В установках 110кВ и выше широкое применение находят автотрансформаторы большой мощности. Объясняется это рядом преимуществ, которые они имеют по сравнению с трансформаторами.
Автотрансформатор представляет собой многообмоточный трансформатор, у которого две обмотки связаны магнитно и электрически.
В энергосистемах нашли применение трехобмоточные трансформаторы — трехфазные и однофазные, собираемые в трехфазные группы.
Однофазный автотрансформатор имеет электрически связанные обмотки ОВ и ОС (рисунок 26).
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 I, который, создавая магнитный поток, наводит в общей обмотке ток I 0 . Ток нагрузки вторичной обмотки Ic складывается из тока Iв, проходящего благодаря гальванической (электрической) связи обмоток, и тока I0 , этих обмоток: IC = IB + I0 , откуда I0 = IC — IB .
Полная мощность, передаваемая автотрансформатором первичной сети во вторичную, называется проходной.
Если пренебречь потерями в сопротивлениях обмоток автотрансформатора, можно записать следующее выражение:
S = UB IB? UC IC.
Преобразуя правую часть выражения, получаем:
S = U B IB = [(UB — Uс ) + Uс ] Iв = (UB — Uс ) IB + UC IB (1. 32).
где (U B — Uс ) IB = ST — трансформаторная мощность, передаваемая магнитным путём из первичной обмотки во вторичную;
U C *IB = SЭ — электрическая мощность, передаваемую из первичной обмотки во вторичную за счёт их гальванической связи, без трансформации.
Эта мощность не нагружает общей обмотки, потому что ток IB последовательной обмотки проходит на вывод С, минуя обмотку ОС.
В номинальном режиме проходная мощность является номинальном мощностью автотрансформатора S = S НОМ , а трансформаторная мощность — типовой мощностью.
S T = SТИП .
Размеры магнитопровода, а следовательно, его масса, определяется трансформаторной (типовой) мощностью, которая составляет лишь часть номинальной мощности:
Типы рентгеновский аппаратов и их составные части, механизм образования ...
... тока, поступающего от автотрансформатора, до 5-8 вольт. Пониженный по напряжение ток во вторичной обмотке понижающего трансформатора поступает на спираль рентгеновской трубки и обеспечивает ... мощности и назначения рентгеновские трубки имеют разнообразные внешние формы и размеры. Но, несмотря на внешние различия, любая рентгеновская трубка должна иметь следующие три основные составные части: ...
где n BC = UB / UC — коэффициент трансформации; kВЫГ — коэффициент выгодности или коэффициент типовой мощности.
Из формулы (1.33) следует, что чем ближе U B 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 (рисунок 26) видно, что мощность последовательной обмотки.
мощность общей обмотки.
Таким образом, обмотки и магнитопровод автотрансформатора рассчитываются на типовую мощность, которую называют расчетной мощностью.
Какая бы мощность ни подводилась к зажимам В или С, последовательную и общую обмотки загружать больше чем S ТИП 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 S Н не может быть больше SТИП , так как иначе размеры автотрансформаторы будут определиться мощностью этой обмотки. Номинальная мощность обмотки НН указывается в паспортных данных автотрансформатора.
На рисунке 28 изображена схема соединений обмоток трехобмоточного трансформатора. 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 режимы работы трехобмоточных автотрансформаторов с обмотками ВН, СН, НН (рисунок 29).
В автотрансформаторных режимах (рисунок 29, а, б) возможна передача номинальной мощности S НОМ из обмотки ВН в обмотку СН или наоборот. В обоих обмотках в общей обмотке проходит разность токов.
а поэтому последовательная и общая обмотки загружены типовой мощностью, что допустимо.
В трансформаторных режимах (рисунок 29, в, г) возможна передача из обмотки НН в обмотку СН или ВН, причем обмотку НН можно загрузить не более чем на S ТИП . Условия допустимости режима НН > ВН или НН > СН:
Если происходит трансформация S ТИП 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.
Проектирование двигателя постоянного тока последовательного возбуждения
... последовательной обмотки в холодном состояниипри t=20o C, Ом 6) Сопротивление последовательной обмотки в нагретом состоянии при t=75o С, Ом 7 ) Общая масса меди последовательной обмотки, кг 5.6 Расчёт коллектора и щёток ... 5.5 Расчет последовательной (сериесной) обмотки возбуждения 1 ) м.д.с. последовательной обмотки Fc ... соединений 4. Конструкция двигателя, Электродвигатель состоит из ... мощность, ...
В трансформаторном режиме передачи мощности S ТИП из обмотки НН в ВН (рисунок 29, г) общая и последовательная обмотки загружены не полностью:
поэтому возможно дополнительно передать из обмотки СН в ВН некоторую мощность (смотреть пояснения к рисунку 29, е).
В комбинированных режимах передачи мощности автотрансформаторным путем ВН > СН и трансформаторным путем НН > СН (рисунок 29, д) ток в последовательной обмотке.
где P В , QВ — активная и реактивная мощности, передаваемые из обмотки ВН в СН.
Нагрузка последовательной обмотки.
Отсюда видно, что даже при передаче номинальной мощности S В = SНОМ последовательная обмотка не будет перегружена (7, https:// ).
В общей обмотке токи автотрансформаторного и трансформаторного режимов направлены одинаково:
Нагрузка общей обмотки.
Подставляя значения токов и производя преобразования, получаем:
(1. 35).
где P Н , QН — активная и реактивная мощности, передаваемые из обмотки НН в СН.
Таким образом, комбинированный режим НН > СН, ВН > СН ограничивается загрузкой общей обмотки и может быть допущен при условии.
Если значения cos ц на стороне ВН и НН незначительно отличаются друг от друга, то кажущиеся мощности можно складывать алгебраически и (1.35) упрощается.
В комбинированном режиме передачи мощности из обмоток НН и СН в обмотку ВН распределение токов показано на рисунке 29, 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 вызывать ее перегрузку. Этот режим ограничивается загрузкой последовательной обмотки.
где P С , QС — активная и реактивная мощности на стороне СН; PН , QН — активная и реактивная мощности на стороне НН. Комбинированный режим НН > ВН, ВН > ВН допустим, если.
Если значения cos ц на стороне СН и НН незначительно отличаются друг от друга, то (1. 38) упрощается.
Возможны другие комбинированные режимы: передача мощности из обмотки СН в обмотки СН и НН. В этих случаях направления токов в обмотках изменяются на обратные по сравнению с рисунком 29, д, е, но приведенные рассуждения и расчетные формулы (1.35)-(1.40) остаются неизменными.
Во всех случаях надо контролировать загрузку обмоток автотрансформатора. Ток в последовательной обмотке может контролироваться трансформатором тока ТА1, так как I П = IВ (рисунок 30).
Трансформатор тока ТА2 контролирует ток на выводе обмотки СН, а для контроля тока в общей обмотке необходим трансформатор тока ТА0, встроенный непосредственно в эту обмотку. Допустимая нагрузка общей обмотки указывается в паспортных данных автотрансформатора.
Обмотки ВН
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.
Работа электродвигателя и методика выбора его мощности
... постоянная времени нагрева Т н в рамках машин одной серии примерно пропорциональна линейным размерам или номинальной мощности и меняется в ... ф для различных значений мощности потерь ДРТ = const и начальных температур при нагревании и охлаждении двигателя в рамках принятых ... неравномерно. Соотношение между количеством теплоты, выделяемой в стали и обмотках, зависит от режима работы машины. При холостом ...
вместо.
Напряжение выводов обмотки СН возрастает до U В , 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 вызывает опасных перенапряжений, однако в системах ВН и СН возрастают токи однофазного КЗ.
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 (электрическую мощность):
S ЭЛ = v3 * UС НОМ * IВ НОМ , (1.41).
а также с помощью пронизывающего их магнитного потока, то есть магнитным путем (трансформаторная мощность):
Сумма трансформаторной и электрической мощностей 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 одинаковы и равны номинальной или проходной. Следовательно,.
В общей обмотке протекает разность токов сетей ВН и СН. Поэтому эту обмотку рассчитывают на ток, меньший 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.
k ВС = k = UВН / UСН = IСН / IВН ,.
тем меньше расход активных 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 U ВН и UСН .
Мощность общей части обмоток второго автотрансформатора (рисунок 28).
где б В — так называемый коэффициент выгодности.
Для характеристики автотрансформаторов введено также понятие типовой мощности, на которую рассчитывается последовательная обмотка:
Типовая мощность отражает экономическую сторону конструкции автотрансформаторов, то есть расход активных материалов. Различие технико-экономических показателей трансформаторов и автотрансформаторов зависит от соотношения между номинальной и типовой (расчетной) мощностями, то есть от коэффициента выгодности б В . Поскольку.
Компенсация реактивной мощности
... Q, S -соответственно активная, реактивная и полная мощности; R и X -соответственно активное и реактивное сопротивления элементов электрической сети; номинальное напряжение сети. Основным потребителем реактивной мощности индуктивного характера на промышленных ...
то очевидно, что преимущество автотрансформатора проявляются в большой степени тогда, когда с его помощью связываются сети более близких напряжений.
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 б В = (1 — UСН / UВН ) не равен отношению б = SНН / SВН , именуемый в дальнейшем коэффициентом приведения (пересчета).
Обмотка НН соединяется в треугольник, что способствует подавлению третьей гармоники фазных ЭДС, предотвращая их появления в линиях. Третья обмотка (НН) предназначена для питания нагрузок, расположенных в районе рассматриваемой ПС, а также для подключения компенсирующих реактивную мощность устройств. Номинальное напряжение третьей обмотки в зависимости от удаленности нагрузок может быть 6, 6, 11 и 38, 5кВ.
Наличие электрической связи между обмотками ВН и СН обуславливает возможность применения автотрансформаторов только в сетях с глухо заземленной нейтралью, то тесть в сетях 110кВ и выше, а сами автотрансформаторы изготавливают с высшим напряжением не менее 150кВ и средним 110кВ. При отсутствии заземления нейтрали и замыканий на землю одной фазы в сети ВН потенциал относительно земли двух других фаз сети СН повысится до недопустимого значения.
Расчетная схема замещения трехобмоточного автотрансформатор, представляющая собой трехлучевую звезду с сопротивлениями обмоток ВН — R В , XВ , СН — RС , XС , НН — RН , XН , аналогична схеме замещения трехобмоточного трансформатора (рисунок 22).
Автотрансформаторы, как и трехобмоточные трансформаторы, характеризуются потерями активной мощности (?РХ ) и токами холостого хода (IX = Iм).
Сопротивления обмоток автотрансформаторов, так же как и трансформаторов определяют по табличным данным трех опытов короткого замыкания (рисунок 23).
Паспортные таблицы параметров автотрансформаторов содержат потери короткого замыкания на три пары обмоток (?Р К В-С , ?РК В-Н , ?РК С-Н ) или на одну пару обмоток (?РК В-Н ).
Указывают также и значения напряжения короткого замыкания (uК В-С , uК В-Н , uК С-Н ).
Причем величину? РК В-С , uК В-С дают отнесенными к номинальной мощности, а две пары других параметров в ряде случаев указывают приведенными к мощности НН или типовой мощности. Эта особенность записи параметров автотрансформаторов отражает условия выполнения опытов короткого замыкания.
При коротком замыкании обмотки ВН, мощность которой меньше номинальной S НОМ автотрансформатора, поднимается до значения, определяющего в этой обмотке ток, соответствующий номинальной мощности SНН обмотки НН, а не номинальной мощности автотрансформатора SНОМ . 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.
Усилитель мощности
... C9 = 100 мкФ 20. Определим напряжение на конденсаторах: 21. Определим мощности резисторов: 4.5. Усилитель 2 Нагрузкой для данного усилителя будет являться входное сопротивление предыдущего каскада RвхП2, ... R12: 18. Коэффициент усиления усилителя с ОС: 19. Определим входные параметры каскада: 20. Найдём напряжение на базовых делителях: 21. Определим мощности резисторов: 22. Определим напряжение ...
В связи с этим паспортные данные автотрансформаторов на пару обмоток? Р К В-С приводятся отнесенными к номинальной мощности автотрансформатора, а значения? РК В-Н , ?РК С-Н (обозначим его? РК ммммм ) — к номинальной мощности обмотки НН:
которые необходимо пересчитать к номинальной мощности автотрансформатора:
Взяв отношение выражений (1.48) и (1.49), получим:
Учитывая, что.
определяют сопротивления автотрансформатора по формулам:
Напряжения короткого замыкания uКВ-Н и uКС-Н, отнесенные к номинальной мощности третьей обмотки.
должны быть приведены к номинальной мощности автотрансформатора:
Если выполнить деление выражений (1.52) на соответствующие величины (1.53), то получим значения, приведенные к номинальной мощности автотрансформатора:
Рисунок 32. Принципиальные схемы автотрансформатора с РПН в нейтрали обмоток (а), на стороне СН (б), на стороне ВН (в) Трехобмоточные автотрансформаторы имеют несколько вариантов регулирования напряжения под нагрузкой (РПН):
- — в нейтрали обмоток ВН и СН (рисунок 32, а);
- — на выводах обмотки СН (рисунок 32, б);
- — со стороны ВН (рисунок 32, в).
При задании трансформации идеальными трансформаторами в схеме замещения следует учитывать расположенные РПН. Для автотрансформатора с РПН в общей нейтрали обмоток коэффициенты трансформации определяются следующим образом:
(1. 55).
В случае автотрансформаторов с РПН только на ступени СН:
(1. 56).
При установке РПН на стороне ВН определим коэффициенты трансформации в виде.
В этих выражениях дU — добавочное напряжение при переходе на ответвления, при которых коэффициент трансформации отличается от номинального.
Рисунок 33. Схемы замещения трехобмоточного автотрансформатора: при направлении потока ВН — СН (а) и СН — ВН (б) Подводя итог, 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 создать автотрансформаторы больших номинальных мощностей, чем трансформаторы;
- меньшие потери и больший КПД;
- более легкие условия охлаждения.
Недостатки автотрансформаторов:
- 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.
