В чем отличие двухобмоточного трансформатора от трехобмоточного трансформатора

Всё об энергетике

Трансформаторы, автотрансформаторы. Виды, назначение, особенности

Трансформатором называется электромагнитное устройство, предназначенное для преобразования напряжения и тока одних параметров в напряжение и ток других параметров.

Трансформаторы бывают двух-, трех- и многообмоточные, в которых сооответственно две, три или более обмотки. Все обмотки в трансформаторе гальванически не связаны (исключение — автотрансформатор). Термин «гальванически не связанные» означает, что у этих обмоток нет общего контура протекания тока, а энергия из первичной цепи во вторичную передаётся с помощью магнитного поля.

Автотрансформатором (АТ) называется трансформатор, две или более обмотки которого гальванически связаны (т.е. имеют общую часть). В отличии от обычного трансформатора в автотрансформаторе всегда минимум три обмотки. При этом вторичная обмотка АТ является частью первичной. Передача энергии из первичной цепи автотрансформатора во вторичную происходит одновременно магнитным полем и электрическим током, а в третичную цепь АТ — только магнитным полем.

Автотрансформатор экономически более выгоден по сравнению с обычным трансформатором за счёт экономии активных материалов и меньших размеров. Достигается такая экономия следующим образом: в автотрансформаторе часть первичной обмотки используется как вторичная, что снижает в последней напряжение U₂ и соответственно ток I₂. Это позволяет использовать во вторичной обмотке проводник меньшего сечения, а первичная обмотка, которая выполняется на высокое напряжение U₁ получается уменьшеной до общей обмотки АТ.

В двухобмоточном трансформаторе различают обмотку высокого напряжения — ВН и низкого напряжения — НН. В трехобмоточном трансформаторе (автотрансформаторе) кроме обмотки ВН и НН различают обмотку среднего напряжения — СН. К трансформаторам с 4-мя и более обмотками понятия ВН, СН, НН не применяется (исключение — расщепление обмоток), а вместо этого в названии обмотки указывается ее номер: вторичная, третичная и четвертичная обмотки. При этом первичной считается обмотка с наибольшим напряжением, вторичной — со вторым по величене, третичной — третьим и так далее. Термины первичная, вторичная обмотки по отношению к двухобмоточному трансформатору имеют другое значение — первичной называется та обмотка, к которой подводится электрическая энергия, а вторичной — от которой эта энергия отводится.

Рисунок 1 — Принципиальная схема трансформатора

Рисунок 2 — Принципиальная схема автотрансформатора

На принципиальных схемах трансформаторы и автотрансформаторы обозначаются в соответствии со стандартом. Ниже на рисунках 3-6 изображены условные обозначения наиболее распостранненных трансформаторов.

Рисунок 3 — Двухобмоточный трансформатор

Рисунок 4 — Трансформатор с расщеплённой обмоткой

Рисунок 5 — Трансформатор с расщеплённой обмоткой

Рисунок 6 — Автотрансформатор

Каждый трансформатор имеет следующий набор параметров:

• Номинальная мощность S_ном;
• Номинальное напряжение трансформатора U_ном и его обмоток: U_вн, U_нн (для трехобмоточного трансформатора — U_сн);
• Номинальный ток I_ном;
• Группа соединения обмоток трансформатора;
• Напряжение короткого замыкания U_кз;
• Ток холостого хода I_хх;
• Потери короткого замыкания P_кз;
• Потери холостого хода Q_хх.

Номинальной мощностью S_ном в трех- и многообмоточном трансформаторе называется наибольшая из мощностей его обмоток, а в двухобмоточном — мощность каждой из его обмоток (обмотки двухобмоточного трансформатора выполняются одинаковой мощности).

Номинальным напряжением трансформатора U_ном называется наибольшее номинальное напряжение его обмоток. За номинальное напряжение обмотки принимается напряжение между соответствующими зажимами, связанными с данной обмоткой при холостом ходе трансформатора.

Номинальным током трансформатора I_ном называется величина тока, протекающая по его первичной обмотке под напряжением U_ном и нагрузке S_ном.

Группой соединения обмоток трансформатора называется угол между вектором напряжения первичной обмотки и вектором напряжения вторичной обмотки отсчитанный в часах, при условии, что вектор напряжения первичной обмотки направлен на 12-ть часов. Всего существует 12 групп соединения обмоток трансформатора. Подробнее об этом в статье «Режимы работы трансформатора».

Напряжением короткого замыкания U_кз называется величина напряжения, которое, при замкнутой накоротко вторичной обмотке, необходимо приложить к первичной обмотке трансформатора, чтобы по ней протекал ток I_ном. Напряжение короткого замыкания обычно выражается в процентах. Физически, U_кз представляет собой реактивное сопротивление трансформатора, выраженное в относительных единицах (о.е.).

Током холостого хода I_хх называется величина тока протекающего по первичной обмотке трансформатора под напряжением U_ном и разомкнутой вторичной обмотке. I_хх выражается в процентах от номинального тока трансформатора. Физически ток холостого хода представляет собой полное сопротивление трансформатора в о.е.

Потерями короткого замыкания трансформатора P_кз называется величина активной мощности, которая рассеивается в трансформаторе при замкнутой накоротко вторичной обмотке и токе I_ном в первичной. P_кз выражается в кВт (киловатт).

Потерями холостого хода Q_хх называется величина реактивной мощности, рассеиваемая трансформатором в опыте холостого хода. Q_хх выражается в кВар (киловар).

Кроме параметров перечисленных выше у трансформаторов могут быть и другие, характерные для одного типа. Например у измерительных трансформаторов кроме все прочих имеется параметр угловая погрешность показывающий отклонение вектора напряжения (тока) вторичной обмотки, от такого же вектора первичной обмотки.

Трансформаторы разделяют на:

• Силовые трансформаторы;
• Измерительные трансформаторы;
• Трансформаторы частоты;
• Вольтодобавочные трансформатры.

Задача силовых трансформаторов — питание сетей и приёмников электроэнергии. Силовые трансформаторы бывают:

• Силовые трансформаторы общего назначения;
• Силовые трансформаторы специального назначения.

Рисунок 7 — Силовой трансформатор общего назначения

Рисунок 8 — Силовой трансформатор специального назначения

Трансформаторы общего назачения включается в сети, не отличающиеся особыми условиями работы, а также служат для питания электроприемников, не отличающихся характером нагрузки или режимом работы. Трансформаторы специального назначения применяются для питания сетей и приёмников электроэнергии, если таковые работают в особых услових или имеют специфический характер нагрузки или режим работы (например выпрямительные установки, рудничные и шахтные сети).

Основная функция измерительных трансформаторов — преобразовывать величину напряжения или тока до значений, удобных для приборов и автоматики. Вторая сторона использования измерительных трансформаторов в качестве промежуточного звена при измерениях — наличие гальванической развязки. При наличии гальванической развязки измерительный прибор оказывается изолированным от высоковольтной (сильноточной) цепи, что повышает безопасность работы с ним. Измерительные трансформаторы делятся на:

• Трансформаторы тока (ТТ);
• Трансформаторы напряжения (ТН).

Номинальный ток первичной обмотки трансформатора тока может достигать 40 кА, при этом вторичная обмотка исполняется на номинальный ток 1 или 5 А.

Трансформаторы тока по токовой погрешности разделены на пять классов точности: 0,2; 0,5; 1; 3; 10. Величина погрешности определяется по формуле:

Рисунок 9 — Трансформатор тока

Трансформаторы тока по конструкции делятся на:

• Одновитковые ТТ;
• Многовитковые ТТ.

По количеству фаз ТТ делятся на:

Конструкцией трансформатора тока предусмотрено, что первичной обмоткой является силовой кабель или токоведущая шина или ввод, а вторичная обмотка ТТ «оборачивается» вокруг токоведущего элемента.

Трансформатор напряжения (ТН) изготавливается на номинальное напряжение вторичной обмотки 100 В. Номинальное напряжение первичной обмотки ТН может достигать 110 кВ. При измерении напряжения в сетях выше 110 кВ применяются ёмкостные делители напряжения.

Рисунок 10 — Однофазный трансформатор напряжения на ёмкостном делителе

Рисунок 11 — Трехфазный трансформатор напряжения

Трансформаторы напряжения выполняются:

По виду изоляции ТН делятся на:

Трансформаторы напряжения по погрешности делятся на четыре класса точности: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5.

Трансформаторы частоты позволяют удвоить или утроить частоту сети.

Вольтодобавочные трансформаторы предназначены для повышения напряжения в отдельных точках электрических сетей.

Рисунок 12 — Вольтодобавочный трансформатор

Для защиты трансформатора от повреждений предустатривается его релейная защита. На трансформатор могут быть установлены следующие виды защит:

• Токовая отсечка;
• Максимальная токовая защита;
• Токовая защита нулевой последовательности;
• Диффиренциальная защита;
• Диффиренциально — фазная защита;
• Газовая защита.

Источник

Чем различаются автотрансформатор и трансформатор

Для того, чтобы понизить или повысить напряжение применяют трансформаторы или же автотрансформаторы. Почему, казалось бы, для одних и тех же целей используют разные изделия? В чем их принципиальное отличие и схожесть? В этой статье я постараюсь ответить на эти вопросы. Итак, начнем.

Оглавление

Кратко о принципе действия

Определения

Давайте дадим определения этим двум изделиям:

Трансформатор — это статическое электромагнитное устройство, выполненное из двух или более индуктивно взаимосвязанных обмоток намотанных на магнитопроводе и предназначенные для трансформирования за счет электромагнитной индукции переменного напряжения одной величины в другую (или сразу несколько) напряжений с сохранением векторов и частоты.

Главной особенностью трансформатора является то, что в нем первичная и вторичная обмотки гальванически развязаны (то есть, нет непосредственного электрического контакта). Схематически они выглядят так:

Существуют понижающие трансформаторы. В таких аппаратах напряжение преобразуется, например, с 110 кВ на 35 кВ или 10 кВ, либо же с 220 В на 12 В.

Повышающие трансформаторы. В данном случае в трансформаторе идет наоборот повышение рабочего напряжения, например, с 6 кВ до 110 кВ на ГРЭС.

Разделительные трансформаторы. В таком варианте напряжение на входе полностью совпадает с напряжением на выходе. Такие изделия предназначены для формирования гальванической развязки.

Автотрансформатором называют такую разновидность трансформатора, у которого первичная и вторичная обмотка электрически взаимосвязаны. При этом у единой обмотки в наличии минимум три вывода, выполняя подключение к оным можно получить напряжение различного номинала.

Схематически их можно представить следующим образом:

Следует особо подчеркнуть, что у автотрансформаторов отсутствует гальваническая развязка, то есть в случае нештатной ситуации (поломки) первичное высокое напряжение вполне может оказаться приложено к низкой стороне, что выведет из строя все приборы, подключенные в качестве нагрузки к низкой стороне.

Автотрансформаторы бывают с зафиксированным выходным напряжением и регулируемым. К регулируемым вариантам относятся такие изделия как ЛАТР (лабораторный автотрансформатор).

Автотрансформаторы могут быть как понижающими, так и повышающими, а вот разделительными они не способны быть в принципе (отсутствует гальваническая развязка).

Число обмоток у автотрансформатора напрямую связано с количеством фаз. Иначе говоря, если нам нужен автотрансформатор в однофазной сети, то он будет однообмоточным, если же в трехфазной, то трехобмоточным.

Кратко о принципе действия

Примечание. Далее будут рассмотрены так называемые идеальные трансформаторы, в которых падение напряжения можно пренебречь. А значит, станет верным следующее равенство U1 = E1 и U2 = E2.

Давайте вкратце поговорим о принципах работы этих двух аппаратов.

Итак, как мы знаем, у трансформатора есть как минимум пара обмоток, которые намотаны на сердечник и они изолированы друг от друга.

Если на первичную обмотку подать напряжение от сети или же от любого другого источника питания, то протекающий в ней ток породит магнитный поток, который проходя через сердечник и вторичную обмотку наведет в последней ЭДС. Весь принцип взаимодействия реализован на таком явлении, как электромагнитная индукция.

При этом разница напряжений первичной обмотки и вторичной обмотки находится соотношением их витков (коэффициент трансформации).

Теперь давайте скажем пару слов об автотрансформаторе

Допустим на витки W1 обмотки автотрансформатора подсоединен источник переменной энергии, а на витки W2 подсоединен потребитель. Во время протекания переменного тока в обмотке автотрансформатора формируется переменный магнитный поток, образующий в обмотке электродвижущую силу, которая имеет прямую зависимость от числа витков.

Значит, что части обмотки, где витки W1, образуется U1 и соответственно где W2 образуется U2.

У автотрансформатора коэффициент трансформации находится по такому же принципу что и у обычного трансформатора по следующему выражению:

Существенные различия начинаются при рассмотрении протекающих токов.

Так как у нас подключена нагрузка, то в части обмотки c числом витков W2 формируется ток I2.

В верхней половине обмотки, где число витков равно (W1-W2) протекает ток I1 который будет сильно отличаться от тока в части обмотки, где витки W2. Там будет протекать результирующий ток, который согласно правилу Ленца, будет равен I2-I1.

А это означает, что в той части обмотки, с которой выполняется подача напряжения потребителю, ток будет существенно меньше чем в ток в нагрузке, то есть выражение верно.

Этот эффект позволяет существенно снизить затраты на саму обмотку, что удешевляет изделие.

Достоинства и недостатки

Плюсы и минусы автотрансформатора

Итак, давайте рассмотрим достоинства и недостатки сначала автотрансформатора.

Источник