНН) = 50000·10 3 /( ·38500) = 750 А;

I2 = I = 250А; I1 = I’- I=480-250 = 230 А;

U= Uл/ =231000/ = 133000 В;

U’= U’л/ = 121000/ =69700 В.

U1= U’=69700 В; U2=U-U’=133000-69700 = 63300 В;

Расчетное напряжение короткого замыкания между обмотками ВН и СН

Напряжения короткого замыкания между обмотками ВН и НН, СН и НН, имеющими трансформаторную связь, не пересчитываются, но при реально возможной нагрузке на обмотках ВН—НН или СН—НН, равной 0,5, Sпрох будут равны: для ВН — НН 0,5·31 = 15,5% и для СН— НН 0,5·19 = 9,5%.

Дата добавления: 2015-09-15 ; просмотров: 795 . Нарушение авторских прав

Подарки и советы

Множество идей оригинальных и приятных подарков по любому событию и на все случаи жизни

Как расчитать сетевой трансформатор. Простейший расчет силовых трансформаторов и автотрансформаторов

Простейший расчет силового трансформатора позволяет найти сечение сердечника, число витков в обмотках и диаметр провода. Переменное напряжение в сети бывает 220 В, реже 127 В и совсем редко 110 В. Для транзисторных нужно постоянное напряжение 10 — 15 В, в некоторых случаях, например для мощных выходных каскадов НЧ — 25÷50 В. Для анодных и экранных цепей электронных ламп чаще всего используют постоянное напряжение 150 — 300 В, для накальных цепей ламп переменное напряжение 6,3 В. Все напряжения, необходимые для какого-либо устройства, получают от одного трансформатора, который называют силовым.

Силовой трансформатор выполняется на разборном стальном сердечнике из изолированных друг от друга тонких Ш-образных, реже П-образных пластин, а так же вытыми ленточными сердечниками типа ШЛ и ПЛ (Рис. 1).

Его размеры, а точнее, площадь сечения средней части сердечника выбираются с учетом общей мощности, которую трансформатор должен передать из сети всем своим потребителям.

Упрощенный расчет устанавливает такую зависимость: сечение сердечника S в см², возведенное в квадрат, дает общую мощность трансформатора в Вт.

Например, трансформатор с сердечником, имеющим стороны 3 см и 2 см (пластины типа Ш-20, толщина набора 30 мм), то есть с площадью сечения сердечника 6 см², может потреблять от сети и «перерабатывать» мощность 36 Вт. Это упрощенный расчет дает вполне приемлемые результаты. И наоборот, для электрического устройства нужна мощность 36 Вт, то извлекая квадратный корень из 36, узнаем, что сечение сердечника должно быть 6 см².

Например, должен быть собран из пластин Ш-20 при толщине набора 30 мм, или из пластин Ш-30 при толщине набора 20 мм, или из пластин Ш-24 при толщине набора 25 мм и так далее.

Сечение сердечника нужно согласовать с мощностью для того, чтобы сталь сердечника не попадала в область магнитного насыщения. А отсюда вывод: сечение всегда можно брать с избытком, скажем, вместо 6 см² взять сердечник сечением 8 см² или 10 см². Хуже от этого не будет. А вот взять сердечник с сечением меньше расчетного уже нельзя т. к. сердечник попадет в область насыщения, а индуктивность его обмоток уменьшится, упадет их индуктивное сопротивление, увеличатся токи, трансформатор перегреется и выйдет из строя.

В силовом трансформаторе несколько обмоток. Во-первых, сетевая, включаемая в сеть с напряжением 220 В, она же первичная.

Кроме сетевых обмоток, в сетевом трансформаторе может быть несколько вторичных, каждая на свое напряжение. В трансформаторе для ламповых обычно две обмотки — накальная на 6,3 В и повышающая для анодного выпрямителя. В трансформаторе для транзисторных чаще всего одна обмотка, которая питает один выпрямитель. на какой-либо каскад или узел нужно подать пониженное напряжение, то его получают от того же выпрямителя с помощью гасящего резистора или делителя напряжения.

Число витков в обмотках определяется по важной характеристике трансформатора, которая называется «число витков на вольт», и зависит от сечения сердечника, его материала, от сорта стали. Для распространенных типов стали можно найти «число витков на вольт», разделив 50-70 на сечение сердечника в см:

Так, взять сердечник с сечением 6 см², то для него получится «число витков на вольт» примерно 10.

Многие электронные и радиотехнические устройства получают питание от нескольких источников постоянного напряжения. Они относятся к так называемым вторичным источникам питания. В качестве первичных источников выступают сети переменного тока, напряжением 127 и 220 вольт, с частотой 50 Гц. Для обеспечения аппаратуры постоянным напряжением, вначале требуется выполнить повышение или понижение сетевого напряжения до необходимого значения. Чтобы получить требуемые параметры, необходимо произвести расчет трансформатора, который выполняет функцию посредника между электрическими сетями и приборам, работающими при постоянном напряжении.

Расчет силового трансформатора

Для точного расчета трансформатора требуются довольно сложные вычисления. Тем не менее, существуют упрощенные варианты формул, используемые радиолюбителями при создании силовых трансформаторов с заданными параметрами.

В начале нужно заранее рассчитать величину силы тока и напряжения для каждой обмотки. С этой целью на первом этапе определяется мощность каждой повышающей или понижающей вторичной обмотки. Расчет выполняется с помощью формул : P 2 = I 2 xU 2 ; P 3 = I 3 xU 3 ;P 4 = I 4 xU 4 , и так далее. Здесь P 2 , P 3 , P 4 являются мощностями, которые выдают обмотки трансформатора, I 2 , I 3 , I 4 — сила тока, возникающая в каждой обмотке, а U 2 , U 3 , U 4 — напряжение в соответствующих обмотках.

Определить общую мощность трансформатора (Р) необходимо отдельные мощности обмоток сложить и полученную сумму умножить на коэффициент потерь трансформатора 1,25. В виде формулы это выглядит как: Р = 1,25 (Р 2 + Р 3 + Р 4 + …).

Исходя из полученной мощности, выполняется расчет сечения сердечника Q (в см2). Для этого необходимо извлечь квадратный корень из общей мощности и полученное значение умножить на 1,2: . С помощью сечения сердечника необходимо определить количество витков n , соответствующее 1 вольту напряжения: n 0 = 50/Q.

На следующем этапе определяется количество витков для каждой обмотки. Вначале рассчитывается первичная сетевая обмотка, в которой количество витков с учетом потерь напряжения составит: n 1 = 0,97 xn 0 xU 1 . Вторичные обмотки рассчитываются по следующим формулам: n 2 = 1,03 x n 0 x U 2 ; n 3 = 1,03 x n 0 x U 3 ;n 4 = 1,03 x n 0 x U 4 ;…

Любая обмотка трансформатора имеет следующий диаметр проводов:
где I — сила тока, проходящего через обмотку в амперах, d — диаметр медного провода в мм. Определить силу тока в первичной (сетевой) обмотке можно по формуле: I 1 = P/U 1. Здесь используется общая трансформатора.

Далее выбираются пластины для сердечника с соответствующими типоразмерами. В связи с этим, вычисляется площадь, необходимая для размещения всей обмотки в окне сердечника. Необходимо воспользоваться формулой: S м = 4 x (d 1 2 n 1 + d 2 2 n 2 +d 3 2 n 3 + d 4 2 n 4 + …), в которой d 1 , d 2 , d 3 и d 4 — диаметр провода в мм, n 1 , n 2 , n 3 и n 4 — количество витков в обмотках. В этой формуле берется в расчет толщина изоляции проводников, их неравномерная намотка, место расположения каркаса в окне сердечника.

Полученная площадь S м позволяет выбрать типоразмер пластины таким образом, чтобы обмотка свободно размещалась в ее окне. Не рекомендуется выбирать окно, размеры которого больше, чем это необходимо, поскольку это снижает нормальную работоспособность трансформатора.

Заключительным этапом расчетов будет определение толщины набора сердечника (b), осуществляемое по следующей формуле: b = (100 xQ)/a, в которой «а» — ширина средней части пластины. После выполненных расчетов можно выбирать сердечник с необходимыми параметрами.

Как рассчитать мощность трансформатора

Чаще всего необходимость расчета мощности трансформатора возникает при работе со сварочной аппаратурой, особенно когда технические характеристики заранее неизвестны.

Мощность трансформатора тесно связана с силой тока и напряжением, при которых аппаратура будет нормально функционировать. Самым простым вариантом будет умножение значения напряжения на величину силы тока, потребляемого устройством. Однако на практике не все так просто, прежде всего из-за различия в типах устройств и применяемых в них сердечников. В качестве примера рекомендуется рассматривать Ш-образные сердечники, получившие наиболее широкое распространение, благодаря своей доступности и сравнительно невысокой стоимости.

Для расчета мощности трансформатора понадобятся параметры его обмотки. Эти вычисления проводятся по такой же методике, которая рассматривалась ранее. Наиболее простым вариантом считается практическое измерение обмотки трансформатора. Показания нужно снимать аккуратно и максимально точно. После получения всех необходимых данных можно приступать к расчету мощности.

Ранее, для определения площади сердечника применялась формула: S=1,3*√Pтр. Теперь же, зная площадь сечения магнитопровода, эту формулу можно преобразовать в другой вариант: Р тр = (S/1,3)/2. В обеих формулах число 1,3 является коэффициентом с усредненным значением.

Расчёт трансформатора по сечению сердечника

Конструкция трансформатора зависят от формы магнитопровода. Они бывают стержневыми, броневыми и . В стержневых трансформаторах обмотки наматываются на стержни сердечника. В броневых — магнитопроводом только частично обхватываются обмотки. В тороидальных конструкциях выполняется равномерное распределение обмоток по магнитопроводу.

Для изготовления стержневых и броневых сердечников используются отдельные тонкие пластины из трансформаторной стали, изолированные между собой. Тороидальные магнитопроводы представляют собой намотанные рулоны из ленты, для изготовления которых также используется трансформаторная сталь.

Важнейшим параметром каждого сердечника считается площадь поперечного сечения, оказывающая большое влияние на мощность трансформатора. КПД стержневых трансформаторов значительно превышает такие же показатели у броневых устройств. Их обмотки лучше охлаждаются, оказывая влияние на допустимую плотность тока. Поэтому в качестве примера для расчетов рекомендуется рассматривать именно эту конструкцию.

В зависимости от параметров сердечника, определяется значение габаритной мощности трансформатора. Она должна превышать электрическую, поскольку возможности сердечника связаны именно с габаритной мощностью. Эта взаимная связь отражается и в расчетной формуле: S о хS с = 100 хР г /(2,22 * В с х j х f х k о х k c). Здесь S о иS с являются соответственно площадями окна и поперечного сечения сердечника, Рг — значение габаритной мощности, Вс — показатель магнитной индукции в сердечнике, j — в проводниках обмоток, f — частота переменного тока, k о и k c — коэффициенты заполнения окна и сердечника.

Как определить число витков обмотки трансформатора не разматывая катушку

При отсутствии данных о конкретной модели трансформатора, количество витков в обмотках определяется при помощи одной из функций мультиметра.

Мультиметр следует перевести в режим . Затем определяются выводы всех имеющихся обмоток. Если между магнитопроводом и катушкой имеется зазор, то сверху всех обмоток наматывается дополнительная обмотка из тонкого провода. От количества витков будет зависеть точность результатов измерений.

Один щуп прибора подключается к концу основной обмотки, а другой щуп — к дополнительной обмотке. По очереди выполняются измерения всех обмоток. Та из них, у которой наибольшее сопротивление, считается первичной. Полученные данные позволяют выполнить расчет трансформатора и вместе с другими параметрами выбрать наиболее оптимальную конструкцию для конкретной электрической цепи.

  • Что представляет собой трансформатор?
    • Немного истории
    • Как устроен и как работает трансформатор?
  • Как осуществить расчет трансформатора?
  • Изготовление трансформатора
    • Сборка каркасов катушек для стержневого или броневого сердечника
    • Намотка катушек
    • Окончание сборки трансформатора
    • Проверка изготовленного трансформатора

Трансформатор, история применения которого насчитывает почти полтора века, все это время служит человечеству верой и правдой. Его назначение — преобразование напряжения переменного тока. Это одно из немногих устройств, КПД которого может достигать почти 100%.

Как рассчитать и намотать обмотки трансформатора, каким может быть его сердечник, каковы особенности конструкции трансформаторов различного назначения, как они работают — вопросы, которые могут заинтересовать многих. Ниже предлагаются ответы на большинство этих вопросов.

Что представляет собой трансформатор?

Вернуться к оглавлению

Немного истории

В 70-х годах XIX века русский ученый П.Н. Яблочков изобрел электродуговой источник света — «свечу Яблочкова». Первоначально источниками питания дуги служили мощные гальванические батареи, но аноды в этом случае сгорали быстрее. Тогда ученый решил использовать в качестве источника тока для своего изобретения генератор переменного тока.

В этом случае возникало другое затруднение: после того как зажигалась одна электрическая свеча, из-за уменьшения напряжения на зажимах генератора возгорание других светильников было затруднено. Задача была решена, когда для питания каждого источника света был применен свой трансформатор. Эти первые трансформаторы имели незамкнутые сердечники из пучков стальной проволоки и, как следствие, обладали низким КПД. Трансформаторы с замкнутыми сердечниками, подобные современным, появились лишь спустя 9 лет.

Вернуться к оглавлению

Как устроен и как работает трансформатор?

Рисунок 1. Схема самого простого трансформатора.

Самый простой трансформатор — это сердечник из вещества с большой магнитной проницаемостью и две намотанных на него обмотки (рис. 1а). При пропускании через первичную обмотку переменного тока силой I 1 в сердечнике возникает меняющийся магнитный поток Ф, которым пронизывается как первичная, так и вторичная обмотка.

В каждом из витков этих обмоток находится одинаковая по численному значению ЭДС индукции. Таким образом, отношения ЭДС в обмотках и витков в них одинаковы. На холостом ходу (I 2 = 0) напряжения на обмотках практически равны ЭДС индукции в них, следовательно, для напряжений также выполняется соотношение:

U 1 / U 2 ≈ N 1 / N 2, где

N 1 и N 2 — число витков в обмотках.

Отношение U 1 / U 2 называют еще коэффициентом трансформации (k). Если U 1 > U 2 , трансформатор называют повышающим (рис. 1б), при U 1 Назначение и функциональность

Итак, какие функции выполняет трансформатор?

  1. Это снижение напряжения до необходимых параметров.
  2. С его помощью снижается гальваническая развязка сети.

Что касается второй функции, то необходимо дать пояснения. Обе обмотки (первичная и вторичная) трансформатора тока между собой напрямую не соединены. Значит, сопротивление прибора, по сути, должно быть бесконечным. Правда, это идеальный вариант. Соединение же обмоток происходит через магнитное поле, создаваемой первичной обмоткой. Вот такой непростой функционал.

Расчет

Существует несколько видов расчетов, которыми пользуются профессионалы. Для новичков все они достаточно сложные, поэтому рекомендуем так называемый упрощенный вариант. В его основе лежат четыре формулы.

Формула закона трансформации

Итак, закон трансформации определяется нижеследующей формулой:

  • U1 – напряжение на первичной обмотке,
  • U2 – на вторичной,
  • n1 – количество витков на первичной обмотке,
  • n2 – на вторичной.

Так как разбирается именно сетевой трансформатор, то напряжение на первичной обмотке у него будет 220 вольт. Напряжение же на вторичной обмотке – это необходимый для вас параметр. Для удобства расчета берем его равным 22 вольт. То есть, в данном случае коэффициент трансформации будет равен 10. Отсюда и количество витков. Если на первичной обмотке их будет 220, то на вторичной 22.

Представьте, что прибор, который будет подсоединен через трансформатор, потребляет нагрузку в 1 А. То есть, на вторичную обмотку действует именно этот параметр. Значит, на первичную будет действовать нагрузка 0,1 А, потому что напряжение и сила тока находятся в обратной пропорциональности.

А вот мощность, наоборот, в прямой зависимости. Поэтому на первичную обмотку будет действовать мощность: 220×0,1=22 Вт, на вторичную: 22×1=22 Вт. Получается, что на двух обмотках мощность одинаковая.

Внимание! Если в собираемом вами трансформаторе не одна вторичная обмотка, то мощность первичной состоит из суммы мощностей вторичных.

Что касается количества витков, то рассчитать их на один вольт не составит большого труда. В принципе, это можно сделать методом «тыка». К примеру, наматываете на первичную обмотку десять витков, проверяете на ней напряжение и полученный результат делите на десять. Если показатель совпадает с необходимым для вас напряжением на выходе, то, значит, вы попали в яблочко. Если напряжение снижено, значит, придется увеличить количество витков, и наоборот.

И еще один нюанс. Специалисты рекомендуют наматывать витки с небольшим запасом. Все дело в том, что на самих обмотках всегда присутствуют потери напряжения, которые необходимо компенсировать. К примеру, если вам нужно напряжение на выходе 12 вольт, то расчет количества витков проводится из расчета напряжения в 17-18 В. То есть, компенсируются потери.

Площадь сердечника

Как уже было сказано выше, мощность блока питания – это сумма мощностей всех его вторичных обмоток. Это основа выбора самого сердечника и его площади. Формула такая:

В этой формуле мощность устанавливается в ваттах, а площадь получается в сантиметрах квадратных. Если сам сердечник имеет Ш-образную конструкцию, то сечение берется среднего стержня.

Обратите внимание! Все полученные расчетным путем параметры имеют неокругленную цифру, поэтому округлять надо обязательно и всегда только в большую сторону. К примеру, расчетная мощность получилась 35,8 Вт, значит, округляем до 40 Вт.

Количество витков в первичной обмотке

Здесь используется следующая формула:

n=50*U1/S, понятно, что U1 равно 220 В.

Кстати, эмпирический коэффициент «50» может изменяться. К примеру, чтобы блок питания не входил в насыщение и тем самым не создавал лишних помех (электромагнитных), то лучше в расчете использовать коэффициент «60». Правда, это увеличит число витков обмотки, трансформатор станет немного больше в размерах, но при этом снизятся потери, а, значит, режим работы блока питания станет легче. Здесь важно, чтобы количество обмоток уместилось.

Сечение провода

И последняя четвертая формула касается сечения используемого медного провода в обмотках.

d=0,8*√I, где d – это диаметр провода, а «I» — сила тока в обмотке.

Расчетный диаметр необходимо также округлить до стандартной величины.

Итак, вот четыре формулы, по которым проводится подбор трансформатора тока. Здесь неважно покупаете ли вы готовый прибор или собираете его самостоятельно. Но учтите, что такой расчет подходит только для сетевого трансформатора, который будет работать от сети в 220 В и 50 Гц.

Для высокочастотных приборов используются совершенно другие формулы, где придется проводить расчет потерь трансформатора тока. Правда, формула коэффициента трансформации и у него точно такая же. Кстати, в этих устройствах устанавливается ферромагнитный сердечник.

Заключение по теме

В этой статье мы постарались ответить на вопрос, как рассчитать трансформатор сетевого типа? Данный принцип подбора является упрощенным. Но для практических целей он даже очень достаточный. Так что новичкам лучше использовать именно его, и не лезть в дебри математических выкладок с большим количеством составляющих. Конечно, в нем не учитываются все потери, но округления показателей компенсируют их.

Типы магнитопроводов силовых трансформаторов.

Магнитопровод низкочастотного трансформатора состоит из стальных пластин. Использование пластин вместо монолитного сердечника уменьшает вихревые токи, что повышает КПД и снижает нагрев.

Магнитопроводы вида 1, 2 или 3 получают методом штамповки.
Магнитопроводы вида 4, 5 или 6 получают путём навивки стальной ленты на шаблон, причём магнитопроводы типа 4 и 5 затем разрезаются пополам.

1, 4 – броневые,
2, 5 – стержневые,
6, 7 – кольцевые.

Чтобы определить сечение магнитопровода, нужно перемножить размеры «А» и «В». Для расчётов в этой статье используется размер сечения в сантиметрах.

Трансформаторы с витыми стержневым поз.1 и броневым поз.2 магнитопроводами.

Трансформаторы с штампованными броневым поз.1 и стержневым поз.2 магнитопроводами.

Трансформаторы с витыми кольцевыми магнитопроводами.

Как определить габаритную мощность трансформатора.

Габаритную мощность трансформатора можно приблизительно определить по сечению магнитопровода. Правда, ошибка может составлять до 50%, и это связано с рядом факторов. Габаритная мощность напрямую зависит от конструктивных особенностей магнитопровода, качества и толщины используемой стали, размера окна, величины индукции, сечения провода обмоток и даже качества изоляции между отдельными пластинами.

Чем дешевле трансформатор, тем ниже его относительная габаритная мощность.
Конечно, можно путём экспериментов и расчетов определить максимальную мощность трансформатора с высокой точностью, но смысла большого в этом нет, так как при изготовлении трансформатора, всё это уже учтено и отражено в количестве витков первичной обмотки.
Так что, при определении мощности, можно ориентироваться по площади сечения набора пластин проходящего через каркас или каркасы, если их две штуки.

Где:
P – мощность в Ваттах,
B – индукция в Тесла,
S – сечение в см²,
1,69 – постоянный коэффициент.

Сначала определяем сечение, для чего перемножаем размеры А и Б.

S = 2,5 * 2,5 = 6,25 см²

Затем подставляем размер сечения в формулу и получаем мощность. Индукцию я выбрал 1,5Tc, так как у меня броневой витой магнитопровод.

P = 1,5 * 6,25² / 1,69 = 35 Ватт

Если требуется определить необходимую площадь сечения манитопровода исходя из известной мощности, то можно воспользоваться следующей формулой:

Нужно вычислить сечение броневого штампованного магнитопровода для изготовления трансформатора мощностью 50 Ватт.

S = ²√ (50 * 1,69 / 1,3) = 8см²

О величине индукции можно справиться в таблице. Не стоит использовать максимальные значения индукции, так как они могут сильно отличаться для магнитопроводов различного качества.

Максимальные ориентировочные значения индукции.

В домашнем хозяйстве бывает необходимо оборудовать освещение в сырых помещениях: подвале или погребе и т.д. Эти помещения имеют повышенную степень опасности поражения электрическим током.

В этих случаях следует пользоваться электрооборудованием, рассчитанным на пониженное напряжение питания, не более 42 вольт .
Можно пользоваться электрическим фонарем с батарейным питанием или воспользоваться понижающим трансформатором с 220 вольт на 36 вольт .

В качестве примера давайте рассчитаем и изготовим однофазный силовой трансформатор 220/36 вольт.
Для освещения таких помещений подойдет электрическая лампочка на 36 Вольт и мощностью 25 — 60 Ватт . Такие лампочки с цоколем под стандартный патрон продаются в магазинах электро-товаров.

Если вы найдете лампочку другой мощности, например на 40 ватт , нет ничего страшного — подойдет и она. Просто наш трансформатор будет выполнен с запасом по мощности.

СДЕЛАЕМ УПРОЩЕННЫЙ РАСЧЕТ ТРАНСФОРМАТОРА 220/36 ВОЛЬТ.

Мощность во вторичной цепи: Р2 = U2 I2 = 60 ватт

Где:
Р2 – мощность на выходе трансформатора, нами задана 60 ватт ;
U2 — напряжение на выходе трансформатора, нами задано 36 вольт ;
I2 — ток во вторичной цепи, в нагрузке.

КПД трансформатора мощностью до 100 ватт обычно равно не более η = 0,8 .
КПД определяет, какая часть мощности потребляемой от сети идет в нагрузку. Оставшаяся часть идет на нагрев проводов и сердечника. Эта мощность безвозвратно теряется.

Определим мощность потребляемую трансформатором от сети с учетом потерь:

Р1 = Р2 / η = 60 / 0,8 = 75 ватт.

Мощность передается из первичной обмотки во вторичную через магнитный поток в магнитопроводе. Поэтому от значения Р1 , мощности потребляемой от сети 220 вольт , зависит площадь поперечного сечения магнитопровода S .

Магнитопровод – это сердечник Ш – образной или О – образной формы, набранный из листов трансформаторной стали. На сердечнике будет располагаться каркас с первичной и вторичной обмотками.

Площадь поперечного сечения магнитопровода рассчитывается по формуле:

Где:
S — площадь в квадратных сантиметрах,
P1 — мощность первичной сети в ваттах.

S = 1,2 √75 = 1,2 8,66 = 10,4 см².

По значению S определяется число витков w на один вольт по формуле:

В нашем случае площадь сечения сердечника равна S = 10,4 см.кв .

w = 50 / 10,4 = 4,8 витка на 1 вольт.

Рассчитаем число витков в первичной и вторичной обмотках.

Число витков в первичной обмотке на 220 вольт:

W1 = U1 w = 220 4.8 = 1056 витка.

Число витков во вторичной обмотке на 36 вольт:

W2 = U2 w = 36 4,8 = 172.8 витков, округляем до 173 витка.

В режиме нагрузки может быть заметная потеря части напряжения на активном сопротивлении провода вторичной обмотки. Поэтому для них рекомендуется число витков брать на 5-10 % больше рассчитанного. Возьмем W2 = 180 витков .

Величина тока в первичной обмотке трансформатора:

I1 = P1 / U1 = 75 / 220 = 0,34 ампера.

Ток во вторичной обмотке трансформатора:

I2 = P2 / U2 = 60 / 36 = 1,67 ампера.

Диаметры проводов первичной и вторичной обмоток определяются по значениям токов в них исходя из допустимой плотности тока, количества ампер на 1 квадратный миллиметр площади проводника. Для трансформаторов плотность тока, для медного провода, принимается 2 А/мм² .

При такой плотности тока диаметр провода без изоляции в миллиметрах определяется по формуле:

где: d — диаметр провода.

Например: мы не смогли найти провод для вторичной обмотки диаметром 1,1 мм .

Площадь поперечного сечения провода диаметром 1,1 мм равна:

s = 0,8 d² = 0,8 1,1² = 0,8 1,21 = 0,97 мм²

Округлим до 1,0 мм² .

Из таблицы выбираем диаметры двух проводов сумма площадей поперечного сечения которых равна 1.0 мм² .

Например, это два провода диаметром по 0,8 мм . и площадью по 0,5 мм² .

Или два провода:

Первый диаметром 1,0 мм . и площадью сечения 0,79 мм² ,
— второй диаметром 0,5 мм . и площадью сечения 0,196 мм² .
что в сумме дает: 0,79 + 0,196 = 0,986 мм² .

Намотка катушки ведется двумя проводами одновременно, строго выдерживается равное количество витков обоих проводов. Начала этих проводов соединяются между собой. Концы этих проводов также соединяются.
Получается как бы один провод с суммарным поперечным сечением двух проводов.

Выбор АТ связи варианта 1

Более тяжелый режим минимальный Smin = 35,7 МВА

Sтреб.АТ = = = 25,5 МВА

По каталогу принимаем 2х АТДЦТН 63000/220/110

Имеем: Sном = 2 * 63 = 126МВА > 25,5МВА

Выбор АТ связи варианта 2

Более тяжелый режим аварийный Smin = 72,9 МВА

Sтреб.АТ = = = 52 МВА

По каталогу принимаем 2х АТДЦТН 63000/220/110

Имеем: Sном = 2 х 63 = 126МВА > 52МВА

Выбор блочных трансформаторов

По каталогу принимаем:

  • — на стороне 220 кВ — ТД-80000/220
  • — на стороне 110 кВ — ТД-80000/110

Технические параметры трансформаторов

Расчет перетока мощности через автотрансформаторы связи

Рис. 3: Переток мощности через первый тр-ор.

Расчет перетока мощности варианта 1.

Сторона НН: Рн н = 3 * 32 — 3 * 1,6 — 80 = 11,2 МВт

Qнн = 3 * 24 — 3 * 1,2 -45,3 = 23,1 МВар

Блоки: Рбл. = 32 — 1,6 = 30,4 МВт

Qбл. = 24 — 1,2 = 22,8 МВар

Сторона СН: Рсн = 32 * 2 — 1,6 * 2 — 50 = 10,8 МВт

Qсн = 24 * 2 — 1,2 * 2 — 28,15 = 6,55 МВар

Сторона ВН: Рвн = 11,2 + 10,8 = 22 МВт

Qвн = 23,1 — 6,55 = 16,55 МВар

Расчет перетока мощности вариант

Рис. 4: Переток мощности через второй тр-ор

Сторона НН: Рн н = 4 * 32 — 4 * 1,6 — 80 = 41,9 МВт

Qнн = 4 * 24 — 4 * 1,2 — 45,3 = 45,9 МВар

Сторона СН: Рсн = 30,4 — 50 = -19,6 МВт

Qсн = 22,8 — 28,15 = -5,35 МВар

Сторона ВН: Рвн = 41,6 — 19,6 = 22 МВт

Qвн = 45,9 — 5,35 = 40,55 МВар

Вывод: Вариант №2 по перетокам мощности более выгоден.

Каждый электрик должен знать:  Портативный обогреватель Rovus Handy Heater или жесткий обман
Добавить комментарий