Трехобмоточные трансформаторы

При передаче и распределении электрической энергии иногда возникает необходимость в объединении трех сетей, работающих с различными напряжениями. Так, например, передачу энергии двум потребителям, находящимся на различных расстояниях от электрической станции, целесообразно осуществлять на различных напряжениях. Для этого можно применить два двухобмоточных трансформатора. Однако более экономично задача решается с помощью одного трехобмоточного трансформатора, имеющего одну первичную и две вторичных обмотки (рис. 2.33).

Конструктивно трехобмоточные трансформаторы выполняются аналогично двухобмоточным (рис. 2.34). Первичная обмотка обычно располагается в середине между двумя вторичными. Вторичная обмотка с более низким напряжением располагается ближе к стержню.

Если выполнить приведение вторичных обмоток трехобмоточного трансформатора к первичной, то можно получить электрическую схему замещения (рис. 2.35), с помощью которой можно выполнить расчет рабочих режимов.

Из схемы замещения видно, что при изменении нагрузки в одной из вторичных обмоток изменяется напряжение на обеих обмотках, так как при этом растет ток первичной обмотки и увеличивается падение напряжения на сопротивлении . С целью уменьшения влияния одной вторичной обмотки на другую стремятся уменьшить сопротивление , главным образом, за счет индуктивного сопротивления рассеяния . Для этого первичную обмотку помещают между двумя вторичными обмотками.

Токи вторичной обмотки и не совпадают по фазе, так как коэффициенты мощностей и обычно различны (рис. 2.36). Поэтому модуль первичного тока меньше суммы модулей токов вторичных обмоток и ,

.

Следовательно, мощность первичной обмотки меньше суммы мощностей двух других обмоток,

.

В настоящее время выпускаются трехобмоточные трансформаторы с равными значениями номинальных мощностей всех трех обмоток: 100%:100%:100%. При таком выполнении обмоток трансформатор может отдавать 100% мощности в одну из вторичных обмоток или суммарную мощность 100% - в обе вторичные обмотки.

Обмотки трехобмоточных трансформаторов обычно соединяют по схемам Y/Y_н/D-0-11 или Y_н/D/D-11-11.

Автотрансформаторы

В сетях высокого напряжения часто возникает необходимость сравнительно небольшого изменения напряжения, на . Установка обычных трансформаторов в этих случаях оказывается экономически невыгодной. Действительно, пусть требуется связать сети с напряжениями и При связи этих сетей с помощью трансформатора число витков вторичной обмотки будет связано с числом витков первичной обмотки соотношением

.

Решим эту задачу другим путем. Первичную обмотку оставим без изменения, а вторичную выполним с числом витков и соединим как показано на рис. 2.37. Тогда

,

где .

Следовательно, . Таким образом мы получили тот же результат, что и с помощью трансформатора, но с меньшими затратами.

Трансформаторы, у которых помимо электромагнитной связи имеется еще и электрическая связь, называются автотрансформаторами.

В автотрансформаторах различают два коэффициента трансформации:

и .

Для схемы рис. 2.37 они связаны соотношением

.

Коэффициент характеризует мощность, поступающую во вторичную сеть электромагнитным путем,

.

Коэффициент связан с проходной мощностью

.

Проходная мощность передается через автотрансформатор электромагнитным и электрическим путем. В трансформаторе электромагнитная и проходная мощность практически не различаются. В автотрансформаторе электромагнитная мощность значительно меньше проходной,

.

Отсюда следует, что при электромагнитная мощность будет мала, поэтому преобразование напряжения будет происходить наиболее экономично.

Потери и напряжение короткого замыкания автотрансформатора, отнесенные к электромагнитной мощности, примерно такие же, как и у трансформатора:

; .

Однако если эти величины отнести к проходной мощности, то они примерно в раз меньше, чем в обычных трансформаторах, поэтому

; .

Последнее обстоятельство приводит к увеличению токов короткого замыкания. К недостаткам автотрансформатора следует отнести практически полное отсутствие демпфирования грозовых перенапряжений.

Тем не менее автотрансформаторы получили широкое распространение в схемах для пуска мощных двигателей переменного тока и для соединения высоковольтных сетей разных напряжений (110, 220, 330, 500, 750) кВ. В последнем случае используются автотрансформаторы предельных мощностей, которые значительно превышают предельные мощности трансформаторов.