Электрические машины и трансформаторы

Электротехника
Электрические машины и трансформаторы
Определение фазных и линейных токов приемников
Электрическая машина
Принцип действия асинхронного двигателя
Трансформаторы

Векторная диаграмма трансформатора

Переходные процессы в трансформаторах
Трансформаторные устройства специального назначения
Холостой ход трансформатора
Опыт короткого замыкания
Трехобмоточный трансформатор
Измерительные трансформаторы.
Электрические двигатели и генераторы
Асинхронный генератор
Параметры асинхронной машины 
Регулирование скорости вращения

Однофазные асинхронные двигатели.

Асинхронный преобразователь частоты 
Генераторы переменного тока
Трехфазный синхронный генератор
Несимметричная нагрузка трехфазного генератора
Однофазный синхронный генератор
Синхронный двигатель 
Синхронные машины заводов Советского Союза
Машины постоянного тока – генераторы и двигатели
Генератор с параллельным возбуждением
Электромашинные усилители
Электромашинные преобразователи тока
 

Автотрансформатор

 создает ток во вторичной цепи, при этом  следовательно,

Пренебрегая током холостого хода, согласно закону полного тока можем написать:

 

отсюда

          (2-77)

Ток в общей части обмотки а – X равен геометрической сумме первичного и вторичного токов:
          (2-78)

Для понижающего трансформатора I2>I1 следовательно, ток общей части обмотки равен

  

что дает возможность соответственна уменьшить сечение ее проводников.

Учитывая (2-77), получим:

Части обмотки А – а и а – X магнитно уравновешены, т. е. их н.с. равны и противоположно направлены, что следует из соотношений

          (2-79)

Для того чтобы можно было сравнить автотрансформатор с двухобмоточным трансформатором, найдем расчетную мощность Sа автотрансформатора.

Расчетная мощность Sа1 части обмотки А – а равна:

          (2-80)

расчетная мощность Sa2 части обмотки а – X равна:

          (2-81)

Следовательно, Sal = Sa2, так как E1I1 = E2I2.

Отсюда найдем расчетную мощность автотрансформатора при номинальных значениях токов и напряжений:

          (2-82)

Размеры автотрансформатора рассчитываются для мощности

тогда как размеры двухобмоточного трансформатора рассчитываются для мощности Sн.

Таким образом, расчетная мощность автотрансформатора меньше его номинальной мощности, называемой также полной или проходной:

          (2-83)

2-16. Автотрансформатор

Размеры трансформатора определяются значением электромагнитной мощности при cos φ2 = 1, т. е. мощности, которая при этом передается магнитным полем с первичной на вторичную обмотку. Действительно, для данной частоты тока эта мощность  По магнитному потоку Ф определяются сечения стержней и ярм трансформатора (сечение  где B = 12000  14500 Гс при f = 50 Гц); по току – сечения проводников (, где для масляных трансформаторов ); по числу витков, сечению проводников и их изоляции – размеры окна трансформатора (площадь окна равна произведению высоты стержня на расстояние между соседними стержнями).

 В двухобмоточном трансформаторе магнитным полем передается мощность Sн = E1нI1н = E2нI2н, а в автотрансформаторе – только часть этой мощности

другая часть мощности

передается во вторичную внешнюю цепь непосредственно по проводам.

Очевидно, что автотрансформаторы тем экономичнее по сравнению с двухобмоточными трансформаторами, чем ближе w2 к w1, т. е. чем ближе коэффициент трансформации к единице. Так как веса обмотки и стали сердечника автотрансформатора меньше весов тех же материалов двухобмоточного трансформатора, то и потери в нем меньше, а к.п.д. выше при той же мощности Sн. Параметры, а следовательно, и изменение напряжения также имеют меньшие значения.

Изменение напряжения автотрансформатора определяется по аналогии с двухобмоточным трансформатором. Напишем в соответствии с рис. 2-48,а уравнения напряжений:

          (2-84)

          (2-85)

где ZA = rА +  jхА – сопротивление части обмотки А – а;
       Zx = rx + jxx – сопротивление части обмотки а – X.

Так как  то (2-85) можем переписать в следующем виде:

          (2-86)

Заменив в (2-84) и (2-86) через  по (2-78а) получим;

          (2-87)

          (2-88)

Отсюда найдем изменение напряжения для понижающего автотрансформатора:

          (2-89)

где  =  – сопротивлениеZx части а – X с числом витков w2, приведенное к числу витков (w1, – w2) части обмотки А – а.

Параметры ZА и Zx могут быть рассчитаны как для двухобмоточного трансформатора, имеющего с первичной стороны (w1 – w2) витков и со вторичной стороны w2 витков при тех же сечениях проводников, размерах сердечника и обмоток, что и для частей обмоток А – а, а – X и сердечника автотрансформатора.

Значение

 

может быть найдено также по данным опыта короткого замыкания, при котором автотрансформатор следует использовать как двухобмоточный трансформатор: пониженное напряжение (порядка 5–10% от

Автотрансформатор отличается от трансформатора тем, что у него обмотка низшего напряжения является частью обмотки высшего напряжения, причем она выполняется из проводников, в общем случае отличающихся по сечению от проводников другой части, и обычно располагается относительно другой части, как показано на рис. 2-48.

Рис. 2-48. Схема понижающего автотрансформатора (а); расположение частей его обмоток относительно стержня сердечника (б).

 Следовательно, части Аа и аХ можно рассматривать как обмотки двухобмоточного трансформатора, имеющие между собой не только магнитную связь, но и электрическую.

Автотрансформаторы могут служить как для понижения, так и для повышения напряжения. Они выполняются для небольших коэффициентов трансформации, не сильно отличающихся от единицы, и в этом случае, как показано в дальнейшем, экономичнее в работе и требуют на изготовление меньше материалов, чем обычные двухобмоточные трансформаторы на ту же номинальную мощность.

За номинальную мощность автотрансформатора принимается мощность Sн = U1нI1н = U2нI2н.

Приложенное к обмотке А – X напряжение , уравновешивается в основном э.д.с. . Электродвижущая сила

 должно быть подведено к части обмотки А – а, а часть обмотки а–X должна быть замкнута накоротко.

Ток короткого замыкания I1к найдем из (2-89), приравняв U2 = 0:

          (2-90)

Номинальное напряжение короткого замыкания автотрансформатора

          (2-91)

Для двухобмоточного трансформатора при том же токе I1н, имеющего первичную обмотку с (w1 – w2) витками, номинальное напряжение короткого замыкания uк будет определяться отношением

          (2-92)

Следовательно,

          (2-93)

Отсюда следует, что ик.а автотрансформатора меньше, чем ик двухобмоточного трансформатора при тех же значениях

Z1 = ZA и Z2 =  

Поэтому токи короткого замыкания автотрансформатора могут иметь очень большие значения, если w2 близко к w1. Следует также принять во внимание, что в этом случае может сильно возрасти намагничивающий ток в части обмотки А – а, которым мы пренебрегали в предыдущих выводах.

Электротехника