§69. Регулирование напряжения трансформаторов

Ступенчатое регулирование. Напряжение, снимаемое с вторичной обмотки трансформатора или автотрансформатора, можно регулировать, изменяя число витков первичной или вторичной обмотки. Регулирование напряжения при этом получается не плавным, а ступенчатым. Число витков вторичной обмотки трансформатора можно изменять сравнительно просто, и такой способ широко применяют на э. п. с. переменного тока. Для этого вторичную обмотку разбивают

Рис. 229. Схемы ступенчатого регулирования выходного напряжения трансформатора на стороне низшего напряжения (а) и на стороне высшего напряжения (б и в)Рис. 229. Схемы ступенчатого регулирования выходного напряжения трансформатора на стороне низшего напряжения (а) и на стороне высшего напряжения (б и в)

на ряд ступеней (секций): а, б, в, г (рис. 229, а), к выводам которых А, Б, В и Г соответствующими переключателями 1, 2, 3 и 4 может подключаться приемник электрической энергии ZH. Присоединяя приемник к тому или иному выводу трансформатора, можно изменять число включенных во вторичную обмотку витков, т. е. напряжение U2, подводимое к приемнику. Такой способ называют регулированием на стороне низшего напряжения трансформатора. Регулирование напряжения U2 путем изменения числа витков первичной обмотки трансформатора практически можно осуществлять только в сравнительно узких пределах. Такой способ применяют на трансформаторах тяговых подстанций с целью компенсации колебаний напряжения в питающей подстанции сети (напряжение этих трансформаторов может изменяться от +5 до —10% номинального значения). Использовать этот способ для регулирования напряжения в широких пределах не представляется возможным. В этом случае для увеличения напряжения потребовалось бы сильно уменьшать число витков ?1, первичной обмотки, т. е. переключать провод, подающий питание от сети, с вывода Г на выводы В, Б и А (рис. 229,б). При этом будет возрастать магнитный поток трансформатора, а следовательно, ток холостого хода и потери мощности в стали. Поэтому такой способ регулирования напряжения на э. п. с. не применяют. Напряжение U2, снимаемое с вторичной обмотки трансформатора Т, можно также регулировать, если изменять каким-либо способом напряжение U1, подаваемое на его первичную обмотку. Для этой цели на э. п. с. используют регулировочный автотрансформатор AT (рис. 229, в). Такой способ называют регулированием на стороне высшего напряжения трансформатора (на первичной стороне). Автотрансформатор может быть выполнен на отдельном магнитопроводе или в виде дополнительной обмотки на магнитопроводе основного трансформатора. Каждый из рассмотренных способов регулирования напряжения имеет свои преимущества и недостатки. При регулировании на стороне низшего напряжения переключающие аппараты приходится рассчитывать на большие токи, что сильно усложняет их конструкцию. При регулировании на стороне высшего напряжения удается значительно упростить конструкцию переключающих аппаратов, так как токи в обмотках трансформатора обратно пропорциональны их напряжениям (практически токи в первичной обмотке трансформатора мощного электровоза составляют 200—300 А, а во вторичной достигают нескольких тысяч ампер). Однако масса и габаритные размеры трансформатора при этом возрастают, а его к. п. д. и коэффициент мощности уменьшаются. Кроме того, переключающую аппаратуру приходится выполнять с усиленной изоляцией и с высокой степенью точности, так как несогласованность работы отдельных выключателей на стороне высшего напряжения может привести к тяжелым авариям.

Регулирование напряжения путем подмагничивания сердечника. Регулировать напряжение трансформатора можно также изменением магнитного потока, проходящего по отдельным его стержням, с помощью магнитных шунтов. Для этой цели можно подмагничивать шунты постоянным током и менять таким образом их магнитное сопротивление для переменного потока, создаваемого первичной обмоткой. Трансформаторы с подмагничиванием сердечника применяют на некоторых электровозах переменного тока для питания цепей управления и заряда аккумуляторных батарей. Такой трансформатор имеет основной магнитопровод 4 (рис. 230, а) и два магнитных шунта 3, отделенных друг от друга изолирующими прокладками. Первичная его обмотка 2 состоит из двух катушек, соединенных параллельно. Каждая из них охватывает три стержня: один из стержней основного магнитопровода и два стержня магнитных шунтов. Вторичная обмотка 1 также выполнена из двух параллельно включенных катушек, намотанных на стержни основного магнитопровода. На стержнях магнитных шунтов расположена обмотка управления 5, состоящая из четырех катушек. Они соединены последовательно так, чтобы магнитные потоки, созданные каждой парой катушек одного магнитного шунта, складывались, а э. д. с. еу, индуцируемые в них переменным магнитным потоком первичной обмотки, взаимно компенсировались (рис. 230,б). Трансформатор работает следующим образом. При отсутствии постоянного тока в обмотке управления 5 магнитный поток Ф1 трансформатора, создаваемый первичной обмоткой 2, равномерно распределяется между основным магнитопроводом и магнитными шунтами (пропорционально площади их поперечных сечений). При этом во вторичной обмотке 1 индуцируется минимальное напряжение u2 При протекании по обмоткам управления постоянного тока iy сердечники магнитных шунтов насыщаются и их магнитное сопротивление возрастает. При этом магнитный поток Ф2 первичной обмотки вытесняется в основной магнитопровод и проходящий по нему поток Ф2 увеличивается. Это приводит к увеличению напряжения U2, индуцируемого во вторичной обмотке. Когда

Рис.230. Трансформатор с регулированием напряжения путем подмагничивания его сердечника постоянным током (а) и схема включения его обмоток (б)Рис.230. Трансформатор с регулированием напряжения путем подмагничивания его сердечника постоянным током (а) и схема включения его обмоток (б)

сердечники магнитных шунтов будут полностью насыщены, магнитный поток Ф2 в основном магнитопроводе будет максимальным и с трансформатора снимается максимальное напряжение u2. Таким образом, изменяя ток управления iy, можно плавно регулировать вторичное напряжение.