Многообмоточные трансформаторы принцип работы

Многообмоточный трансформатор

Многообмоточный трансформатор имеет одну первичную и несколько вторичных обмоток, рассчитанных на разные напряжения. Первичная обмотка рассчитывается исходя из суммарной мощности вторичных обмоток.

Многообмоточные трансформаторы большой мощности широко применяются в промышленности, особенно там, где номинальные нагрузки вторичных цепей сдвинуты во времени.

Силовые многообмоточные трансформаторы малой мощности применяются для питания устройств автоматики, радио, связи и т. д. Такие трансформаторы мощностью от нескольких единиц до нескольких со­тен вольт-ампер изготовляют на частоту Гц и выше.

На рис. 1.31 показана принципиальная схема силового многообмоточного трансформатора, применяемого в электронных устройствах. Первичная обмотка этого трансформатора разделена на две части, каждая из которых имеет выводы, позво­ляющие включать трансформатор в сеть с напряжением 127 и 220 В. При включении трансформатора в сеть с напряжением 127 В клеммы 1 и 2 или 3 и 4 соединяют попарно.

Рис. 1.31. Электрическая принципиальная схема многообмоточного трансформатора

В этом случае обе части первичной обмотки оказываются соединенными параллельно. При включении трансформатора в сеть с напряжением 220 В части обмотки соеди­няют последовательно, для чего замыкают клеммы 2 и 3. Для уменьшения помех, проникающих из сети, между первичной и вторичными» обмотками помещают экранирующую обмотку, один конец которой заземляют.

Многообмоточный трансформатор заменяет несколько двухобмоточных, он дешевле, имеет меньшие габариты и вес.

Источник

Строение, применение и характеристики многообмоточных трансформаторов

Многообмоточные трансформаторы представляют собой устройства, в которых есть одна первичная обмотка и две-три вторичных. Не единичное число вторичных обмоток позволяют получить необходимый показатель напряжения.

Популярны не только однофазные трансформаторы, но и трехфазные — в зависимости от этой характеристики меняется сфера применения. Как от многообмоточного трансформатора получить разные напряжения — частый вопрос, которым задаются те, кто покупает многофункциональный источник питания.

Сфера применения

Многообмоточный трансформатор считается многофункциональным источником питания, благодаря которому получают различное напряжение. Внутренние обмотки определяют в совокупности мощность первичной, которая установлена одна.

Устройства с общими показателями мощности в трехобмоточном виде используются для функционирования распределительных подстанций. В России другое оборудование не применяется для этой цели. Небольшие по мощности трансформаторы встречаются в видах телевизионной механики, автоматики, оборудования обеспечения связи и другом.

Многообмоточная техника применяется благодаря степени надежности. Она заменяет трансформаторы двухобмоточные, так как есть несколько выводов с показателями напряжения.

Если посчитать цену двух двухобмоточных трансформаторов, и сравнить со стоимостью одного трехобмоточного, то последняя выйдет существенно ниже.

Строение

Многообмоточный трансформатор — это практически аналог обычного, но в нем присутствует не одна внутренняя составляющая, а несколько обмоток. Он состоит из сердечника и обмоток. Начальное напряжение подается на первичную обмотку, во вторичной индуцируется ЭДС.

Коэффициент трансформации (то есть то, сколько напряжения перейдет от первичной до последней) равен числу витков, которые установлены в контсрукции. Конечно, следует учитывать и погрешность, а также механические потери, связанные с окружающей средой.

Принципиальная схема

Схема силовых входных многообмоточных трансформаторов довольна проста для понимания. Если смотреть, то видно, что внешняя обмотка разделяется на две равнозначные части. Половина имеет собственные выходы для управления по несколько штук.Именно благодаря разведению первичной обмотки на половины возможно включать в электрическую цепь с разным уровнем напряжения — 220 В и 127 В.

По схеме видно, что если оборудование подсоединяется к напряжению в 127 В, то четыре клеммы соединятся попарно. В таком случае получается, что равнозначные части первичной обмотки получаются установленными параллельным способом.

При подключении к большему входному напряжению в 220 В клеммы многообмоточного устройства соединены другим образом. Обмотки используются последовательным образом. В результате этого замыкающими клеммами становятся вторая и третья.

В схеме не указано, но есть специальные экранизирующие обмотки между конструкциями. Они помогают получать меньше сетевых помех, которые непременно возникают при взаимодействии и прохождении электрического импульса между обмотками. В обязательном порядке один конец экранирующей обмотки заземляют.

Основные характеристики

Показатели варьируются в зависимости от конкретной модели и сферы применения. Чем больше число обмоток будет, тем мощнее будет оборудование. При выборе варианта обратить внимание следует на такие характеристики:

• напряжение на входе и на выходе;
• первичные и вторичные показатели электрического тока;
• номинальная мощность (это показатель идентичен вторичной полной).

Разброс мощностей колоссальный, так как техника такого типа используется для питания мощных энергетических систем или же микроэлектронных цепей. Поэтому вариаций много, сейчас можно приобрести многообмоточный вариант с мощностью от 0,1 mVA до 1000 MVA.

Спорная характеристика устройства — это коэффициент полезного действия. Сопротивление и потоки, которые происходят в сердечнике, вызывают некоторые потери энергии, но они малы — не более одного процента.

Следовательно, коэффициент полезного действия в многообмоточном варианте достигает 99 процентов.

Однако, потери наблюдаются не связанные с вихревыми потоками и сопротивлением конструктивных частей обмотки. Дело в том, что выделение тепла, которое обязательно при работе, может стать причиной потери мощности. Такая проблема касается в основном мощных моделей.

Для разрешения вопроса прибегают к добавлению конструкции защиты. К примеру, сердечник и обмотки размещают в сосуде, который наполнен специальным трансформаторных маслом или эпоксидной смолой.

Преимущества и недостатки

Многообмоточные виды применяются в областях науки, промышленных и строительных работах. Это стало возможным благодаря тому, что оборудование дает спектр действий, так как можно установить по значению напряжение. Покупка одного трансформатора такого типа обойдется дешевле, чем двух однообмоточных. Также положительное качество — малый коэффициент потери энергии и большой КПД.

Недостатками трех или более обмоточных моделей называют то, что они сильно перегреваются при работе, поэтому периодически требуют остановки. Время зависит от условий эксплуатации и качества изготовления конструктивных деталей механизма. Также трансформатор такого типа имеет большой вес из-за числа обмоток.

Источник

Многообмоточные трансформаторы и автотрансформаторы

Глава восьмая

МНОГООБМОТОЧНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ И АВТОТРАНСФОРМАТОРЫ

8.1. Многообмоточные трансформаторы

У многообмоточных трансформаторов на стержне размещается не две, а большее число обмоток с разным чис­лом витков. Это позволяет от одного трансформатора по­лучить несколько напряжений и, следовательно, уменьшить количество установленных трансформаторов. Такие трансформаторы выпускаются как в однофазном, так и в трех­фазном исполнении.

Многообмоточные трансформаторы небольшой мощно­сти широкое распространение находят в радиотехнике и ав­томатике. В качестве силовых трансформаторов главным образом применяются трехобмоточные трансформаторы. В общем случае обмотки многообмоточного трансформато­ра могут иметь различные номинальные мощности. Все они указываются на щитке трансформатора. За номинальную мощность трансформатора принимается мощность наиболее мощной обмотки. При анализе работы многообмоточных трансформаторов токи, напряжения и сопротивления ос­тальных обмоток приводятся к числу витков этой обмотки.

Рабочий процесс многообмоточного трансформатора рас­смотрим на примере трехобмоточного трансформатора с од­ной первичной (обмотка с наибольшей мощностью) и дву­мя вторичными обмотками (рис. 8.1). Такие трансформаторы имеют наибольшее распространение в энергосистемах.

Рис. 8.1. Схема трехобмоточ­ного трансформатора

Рабочий поток трехобмоточного трансформатора созда­ется результирующей МДС F0, равной геометрической сум­ме МДС всех обмоток, т. е.

При работе трансформатора в режимах от холостого хо­да до нагрузок, несколько превышающих номинальную, и при напряжении, подведенном к первичной обмотке U1=const, магнитный поток, а следовательно, и МДС F0 практически остаются постоянными. Тогда можно принять намагничивающий ток равным току холостого хода I0, а МДС

Поделив (8.1) на ш4 с учетом (8.2), получим

здесь — приведенные к числу витков первичной обмотки токи второй и третьей обмоток.

Первичный ток I1 имеет три составляющие: одна из них создает магнитный поток (составляющая I0), а две других компенсируют размагничивающее действие токов вторич­ных обмоток (составляющие и ). Ток I0 относитель­но мал и составляет 0,3—10 % номинального тока. Приняв I0=0, получим

Как следует из (8.5), при росте тока во вторичных об­мотках увеличивается ток первичной обмотки. Так как ток I1 равен геометрической сумме токов и , то их арифме­тическая сумма может быть больше первичного тока. Со­ответственно этому сумма полных мощностей вторичных обмоток также может превышать полную мощность первич­ной обмотки. Однако при этом баланс активных и реактив­ных мощностей в трансформаторе должен выполняться.

Учитывая сказанное, а также и то, что номинальная на­грузка вторичных обмоток может не совпадать во времени, первичная обмотка трехобмоточных трансформаторов рас­считывается на мощность, меньшую арифметической сум­мы номинальных мощностей вторичных обмоток. Стандар­том предусматриваются следующие соотношения номиналь­ных мощностей обмоток (в долях номинальной мощности первичной обмотки):

Источник

Описание и схемы замещения трехобмоточных трансформаторов

Обычный трансформатор преобразовывает первичное напряжение U1 во вторичное U2. Нередко одного выходного напряжения для питания электроприемников бывает недостаточно. Задача создания третьего среднего напряжения СН (U3), наряду с высоким напряжением ВН (U1) и трансформируемым низким (U2), решается установкой трехобмоточного трансформатора с дополнительной третьей обмоткой на магнитопроводе. Этот электрический аппарат заменяет собой два двухобмоточных трансформатора.

Общее описание и назначение

Если взять двухобмоточный трансформатор и на стержень намотать проводом витки дополнительной катушки индуктивности, наводимое в ней напряжение будет пропорционально числу витков. В зависимости от исполнения вторичные катушки могут быть одинаковой или разной мощности.

Cхема 3-х обмоточного трансформатора

Существуют 2 вида трансформаторов подобного типа:

• с 1-й первичной и 2-мя вторичными обмотками – самый распространенный вид;
• с 2-мя первичными и 1-ой вторичной обмоткой – этот вид задействован в трансформаторных группах электростанций.

Условное обозначение 3-х обмоточного трансформатора

Номинальной мощностью 3-х обмоточного аппарата считается параметр самой мощной его катушки, которой в данном типе электрических устройств является обмотка ВН. Размещение силового 3-х обмоточного устройства с невысокой мощностью любой из обмоток в электрических цепях экономически не оправдано. Поэтому мощности вторичных катушек ВН, СН и НН аппарата в процентах от P_ном обычно составляют:

Конструкция и принцип действия

Конструктивно первичную катушку 3-х обмоточного силового трансформатора обычно располагают в середине между двумя вторичными, чтобы ослабить влияние обмоток между собой. Если нулевой вывод заземляется, то она называется «глухозаземленной», в ином случае именуют «обмоткой с изолированной нейтралью».

Вторичную катушку с более низким напряжением (НН) размещают ближе к стержню устройства.

При подобном расположении напряжение КЗ между обмотками ВН и СН минимально. Это позволяет снизить потери мощности при передаче в сеть СН. Одновременно значение напряжения КЗ между ВН и НН относительно большое, что ограничивает силу тока короткого замыкания в сети НН низшего напряжения.

3-х обмоточные преобразователи переменного напряжения нашли широкое применение в силовой энергетике. В маркировке изделий они обозначаются третьей буквой «Т» в буквенно-цифровом коде. Очень часто требуется иметь третье более низкое, чем U2 значение для подачи менее мощным электроприемникам или, расположенным вблизи подстанций, потребителям электроэнергии.

Стандартными условиями эксплуатации изделий считается температура не выше 35ºС и влажность воздуха ≤65%, обеспечиваемые в отапливаемом помещении. Товарные позиции этого типа изготовляются как для нужд народного хозяйства, так и экспортируются в страны с умеренным/ тропическим климатом.

На понижающих подстанциях для раздельного питания электрических сетей в радиусе 10–15 км задействуют электротехнические изделия с выходными параметрами 6–10 кВ, а в радиусе до 50-60 км применяют 35 кВ трансформаторы. 3-х обмоточные преобразователи только с более низким значением параметров используется в измерительной технике и радиотехнике, автоматике и средствах релейной защиты.

Разновидности

Однофазный

Однофазные трехобмоточные трансформаторы для силовых линий обычно изготавливают мощностью 5000–40000 кВт с напряжением обмоток:

• ВН – с значениями 110–121 кВ;
• CН – от 34,5 до 38,5 кВ;
• НН – в диапазоне 3,15–15,7 кВ.

Типовой однофазный 3-х обмоточный преобразователь, например, классов напряжения 15, 20, 24 и 35 кВ предназначен для встраивания в пофазно-экранированные токопроводы сетей 50/60Гц. Конструкция изделия включает следующие составные части и комплектующие:

• бак с крышкой из немагнитной стали, задвижкой и пробкой, заполненный трансформаторным маслом;
• магнитопровод из электротехнической стали;
• активную часть, состоящую из обмоток, изоляции и крепежных элементов;
• плоского контакта на крышке бака первичного вводного напряжения;
• заземляющего ввода первичной обмотки и вводов вторичной обмотки на боковой стенке бака.

Электрические аппараты большой мощности (≤40000 кВа), рассчитанные на работу в интервале 110–121 кВ дополнительно могут оснащаться:

• выхлопной трубой для защиты бака от разрыва парами масла и газовым реле, отключающим подачу электропитания при внутривитковом замыкании в трансформаторе;
• расширителя с воздухоосушителем и термосифонным фильтром для поддержания требуемого уровня масла и предотвращения попадания влаги из атмосферы;
• системами естественной/принудительной циркуляции воздуха или масла.

Экономическая эффективность применения изделия состоит в том, что при 3-х обмоточном исполнении первичный ток равен не арифметической, а геометрической сумме приведенных вторичных токов. Трехобмоточные (многообмоточные) аппараты целесообразно применять вместо двухобмоточных в том случае, если нагрузки ЛЭП/обслуживаемых электрических сетей соизмеримы, то есть отличаются друг от друга не более чем в 5 раз.

Трехфазный

В трехфазных преобразователях переменного напряжения на каждую трансформируемую фазу приходится 3 обмотки. В таком трансформаторе с общим магнитопроводом обмоток рабочие процессы протекают для каждой фазы аналогично, только со сдвигом во времени. На первичные обмотки поступает переменное фазное напряжение, вторичные обмотки соединены с нагрузкой. Поэтому для описания работы электрического аппарата исследуется только одна рабочая фаза.

Трехфазные 3-х обмоточные преобразователи для силовых линий обычно изготавливают мощностью 5600–31500 кВт и напряжениями катушек аналогичным тем, которые используются в однофазных аппаратах. Трансформаторы получили наибольшее распространение на электрических подстанциях. По сравнению с группой однофазных трансформаторов при той же мощности они позволяют экономить 12–15% электроэнергии и 20–25% активных материалов в стоимостном выражении. Это конкурентное преимущество изделий подобного типа учитывается при изготовлении аппаратов массовых серий.

Схемы замещения

Схема замещения 3-х обмоточного трансформатора представлена ввиде трехлучевой звезды, состоящей из активных R и реактивных X сопротивлений обмоток. Все сопротивления в схеме приведены к напряжению высшей обмотки. На первичные зажимы подключена ветвь намагничивания (на схеме она соединена с корпусом), состоящая из B – активной и G – реактивной проводимости.

Проводимость В возникает ввиду потерь в стали части мощности на перемагничивание и вихревые токи, G отражает мощность намагничивания. За номинальную P_ном катушек трансформатора принимается мощность его первичной обмотки. Мощность обмоток трансформатора СН и НН и коэффициент трансформации выбирается под потребности конкретного объекта энергопотребления. Электрический аппарат рассчитывается на соответствующую мощность (диаметр и количество витков, электрическую прочность изоляции, размер и материал магнитопровода). С учетом нагрева при работе выбирается соответствующая модель.

Проведение опытов короткого замыкания

Чтобы определить значения параметров этой схемы, необходимо провести 1 опыт холостого хода и 3 опыта с коротким замыканием. Если первый опыт необходим для определения B и G и не отличается от опыта двухобмоточного аналога, то опыты короткого замыкания проводятся с целью определения паспортных данных напряжения короткого замыкания U _к и потерь активной мощности ∆Р _к на соответствующих катушках трансформатора в режиме короткого замыкания:

• U _{к вн}, ∆Р _{к вн} – закорочивается обмотка НН и подается питание на обмотку ВН;
• U _{к сн}, ∆Р _{к сн} – коротится обмотка НН и питание подается со стороны обмотки СН;
• U _{к вс}, ∆Р _{к вс} – накоротко замыкаются клеммы катушки СН и запитывается обмотка ВН.

В результате решения системы уравнений выводится значение U _к каждой из обмоток:

При определении ∆Р _к следует учитывать значение активной мощности, содержащееся в справочнике для конкретной модели трансформатора. Обычно приводится параметр для самой мощной обмотки. Очень часто в источниках дается одно значение ∆Р_к, определенное из опыта КЗ, выполненного для наиболее мощных обмоток, обычно ∆Р_{к вс}. Потери мощности в каждой катушке определяются с учетом соотношения номинальных мощностей обмоток S ном %, выраженных в процентах. Потери активной мощности ∆Р_к в обмотках СН и НН рассчитываются из пропорций:

При соотношениях всех мощностей обмоток 100 %:

Если соотношение 100 %, 100 %, 66,7 %, то:

Применять вычисления придется только для электрических аппаратов, производимых ранее. Они могли иметь мощность обмоток НН и СН в полтора раза меньше, чем мощность катушки ВН.

В последние годы отечественные производители выпускают трехобмоточные трансформаторы с одинаковой мощностью обмоток 100%.

Источник