Специальные трансформаторы. Автотрансформаторы. В некоторых случаях из экономических соображений целесообразно применять так называемые автотрансформаторы

Автотрансформаторы. В некоторых случаях из экономических соображений целесообразно применять так называемые автотрансформаторы. Отличие их от обычных трансформаторов заключается в том, что обмотки имеют не только магнитную, но и гальваническую связь. На рис. 2.25 показан эскиз понижающего автотрансформатора и его схема. Первичная обмотка с выводами А и Химеет витков, а вторичная с выводами а и витков, . Выводы аих соединены с первичной обмоткой. Повышающий автотрансформатор показан на рис. 2.26.

Здесь первичная обмотка с выводами АиХ имеет витков, а вторичная с выводами а и витков, .

Если пренебречь падениями напряжения в обмотках и током холостого хода, то для обоих автотрансформаторов коэффициент трансформации

.

В общей части обмотки протекают токи и , и так как при выбранных на рис. 2.25 и 2.26 положительных направлениях они находятся в противофазе (если пренебречь током холостого хода), то

.

При близких значениях и ток намного меньше тока . В обычном трансформаторе ток вторичной обмотки понижающего трансформатора . Поэтому

необходимое сечение провода и габариты автотрансформатора меньше, чем трансформатора той же мощности. Чем ближе коэффициент трансформации к единице, тем автотрансформатор выгоднее обычного трансформатора. Обычно автотрансформатор применяется при .

Недостатком автотрансформатора является наличие гальванической связи между обмотками, что требует соответствующей изоляции для обеспечения безопасности обслуживающего персонала. Автотрансформаторы находят широкое применение для пуска мощных синхронных и асинхронных двигателей, для регулирования напряжения, для передачи электрической энергии с различными напряжениями и малым коэффициентом трансформации, например 110 и 220 кВ.

При экспериментальных работах применяются лабораторные автотрансформаторы (ЛАТР).

Они имеют регулируемый коэффициент трансформации, так что можно плавно, в широких пределах изменять напряжение.

Измерительные трансформаторы. Для расширения пределов измерения приборов переменного тока применяются измерительные трансформаторы напряжения и тока.

Такие трансформаторы отделяют цепи высокого напряжения от измерительных цепей, что обеспечивает безопасность обслуживания приборов и упрощает изоляцию токоведущих частей. Включение измерительных трансформаторов позволяет пользоваться стандартными амперметрами с номинальным значением 5 или 1 А и вольтметрами с номинальным значением 100 В. Такие трансформаторы применяются также в цепях защитных реле.

Трансформаторы напряжения. Принципиальная схема трансформатора и включение его в сеть высокого напряжения показаны на рис. 2.27. Измеряемое высокое напряжение подается на первичную обмотку трансформатора с выводами А и X; к вторичной обмотке низшего напряжения с выводами а и х подключается вольтметр. Так как сопротивление вольтметра очень велико (примерно 1000 Ом и более), то трансформатор напряжения работает в режиме, близком к холостому ходу. Номинальный коэффициент трансформации , откуда следует, что высокое напряжение . Однако из-за падений напряжения в обмотках трансформатора действительный коэффициент трансформации отличается от паспортного значения , поэтому есть погрешность измерения напряжения

Чем меньше сопротивление обмоток

и

(см. (2.8) и (2.9)) по сравнению с сопротивлением нагрузки , тем меньше погрешность измерения напряжения . Кроме погрешности измерения напряжения есть и так называемая угловая погрешность. Эта погрешность связана с тем, что между напряжениями и имеется сдвиг фаз, определяемый углом , что важно при измерении мощности и энергии (для ваттметров и счетчиков).

Трансформаторы напряжения так же, как и измерительные приборы, имеют классы точности 0,5; 1,0; 3,0.

Трансформаторытока. Принципиальная схема трансформатора и схема его включения показаны на рис. 2.28.

Первичная обмотка трансформатора с выводами Л1 и Л2 включается в цепь или линию, в которой определяется ток , а вторичная обмотка с выводами И1,И2 замыкается амперметром. Если, кроме амперметра, включаются токовые обмотки защитного реле, ваттметра и других приборов, то все они соединяются последовательно. Сопротивления этих обмоток очень малы, и поэтому трансформатор работает в режиме, близком к короткому замыканию. Поэтому можно считать, что . Ток находится через коэффициент трансформации по показанию амперметра:

.

Это справедливо, если ток холостого хода трансформатора . Однако , поэтому есть погрешность в определении тока .

Эта погрешность определяется аналогично погрешности измерения напряжения у трансформатора напряжения. Как и у трансформатора напряжения, есть еще угловая погрешность, обусловленная сдвигом фаз между токами и , определяемая углом .

Трансформаторы тока имеют классы точности 0,2; 0,5;1; 3; 10. Для классов точности 0,2; 0,5; 1 погрешность соответствует значениям угла от 10′ до 180′, а для классов точности 3; 5; 10 — не нормируется.

У трансформатора тока, включенного в линию последовательно, нельзя размыкать вторичную обмотку, так как в этом случае размагничивающий магнитный поток вторичной обмотки отсутствует и поток трансформатора, определяемый током в линии, резко возрастает, а вместе с ним возрастают ЭДС вторичной обмотки и потери в стали трансформатора. Это может привести к опасным для жизни перенапряжениям и разрушению изоляции. Если во время работы нужно включенный амперметр или другой прибор отсоединить, то предварительно вторичную обмотку следует закоротить. Для этой цели в схему включается специальный рубильник Q (рис. 2.28), который нормально разомкнут.

Так как нагрузка может влиять на значение погрешности, то нагрузка измерительного трансформатора должна быть близкой к номинальной для вторичной обмотки измерительного трансформатора.

Угловые погрешности измерительных трансформаторов вносят ошибку при измерении угла сдвига фаз между напряжением и током , так как угол сдвига фаз будет отличаться от действительного угла между напряжением и током .

Трансформаторы для дуговой электросварки.Для обеспечения высококачественной сварки ток должен оставаться почти неизменным. При этом условии обеспечивается устойчивое горение дуги. Для получения такого тока внешняя характеристика трансформатора должна резко падать (рис. 2.29). Такая характеристика получается потому, что конструктивно трансформатор 1 на рис. 2.30 выполнен со специально увеличенным потоком рассеяния (увеличена индуктивность рассеяния обмоток). При холостом ходе напряжение равно 60—70 В, а при номинальном токе—30 В. Обмотки трансформатора расположены на стержнях 2 и 3магнитопровода (рис. 2.30), что и увеличивает поток рассеяния. Ток сварки между электродом 6и изделием 7 регулируется изменением зазора 8 между сердечником и якорем 5 дросселя 4. При коротком замыкании дроссель ограничивает ток дуги и трансформатора.